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ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO FÍSICO – EN MEZCLAS ASFÁLTICAS MDC-19 MODIFICADO CON SODIO Y GLUCOSA

FARID LEONARDO BLANCO GALLO JUAN JOSÉ MONTAÑEZ NIETO

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE GRADO BOGOTÁ

2016

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ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO FÍSICO – EN MEZCLAS ASFÁLTICAS MDC-19 MODIFICADO CON SODIO Y GLUCOSA

FARID LEONARDO BLANCO GALLO JUAN JOSÉ MONTAÑEZ NIETO

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil

Director: Luis Ángel Moreno Anselmi

Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE GRADO BOGOTÁ

2016

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Nota de aceptación:

Firma del presidente del jurado

Firma del jurado

Firma del jurado Bogotá, 22, mayo, 2015

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A Dios quien me ha guiado en cada momento de mi vida y me permite lograr mis metas, a mi madre quien ha logrado con mucho esfuerzo y dedicación apoyarme en este arduo y largo camino, a mi hermana y cuñado quienes me han apoyado día tras día y de una otra forma me han impulsado a seguir adelante para lograr mis metas, a mis familiares y amigos que de una u otra forma han colaborado en la realización de este proyecto.

FARID LEONARDO BLANCO GALLO

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CONTENIDO

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INTRODUCCIÓN 14 1. GENERALIDADES 15 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 15 1.2 OBJETIVOS 15 1.2.1 Objetivo General 15 1.2.2 Objetivos Específicos 15 1.3 MARCO TEÓRICO 15 1.3.1 Definición de Asfalto 15 1.3.2 Agregados Pétreos 16 1.3.2.1 Clasificación de los Agregados 16 1.3.3 Definición de Mezcla Asfáltica 17 1.3.4 Clasificación de las Mezclas Asfálticas 17 1.3.4.1 Por Fracciones de agregado pétreo empleado 17 1.3.4.2 Por la Temperatura de puesta en obra. 18 1.3.4.3 Por la proporción de Vacíos en la mezcla asfáltica 18 1.3.4.4 Por el Tamaño máximo del agregado pétreo. 19 1.3.4.5 Por la Estructura del agregado pétreo. 19 1.3.4.6 Por la Granulometría. 20 1.3.5 Características y comportamiento de la mezcla 20 1.3.5.1 Densidad de la mezcla 20 1.3.6 Vacíos de Aire (o simplemente vacíos). 21 1.3.7 Vacíos en el agregado mineral 22 1.3.8 Contenido de asfalto 23 1.3.9 Propiedades Consideradas en el Diseño de Mezclas 24 1.3.9.1 Estabilidad 24 1.3.9.2 Durabilidad 26 1.3.10 Impermeabilidad 27 1.3.11 Trabajabilidad 28 1.3.11.1 Flexibilidad 29 1.3.11.2 Resistencia a la fatiga 30 1.3.11.3 Resistencia al deslizamiento 30 1.3.12 Modificación de Asfaltos 31 1.3.13 Propiedades de las Mezclas Asfálticas para Capas de Rodadura 31 1.3.14 Propiedades de las Mezclas Asfálticas para Capas Inferiores 32 1.3.15 Asfaltos Modificados con Polímeros (AMP) 32 1.3.16 Investigaciones Recientes 34 1.3.17 Cloruro de Sodio 36 1.3.17.1 Obtención del cloruro de sodio 37 1.3.17.2 Propiedades del cloruro de sodio 37 1.3.17.3 Usos del cloruro de sodio 38

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2. METODOLOGÍA 39 2.1 PROCEDIMIENTO DEL DISEÑO Y OBTENCIÓN DEL PORCENTAJE ÓPTIMO DE ASFALTO EN UNA MEZCLA ASFÁLTICA MDC-19 39 2.1.1 Caracterización de los Agregados 39 2.1.1.1 Agregado fino (ARENA) Ensayos 39 2.1.1.2 Granulometría según norma NTC-174 40 2.1.1.3 Densidad y absorción del material fino 40 2.1.1.4 Equivalente de arena 41 2.1.1.5 Registro de azul de metileno según INV-E-235-07 41 2.1.2 Agregado grueso (gravilla 1”) Ensayos 42 2.1.2.1 Granulometría según NTC – 174 42 2.1.2.2 Abrasión de los agregados en la máquina de los ángeles 43 2.1.2.3 Ensayo Micro-Deval 43 2.1.2.4 Ensayo Masa unitario suelta 44 2.1.2.5 Ensayo Masa unitario compacta 44 2.1.2.6 Ensayo de Densidad y Absorción 45 2.1.3 Cuarteo Material 45 2.1.4 Tamizada y Caracterización Granulometrica 46 2.2 ENSAYO MARSHALL 48 3. PROCEDIMIENTO 53 3.1 MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS 53 3.1.1 Modificada con Cloruro de Sodio 53 3.1.1.1 Registro Fotográfico 53 3.1.2 Datos Ensayo Marshall Mezcla Modificada con Cloruro de Sodio 58 3.1.3 Modificado con Glucosa 61 3.1.4 Datos Ensayo Marshall Mezcla Modificada con Glucosa 65 4. RESULTADOS 68 4.1 COMPORTAMIENTO DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS MDC-19, CON EL AGENTE MODIFICADOR CLORURO DE SODIO 68 4.2 COMPORTAMIENTO DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS MDC-19, CON EL AGENTE MODIFICADOR GLUCOSA 69 5. CONCLUSIONES 72 BIBLIOGRAFÍA 73 ANEXOS 75

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Clasificación de las mezclas en relación a la fracción de agregados pétreos 18 Figura 2. Clasificación de Acuerdo a la Proporción de Vacíos 19 Figura 3. Ilustración del VMA en una Probeta de Mezcla Compactada 22 Figura 4. Vacíos en el Agregado Mineral (Requisitas del VMA) 23

Figura 5. Causas y Efectos de la Inestabilidad del Pavimento 25 Figura 6. Cusas y Efectos de una poca Durabilidad 27 Figura 7. Causas y Efectos de la Permeabilidad 28

Figura 8. Causas y Efectos de problemas en la Trabajabilidad 29 Figura 9. Causas y Efectos de una mala Resistencia a la Fatiga 30 Figura 10. Causas y Efectos de una Poca Resistencia al Deslizamiento 31

Figura 11. Compuestos de cloruro de sodio 37 Figura 12. Formas de Obtención del Cloruro de Sodio 37 Figura 13. Propiedades del Cloruro de Sodio 38

Figura 14. Relación del porcentaje que pasa versus la abertura del tamiz 40 Figura 15. Porcentaje que Pasa vs Abertura del Tamiz 42

Figura 16. Cuarteo Material Granular Gravilla 1” Mina la Fontana 45 Figura 17. Arena de Río sin Tamizar Mina la Fontana 46 Figura 18. Tamizada Materiales Granulares 46

Figura 19. Pesaje de Material Granular para Determinación del Porcentaje de Humedad 47

Figura 20. Material Granular Pesado y Seleccionado, para Ensayar 47 Figura 21. Masa Unitaria Seca Gravilla 1” Mina la Fontana 48

Figura 22. Ensayo Marshall Relación Estabilidad vs %Asfalto 50 Figura 23. Ensayo Marshall Flujo vs Asfalto. 51 Figura 24. Porcentaje de Vacíos Llenos de Asfalto vs Porcentaje de Asfalto 51

Figura 25. Relación Peso Unitario vs % Asfalto 52 Figura 26. Cantidad de Cloruro de Sodio al 1% de 330 gr de Asfalto 54 Figura 27. Cantidad de Asfalto al 4% de la Mezcla 54 Figura 28. Gravilla para Mezcla de 3 Briquetas al 43% 55

Figura 29. Materiales Expuestos a Temperaturas Altas antes de Mezclar 55 Figura 30. Adición del Cloruro de Sodio al Asfalto a Temperatura de 100 ºC. 56 Figura 31. Incorporación del Asfalto a los Materiales Granulares 56

Figura 32. Mezclado Homogéneo a Temperatura de 140ºC. 57 Figura 33. Compactación Briquetas con Pedestal a Temperatura de 130ºC. 57 Figura 34. Juego de Briquetas con el Agente Modificador (Cloruro de Sodio) 58 Figura 35. Glucosa Líquida 62

Figura 36. Peso de la Glucosa 62 Figura 37. Adición de la Glucosa al Asfalto 63 Figura 38. Mezclado Homogéneo 63

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Figura 39. Incorporación del Asfalto Modificado con Glucosa Liquida al Material Granular 64

Figura 40. Mezclada Homogénea del Material Granular con el Asfalto Modificado con Glucosa 64 Figura 41. Compactación Mezcla Asfáltica MDC-19 con Asfalto Modificado con Glucosa 65 Figura 42. Juego de Briquetas con Mezcla Asfáltica Modificada con Glucosa 65

Figura 43. Comportamiento de la Estabilidad de las Mezclas Asfálticas MDC- 19 Modificadas con Cloruro de Sodio Vs Mezclas sin Modificación 68 Figura 44. Comportamiento del Flujo de las Mezclas Asfálticas MDC-19 Modificadas con Cloruro de Sodio Vs Mezclas sin Modificación 69 Figura 45. Comportamiento de la Estabilidad de las Mezclas Asfálticas MDC- 19 Modificadas con Glucosa Vs Mezclas sin Modificación 70

Figura 46. Comportamiento del Flujo de las Mezclas Asfálticas MDC-19 Modificadas con Cloruro de Sodio Vs Mezclas sin Modificación 71

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LISTA DE CUADROS

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Cuadro 1. Características de los Agregados 16 Cuadro 2. Criterios para el Diseño Preliminar de las Mezclas Asfálticas en Caliente de la Degradación Continúa por el Método Marshall 39 Cuadro 3. Granulometría Arena Gruesa la Fontana según norma NTC-174 40 Cuadro 4. Datos Densidad y Absorción Agregados Finos 41

Cuadro 5. Datos Equivalente de Arena según NTC-133 41 Cuadro 6. Resultados ensayo azul de metileno arena INV-E-235-07. 41 Cuadro 7. Granulometría Gravilla de 1” Cantera la Fontana 42

Cuadro 8. Reporte Datos Ensayo Desgaste Norma INV E-218 43 Cuadro 9. Ensayo Micro-Deval 43 Cuadro 10. Porcentajes Retenidos de Acuerdo al Tamo del Tamiz Ensayo Micro-Deval 44 Cuadro 11. Reporte de Datos Ensayo Masa Unitaria Suelta 44 Cuadro 12. Reporte de datos Ensayo Masa Unitaria Compacta 45

Cuadro 13. Reporte de Datos Ensayo Densidad y Absorción 45 Cuadro 14. Metodología Marshall para la Determinación del Porcentaje Óptimo de Asfalto de una Mezcla Asfáltica MDC-19 con CA 80 – 100. 49 Cuadro 15. Distribución de las Briquetas Según Porcentajes de Asfalto y del Agente Modificador (Cloruro de Sodio) 53

Cuadro 16. Marshall con el 1% de Cloruro de Sodio 59 Cuadro 17. Marshall con el 5% de Cloruro de Sodio 59

Cuadro 18. Marshall con el 10% de Cloruro de Sodio 60 Cuadro 19. Marshall con el 20% de Cloruro de Sodio 60

Cuadro 20. Distribución de las Briquetas según Porcentajes de Asfalto y del Agente Modificador (Glucosa Líquida) 61 Cuadros 21. Marshall con el 1% de Glucosa Liquida 66

Cuadro 22. Marshall con el 5% de Glucosa Líquida 66 Cuadro 23. Marshall con el 10% de Glucosa Líquida 67 Cuadro 24. Marshall con el 20% de Glucosa Liquida 67

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LISTA DE ANEXOS

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Anexo A. Ficha Técnica Glucosa 75 Anexo B. Ficha técnica NaCl 1 76 Anexo C. Ficha Técnica NaCl 2 77 Anexo D. Ficha Técnica NaCl 3 80 Anexo E. Norma INVIAS - Capitulo 4 81

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GLOSARIO

AGENTE LIGANTE: sustancia química que se aplica a un sustrato adecuado para crear una capa entre éste y el subsiguiente, o entre la superficie y el yeso que se le aplica. También llamado material ligante. AGRADADOS MINERALES: material que compone la mayor proporción tanto en volumen peso y resistencia a una mezcla. DENSIDAD BULK: es la masa por unidad de volumen a una determinada temperatura. En el caso de una mezcla compactada es igual a la gravedad específica bulk multiplicada por la densidad del agua a la temperatura a la que se determinó la gravedad específica bulk, generalmente 25º C. ESPÉCIMEN: Mezclas asfáltica densificada con el aparato de compactación Marshall o el compactador el cual es sometido a diferentes muestras. FATIGA: es la reducción en la resistencia de un material bajo cargas repetidas cuando se compara a la resistencia bajo una sola carga. GRAVEDAD ESPECIFICA BULK: en una mezcla compactada es la relación entre la masa (o peso en el aire) de un volumen de mezcla (teniendo en cuenta los vacíos que quedan entre las partículas recubiertas con asfalto) y la masa de un volumen igual de agua a una temperatura establecida. Su valor es adimensional. GRAVEDAD ESPECIFICA MÁXIMA TEÓRICA: en una mezcla sin compactar es la relación entre la masa (o peso en el aire) de un volumen de mezcla sin compactar (sin tener en cuenta los vacíos que quedan entre las partículas recubiertas con asfalto) y la masa de un volumen igual de agua a una temperatura establecida. Su valor es adimensional. MEZCLA ASFÁLTICA ABIERTA: es una mezcla asfáltica en la cual los vacíos con aire son del 10% o más, después de compactada. MEZCLA ASFÁLTICA DENSA: es una mezcla asfáltica en la cual, una vez compactada, los vacíos con aire son menores del 10%. SUBRASANTE: superficie terminada de la carretera a nivel de movimiento de tierras (corte o relleno), sobre la cual se coloca la estructura del pavimento o afirmado. VACÍOS DE AIRE: son las bolsas de aire que se encuentran entre las partículas de agregados cubiertos con asfalto, en una mezcla asfáltica compactada. VISCOSIDAD: resistencia que ofrece un fluido a la deformación debida básicamente al rozamiento de interno de las partículas.

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RESUMEN

De acuerdo a las necesidades de garantizar mejoras en los diseños de las mezclas asfálticas, debido a los crecimientos de la población y al aumento en la demanda de los vehículos en Colombia, se determinaron parámetros para verificar los comportamientos de las mezclas asfálticas modificadas. El presente trabajo de investigación, consiste en determinar y analizar los comportamientos de las mezclas asfálticas MDC-19 modificadas con Cloruro de sodio y glucosa en proporciones de 1%, 5%, 10% y 20% respectivamente con un asfalto CA 80-100. Se realizó la caracterización de materiales, determinación del porcentaje óptimo de asfalto, con el cual se generaron briquetas de acuerdo al incremento de 0.5% por encima y por debajo del 4,5% de asfalto, el cual se adecuó más a las condiciones descritas de exigencias del INVIAS para una mezclas asfáltica MDC-19 (NT3). Se realizó un paquete de 3 briquetas por cada porcentaje de asfalto y proporción del agente modificador. Para un total de 72 briquetas, las cuales fueron sometidas al ensayo Marshall, donde se verificaron los comportamientos de Estabilidad y Flujo con respecto a las mezclas sin modificar. La investigación fue referida dentro del proyecto de investigación científica de tipo descriptivo y bajo la modalidad y diseño bibliográfico. Se realizó la recolección de datos mediante la consulta de documentos, normas y proyectos similares. Finalmente, se obtuvo una serie de graficas de la recolección de los datos del Ensayo Marshall, con las cuales se determinaron las mezclas que más se adecuaban con los estándares de calidad y cumplimiento de las normas.

(Palabras claves: Mezclas asfálticas, briquetas, ensayo Marshall, cloruro de sodio, glucosa, Estabilidad, Flujo, Modificador)

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INTRODUCCIÓN El presente trabajo de investigación consiste en el análisis del comportamiento físico de las mezclas asfálticas MDC-19, en donde se incorporan agentes modificadores que influyen directamente en el desarrollo de las características de las mezclas afectadas con cloruro de sodio y glucosa. Esta investigación, se realizó con el fin de la importancia de establecer mejoras en los procedimientos de las mezclas asfálticas modificadas, para que día a día se garanticen aumentos o avances en la implementación de materiales óptimos, que generen diversidad de comportamientos precisos, para suplir las necesidades y aumentar las características presentadas en las mezclas asfálticas según los materiales, clima y tipo de tráfico. El alcance de la investigación del proyecto, es la determinación de las mejoras en la estabilidad y flujo de las mezclas asfálticas MDC-19 respecto a la modificación con el cloruro de sodio y la glucosa contra una mezcla normal (sin agente modificador), frente a las condiciones superiores e inferiores del porcentaje óptimo de asfalto.

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1. GENERALIDADES 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En la actualidad hemos visto como a medida que pasa el tiempo se van deteriorando las diferentes capas de mezclas asfálticas que se diseñan en los pavimentos, además de la poca durabilidad de estos en relación al tiempo para el cual se han diseñado, y esto a causa del mal uso que se la dan a las vías de acuerdo a la capacidad de carga para la cual fueron diseñadas es por esto, que nos hemos visto en la necesidad de hacer una investigación y análisis del comportamiento de una mezclas de asfalto en caliente MDC-19 la cual será modificada con polímeros, en esta ocasión con cloruro de sodio y glucosa en diferentes porcentajes para de esta manera analizar qué características mecánicas podemos mejorar de nuestra mezclas. 1.2 OBJETIVOS 1.2.1 Objetivo General. Verificar los comportamientos de las mezclas asfálticas MDC-19, modificadas con cloruro de sodio y glucosa. 1.2.2 Objetivos Específicos Determinar qué condiciones se mejoran en las mezclas asfálticas, realizando las modificaciones.

Realizar una comparación del comportamiento de la Estabilidad y Flujo de las mezclas asfálticas modificadas con cloruro de sodio y glucosa.

De acuerdo a las características y especificaciones del INVIAS, que material modificador de las mezclas asfálticas cumple los criterios de estabilidad y flujo. 1.3 MARCO TEÓRICO 1.3.1 Definición de Asfalto. Se puede definir como “material de color negro el cual se deriva de yacimientos de petróleo, el presenta propiedades ligantes y aglutinantes, lo podemos encontrar de estado líquido, semisólido o solido esto de acuerdo a la temperatura que se encuentre expuesto”1, ya que “a medida que aumenta la temperatura este cambia de estado sólido a semisólido y de semisólido a líquido, siendo líquido a temperaturas entre los 120° C y mayores a esta”2.

1 ARENAS LOZANO, H. Tecnología del Cemento Asfaltico. México: Fundación para Actividades de Investigación y Desarrollo, 1999. p. 22 2 INSTITUTO CHILENO DEL ASFALTO. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente. Santiago de Chile: Asphalt Institute, 1992. p. 12

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1.3.2 Agregados Pétreos. Cuando nos referimos a agregados pétreos estamos hablando de “un material mineral duro y consistente el cual está en forma de partículas gradados o fragmentos poco parte de un pavimento, estos agregados se pueden utilizar tanto es bases granulares como en mezclas asfálticas. Este será entre el 90 y 95% del peso total de material utilizado para le elaboración de la mezcla y entre el 75 y 85% en relación al volumen del pavimento”3. 1.3.2.1 Clasificación de los Agregados. Estos se dividen en tres grupos de acuerdo al tamaño de estos, tenemos las gravas, que son las que mayor tamaño presentan, las arenas las cueles están en un punto intermedio y por último los finos y limos que son partículas muy pequeñas. El material que vamos a utilizar en esta oportunidad fue tomado de la mina la fontana y tratado debidamente en la planta de la fontana ubicadas en el departamento de Boyacá, Municipio de Garagoa (véase el Cuadro 1). Cuadro 1. Características de los Agregados

Fuente. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS INVIAS. Disposiciones generales para la ejecución de riegos de imprimación, liga y curado, tratamientos superficiales, sellos de arena asfalto, lechadas asfálticas, mezclas asfálticas en frío y en caliente y reciclado de pavimentos asfálticos. E-A400. Bogotá: INVIAS, 2007. p. 3.

3 ASOPAC. Cartilla del Pavimento Asfaltico [en línea]. Bogotá: Scribd [citado 17 abril, 2016]. Disponible en Internet: <URL: http://docslide.com.br/documents/cartilla-del-pavimento-asfaltico-asopac.html>

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1.3.3 Definición de Mezcla Asfáltica. Podríamos definir un mezcla asfáltica como aquel “conjunto de agregados pétreos finos y gruesos de diferentes tamaños que junto con un ligante a aglutinante conocido muy comúnmente como asfalto el cual es un derivado del petróleo, y de mineral; los cuales se mezclan a altas temperaturas (entre 130 y 140 grados centígrados) para tratar de obtener una mezclas uniforme en la cual se formara una película que recubrirá por completo cada una de las partículas del agregado”4. Las mezclas asfálticas están compuestas por “tres materiales en porcentajes diferentes; tendremos de agregados pétreos un 90%, de aglutinante o asfalto un 5% y por ultimo tendremos un 5% restante de polvo de mineral. Esta distribución de porcentajes es importante tenerla muy en cuenta ya que de eso depende un buen desempeño del pavimento cuando esté sometido a las diferentes cargas para las cuales fue diseñado”5. 1.3.4 Clasificación de las Mezclas Asfálticas. Vemos que hoy en día son varios los parámetros a tener en cuenta a la hora de clasificar las mezclas asfálticas ya que hemos avanzado estructural y tecnológicamente en el tiempo por lo cual se ha encontrado una tipo de clasificación de las mezclas asfálticas según diferentes criterios a tener en cuenta a la hora de clasificarlos. 1.3.4.1 Por Fracciones de agregado pétreo empleado. A continuación se muestra la clasificación de las mezclas en relación a la fracción de agregados pétreos (véase la Figura 1).

4 ZÚÑIGA C., Rosa. Mezcla Asfáltica en caliente en línea. Santiago de Chile: Dirección de Vialidad Ministerio

de obras Públicas citado 25 junio, 2016. Disponible en Internet: URL:

http://www.vialidad.cl/areasdevialidad/laboratorionacional/MaterialCursos/Mezclas%20Asf%C3%A1lticas.pdf 5 RODRÍGUEZ, A. P. Mezclas asfálticas en línea. Cataluña: Universidad Politécnica de Cataluña citado 2

abril, 2016. Disponible en Internet: URL: http://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3334/34065-

14.pdf?sequence=14

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Figura 1. Clasificación de las mezclas en relación a la fracción de agregados pétreos

Fuente. RODRÍGUEZ, A. P. Mezclas asfálticas en línea. Cataluña: Universidad

Politécnica de Cataluña citado 2 abril, 2016. Disponible en Internet: URL: http://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3334/34065-14.pdf?sequen

ce=14 1.3.4.2 Por la Temperatura de puesta en obra. Mezclas asfálticas en Caliente. Se fabrican con asfaltos a unas temperaturas elevadas, en el rango de los 150 grados centígrados, según la viscosidad del ligante, se calientan también los agregados, para que el asfalto no se enfríe al entrar en contacto con ellos. La puesta en obra se realiza a temperaturas muy superiores a la ambiente, pues en caso contrario, estos materiales no pueden extenderse y menos aún compactarse adecuadamente. Mezclas asfálticas en Frío. El ligante suele ser una emulsión asfáltica (debido a que se sigue utilizando en algunos lugares los asfaltos fluidificados), y la puesta en obra se realiza a temperatura ambiente. 1.3.4.3 Por la proporción de Vacíos en la mezcla asfáltica. Este parámetro suele ser imprescindible para que no se produzcan deformaciones plásticas como consecuencia del paso de las cargas y de las variaciones térmicas (véase la Figura 2).

CLASIFICACION

Masilla Asfaltica: Polvo

mineral + ligante

Macadam asfáltico:Agregado

grueso + ligante asfáltico.

Concreto asfáltico:Agregado grueso + mortero.

Mortero asfáltico:

Agregado fino + las masilla

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Figura 2. Clasificación de Acuerdo a la Proporción de Vacíos

Fuente. RODRÍGUEZ, A. P. Mezclas asfálticas en línea. Cataluña: Universidad

Politécnica de Cataluña citado 2 abril, 2016. Disponible en Internet: URL: http://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3334/34065-14.pdf?sequen

ce=14 1.3.4.4 Por el Tamaño máximo del agregado pétreo. Mezclas Gruesas. Este se define cuando el tamaño máximo del agregado es mayor a los 10 mm. Mezclas Finas. Conocidos también microaglomerados, los cuales son mezclas formadas básicamente por un árido fino incluyendo el polvo mineral y un ligante asfáltico. El tamaño máximo del agregado pétreo determina el espesor mínimo con el que ha de extenderse una mezcla que vendría a ser del doble al triple del tamaño máximo. 1.3.4.5 Por la Estructura del agregado pétreo. Mezclas con Esqueleto mineral. Poseen un esqueleto mineral resistente, su componente de resistencia debida al rozamiento interno de los agregados es notable. Mezclas sin Esqueleto mineral. No poseen un esqueleto mineral resistente, la resistencia es debida exclusivamente a la cohesión de la masilla.

CLASIFICACION

Mezclas Cerradas o Densas: La

proporción de vacíos no

supera el 6 %.

Mezclas Semi-cerradas o

Semi-densas: La proporción de vacíos está

entre el 6 % y el 10 %.

Mezclas Abiertas: La

proporción de vacíos supera el

12 %.

Mezclas Porosas o

Drenantes: La proporción de

vacíos es superior al 20

%.

20

1.3.4.6 Por la Granulometría. Mezclas Continuas. Una cantidad muy distribuida de diferentes tamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico. Mezclas Discontinuas. Una cantidad muy limitada de tamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico. 1.3.5 Características y comportamiento de la mezcla. Cuando preparamos una muestra de asfalto para pavimentación la cual necesitamos analizar cuál será el comportamiento de esta en la estructura del pavimento se estudiara cuatro aspectos importantes de la mezcla y de qué manera influye en el desempeño de la mezcla. Estas 4 características son: Densidad de la mezcla. Vacíos de aire, o simplemente vacíos. Vacíos en el agregado mineral. Contenido de asfalto. 1.3.5.1 Densidad de la mezcla. “La densidad de la mezcla es conocida muy comúnmente también como el peso unitario de esta donde podemos definir el peso unitario como un volumen especifico de la mezcla un aspecto a tener en cuenta es que si se obtiene una densidad alta podremos tener un mejor rendimiento y mayor durabilidad del pavimento”6. Para calcular la densidad de las mezclas lo podremos hacer con la siguiente ecuación:

Densidad = Gravrdad espeficica de Bulk ∗ 997,0 997,0 = densidad del agua en Kg/m3

0,997= densidad del agua en (g/cm3) Donde tendremos que la gravedad especifica de Bulk está dada por la siguiente ecuación

Graveded espeficifa de Bulk =a

b − c

Dónde: a = Masa de la muestra (g) b – c =Masas del volumen de agua de la muestra b = masa en el aire de la muestra saturada y superficie seca (g) c = masa de la muestra en el agua (g)

6 INSTITUTO CHILENO DEL ASFALTO, Op. cit., p. 15

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“La densidad obtenida en el laboratorio se convierte la densidad patrón, y es usada como referencia para determinar si la densidad del pavimento terminado es, o no, adecuada. De acuerdo a las especificaciones lo más recomendado es densidad del pavimento sea un porcentaje de la densidad del laboratorio”7. Esto se debe a que no es común que “la compactación en campo a lugar donde se coloque la mezcla logre tener densidades iguales a las que se tienen en laboratorio esto debido a que los métodos de compactación son diferentes”8. 1.3.6 Vacíos de Aire (o simplemente vacíos).

𝐕𝐚 = 𝟏𝟎𝟎 (𝟏 −𝐆𝐦𝐛

𝐆𝐦𝐦)

Donde: Va= Porcentaje de vacíos de aire respecto a las muestra compactada Gmm= Gravedad especifica máxima teórica Gmb= Gravedad especifica bulk de la muestra compactada Cuando hablamos de vacíos de aire en mezclas asfálticas estamos hablando de la cantidad de vacíos que se presentan en una mezclas asfáltica compactada en relación al su peso tota es decir qué porcentaje de esa muestra son vacíos de aire. Es importante que todas las mezclas compactadas presenten un porcentaje de vacíos ya que estos permiten, que el asfalto se acomode cuando esté sometido a cargas.

Además de esto es importante mencionar que la durabilidad del asfalto está dada en función de los vacíos ya que si se presenta un alto porcentaje de vacíos en la mezcla podría ocasionar que se presentes canales a través de la mezcla y pueda entra fácilmente el agua y el aire y esto causaría deterioro de este; de lo contrario si se presenta un porcentaje muy bajo de vacíos se puede presentar un fenómeno conocido como exudación También es importante indicar que la relación de vacíos está relacionada directamente con la densidad de la muestra; entre menor densidad más alto será el porcentaje de vacíos y caso contrario9.

7 Ibíd., p. 20 8 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS INVIAS. Gravedad específica Bulk y densidad de mezclas asfálticas compactadas no absorbentes empleando especímenes saturados y superficie seca. INV E – 733. Bogotá: INVIAS, 2007. p. 2 9 Ibíd., p. 3

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1.3.7 Vacíos en el agregado mineral. Los vacíos en el agregado mineral (VMA) son los espacios de aire que existen entre las partículas de agregado en una mezcla compactada de pavimentación, incluyendo los espacios que están llenos de asfalto.

El VMA representa el espacio disponible para acomodar el volumen efectivo de asfalto (todo el asfalto menos la porción que se pierde en el agregado) y el volumen de vacíos necesario en la mezcla. Cuando mayor sea el VMA más espacio habrá disponible para las películas de asfalto. Existen valores mínimos para VMA los cuales están recomendados y especificados como función del tamaño del agregado. Estos valores en cuanto más gruesa sea la película de asfalto que cubre las

partículas de agregado, más durables será la mezcla10 (véase la Figura 3). Figura 3. Ilustración del VMA en una Probeta de Mezcla Compactada

Fuente. INSTITUTO CHILENO DEL ASFALTO. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente. Santiago de Chile: Asphalt Institute, 1992. p. 59.

10 INSTITUTO CHILENO DEL ASFALTO, Op. cit., p. 33

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Figura 4. Vacíos en el Agregado Mineral (Requisitas del VMA)

Fuente. INSTITUTO CHILENO DEL ASFALTO. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente. Santiago de Chile: Asphalt Institute, 1992. p. 59. 1.3.8 Contenido de asfalto. El contenido óptimo de asfalto de una mezcla depende, en gran parte, de las características del agregado tales como la granulometría y la capacidad de absorción.

La granulometría del agregado está directamente relacionada con el contenido óptimo del asfalto. Decimos que a mayor cantidad de finos mayor será su área superficial y de igual manera será mayor la cantidad de asfalto Si se tiene mezclas con agregados más gruesos estos requieren menor cantidad de asfalto ya que su área superficial es menor. La relación entre el área superficial del agregado y el contenido óptimo de asfalto es más pronunciada cuando hay relleno mineral (fracciones muy finas de agregado que pasan a través del tamiz de 0.075 mm (Nº 200). Los incrementos en la cantidad de relleno mineral, pueden absorber, literalmente, gran parte el contenido de asfalto, resultando en una mezcla inestable y seca.

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La disminución de este ocasiona poco relleno mineral resultando una mezcla muy rica (húmeda)11.

Cualquier variación en el contenido o relleno mineral causa cambios en las propiedades de la mezcla, haciéndola variar de seca a húmeda. Si una mezcla contiene poco o demasiado, relleno mineral, cualquier ajuste arbitrario, para corregir la situación, probablemente la empeorará. La capacidad de absorción (habilidad para absorber asfalto) del agregado usado en la mezcla es importante para determinar el contenido óptimo de asfalto. Esto se debe a que se tiene que agregar suficiente asfalto la mezcla para permitir absorción, y para que además se puedan cubrir las partículas con una película adecuada de asfalto. Los técnicos hablan de dos tipos de asfalto cuando se refieren al asfalto absorbido y al no absorbido: contenido total de asfalto y contenido efectivo de asfalto. El contenido total de asfalto es la cantidad de asfalto que debe ser adicionada a la mezcla para producir las cualidades deseadas en la mezcla. El contenido efectivo de asfalto es el volumen de asfalto no absorbido por el agregado; es la cantidad de asfalto que forma una película ligante efectiva sobre la superficie de los agregados. Contenido Efectivo de Asfalto = ( Cantidad Absorbida de asfalto − Total de asfalto ) 1.3.9 Propiedades Consideradas en el Diseño de Mezclas. Las buenas mezclas asfálticas en caliente trabajan bien debido a que son diseñadas, producidas y colocadas de tal manera que se logra obtener las propiedades deseadas.

Hay varias propiedades que contribuyen a la buena calidad de pavimentos de mezclas en caliente. Estas incluyen la estabilidad, la durabilidad, la impermeabilidad, la trabajabilidad, la flexibilidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia al deslizamiento. El objetivo primordial del procedimiento de diseño de mezclar es el de garantizar que la mezcla de pavimentación posea cada una de estas propiedades. Por lo tanto, hay que saber que significa cada una de estas propiedades, cómo es evaluada, y que representa en términos de rendimiento del pavimento12.

1.3.9.1 Estabilidad. “La estabilidad de un asfalto es su capacidad de resistir desplazamientos y deformación bajo las cargas del tránsito. Un pavimento estable es capaz de mantener su forma y lisura bajo cargas repetidas, un pavimento inestable desarrolla ahuellamientos (canales), ondulaciones (corrugación) y otras señas que indican cambios en la mezcla”13. Los requisitos de estabilidad solo pueden establecerse después de un análisis completo del tránsito, debido a que las especificaciones de estabilidad para un

11 Ibíd., p. 60. 12 Ibíd., p. 60. 13 Ibíd., p. 60

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pavimento dependen del tránsito esperado. Las especificaciones de estabilidad deben ser lo suficiente altas para acomodar adecuadamente el tránsito esperado, pero no más altas de lo que exijan las condiciones de tránsito. Resultados muy altos de estabilidad producen un pavimento demasiado rígido y, por lo tanto, menos durable que lo deseado. La estabilidad de una mezcla depende de la fricción y la cohesión interna. La fricción interna en las partículas de agregado (fricción entre partículas) está relacionada con características del agregado tales como forma y textura superficial. La cohesión resulta de la capacidad ligante del asfalto. Un grado propio de fricción y cohesión interna, en la mezcla, previene que las partículas de agregado se desplacen unas respecto a otras debido a las fuerzas ejercidas por el tráfico. En términos generales, entre más angular sea la forma de las partículas de agregado y más áspera sea su textura superficial, más alta será la estabilidad de la mezcla. Cuando no hay agregados disponibles con características de alta fricción interna, se pueden usar mezclar más económicas, en lugares donde se espere tráfico liviano, utilizando agregados con valores menores de fricción interna. La fuerza ligante de la cohesión aumenta con aumentos en la frecuencia de carga (tráfico). La cohesión también aumenta a medida que la viscosidad del asfalto aumenta, o a medida que la temperatura del pavimento disminuye. Adicionalmente, y hasta cierto nivel, la cohesión aumenta con aumentos en el contenido de asfalto. Cuando se sobrepasa este nivel, los aumentos en el contenido de asfalto producen una película demasiado gruesa 66 sobre las partículas de agregado, lo cual resulta en pérdida de fricción entre partículas Existen muchas causas y efectos asociados con una estabilidad insuficiente en el pavimentos (véase la Figura 5). Figura 5. Causas y Efectos de la Inestabilidad del Pavimento

Fuente. Los Autores.

CAUSAS

•Exceso de asfalto en la mezcla

•Exceso de arena de tamaño medio en la mezcla

•Agregado redondeado sin, o con pocas, superficies trituradas

EFECTOS

•Ondulaciones, ahuellamientos y afloramiento o exudación

•Ahuellamiento y canalización

•Baja resistencia durante la compactación y posteriormente, durante uncierto tiempo; dificultad para la compactación.

26

1.3.9.2 Durabilidad. La durabilidad de un pavimento es su habilidad para resistir factores tales como la desintegración del agregado, cambios en las propiedades de asfalto (polimerización y oxidación), y separación de las películas de asfalto. Estos factores pueden ser el resultado de la acción del clima, el tránsito, o una combinación de ambos.

Generalmente, la durabilidad de una mezcla puede ser mejorada en tres formas. Estas son: usando la mayor cantidad posible de asfalto, usando una graduación densa de agregado resistente a la separación, y diseñando y compactando la mezcla para obtener la máxima impermeabilidad. La mayor cantidad posible de asfalto aumenta la durabilidad porque las películas gruesas de asfalto no se envejecen o endurecen tan rápido como lo hacen las películas delgadas. En consecuencia, el asfalto retiene, por más tiempo, sus características originales. Además el máximo contenido posible de asfalto sella eficazmente un gran porcentaje de vacíos interconectados en el pavimento, haciendo difícil la penetración del aire y del agua. Por supuesto, se debe dejar un cierto porcentaje de vacíos en el pavimento para permitir la expansión del asfalto en los tiempos cálidos. Una graduación densa de agregado firme, duro, a la separación, contribuye, de tres maneras, a la durabilidad del pavimento. Una graduación densa proporciona un contacto más cercano entre las partículas del agregado, lo cual mejora la impermeabilidad de la mezcla. Un agregado firme y duro resiste la desintegración bajo las cargas del tránsito. Un agregado resistente a la separación resiste la acción del agua y el tránsito, las cuales tienden a separar la película de asfalto de las partículas de agregado, conduciendo a la desintegración del pavimento. La resistencia de una mezcla a la separación puede ser mejorada, bajo ciertas condiciones, mediante el uso de compuestos adhesivos, o rellenos como la

cal hidratada14.

La intrusión del aire y agua en el pavimento puede minimizarse si se diseña y compacta la mezcla para darla al pavimento lo máximo impermeabilidad posible. Existen muchas causas y efectos con una poca durabilidad del pavimento (véase la Figura 6).

14 Ibid., p. 62

27

Figura 6. Cusas y Efectos de una poca Durabilidad

Fuente. Los Autores.

1.3.10 Impermeabilidad. La impermeabilidad de un pavimento es la resistencia al paso de aire y agua hacia su interior, o a través de él.

Esta característica está relacionada con el contenido de vacíos de la mezcla compactada, y es así como gran parte de las discusiones sobre vacíos en las secciones de diseño de mezcla se relaciona con impermeabilidad. Aunque el contenido de vacíos es una indicación del paso potencial de aire y agua a través de un pavimento, la naturaleza de estos vacíos es muy importante que su cantidad. El grado de impermeabilidad está determinado por el tamaño de los vacíos, sin importar si están o no conectados, y por el acceso que tienen a la superficie del pavimento. Aunque la impermeabilidad es importante para la durabilidad de las mezclas compactadas, virtualmente todas las mezclas asfálticas usadas en la construcción de carreteras tienen cierto grado de permeabilidad. Esto es aceptable, siempre y cuando la permeabilidad esté dentro de los límites especificados15 (véase la Figura 7).

15 Ibíd., p. 62

•Bajo contenio de asfalto.

•Alto contenido de vacíos debido al diseño o a la falta de compactación

•Agregados susceptibles al agua (Hidrofilitos)CAUSAS

•Endurecimiento rápido del asfalto y desintegración por pérdida de agregado.

•Endurecimiento temprano del asfalto seguido por agrietamiento o desintegración.

•Películas de asfalto se desprenden del agregado dejando un pavimento desgastado, o desintegrado

EFECTOS

28

Figura 7. Causas y Efectos de la Permeabilidad

Fuente. Los Autores.

1.3.11 Trabajabilidad. La trabajabilidad está descrita por la facilidad con que una mezcla de pavimentación puede ser colocada y compactada. Las mezclas que poseen buena trabajabilidad son fáciles de colocar y compactar; aquellas con mala trabajabilidad son difíciles de colocar y compactar.

La trabajabilidad puede ser mejorada modificando los parámetros de la mezcla, el tipo de agregado, y/o la granulometría. Las mezclas gruesas (mezclas que contienen un alto porcentaje de agregado grueso) tienen una tendencia a segregarse durante su manejo, y también pueden ser difíciles de compactar. A través de mezclas de prueba en el laboratorio puede ser posible adicionar agregado fino, y tal vez asfalto, a una mezcla gruesa, para volverla más trabajable. En tal 68 caso se deberá tener cierto cuidado para garantizar que la mezcla modificada cumpla con los otros criterios de diseño, tales como contenido de vacíos y estabilidad. Un contenido demasiado alto de relleno también puede afectar la trabajabilidad. Puede ocasionar que la mezcla se vuelva muy viscosa, haciendo difícil su compactación. La trabajabilidad es especialmente importante en sitios donde se requiere colocar y rastrillar a mano cantidades considerables de mezcla, como por ejemplo alrededor de tapas de alcantarillados, curvas pronunciadas y otros obstáculos similares. Es muy importante usar mezclas trabajables en dichos sitios.

Bajo contenido de asfalto

Compactación inadecuada.

Alto contenido de vacíos en la mezcla de diseño

CAUSAS Las películas delgadas de asfalto causarán tempranamente, un envejecimiento y una desintegración de la mezcla.

Resultará en vacíos altos en el pavimento, lo cual conducirá a la infiltración de agua y baja estabilidad.

El agua y el aire pueden entrar fácilmente en el pavimento, causando oxidación Y desintegración de la mezcla.

EFECTOS

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Las mezclas que son fácilmente trabajables o deformables se conocen como mezclas tiernas. Las mezclas tiernas son demasiado inestables para ser colocadas y compactadas apropiadamente. Usualmente son el producto de una falta de relleno mineral, demasiada arena de tamaño mediano., partículas lisas y redondeadas de

agregado, y/o demasiada humedad en la mezcla16.

Aunque el asfalto no es la principal causa de los problemas de trabajabilidad, si tienen algún efecto sobre esta propiedad. Debido a que la temperatura de la mezcla afecta la viscosidad el asfalto, una temperatura demasiado baja hará que la mezcla sea poco trabajable, mientras que una temperatura demasiado alta podrá hacer que la mezcla se vuelva tierna. El grado y el porcentaje de asfalto también pueden afectar la trabajabilidad de la mezcla (véase la Figura 8). Figura 8. Causas y Efectos de problemas en la Trabajabilidad

Fuente. Los Autores. 1.3.11.1 Flexibilidad. “Es la capacidad de un pavimento asfáltico para acomodarse, sin que se agriete, a movimientos y asentamientos graduales de la subrasante. La flexibilidad es una característica deseable en todo pavimento asfáltico debido a que virtualmente todas las subrasantes se asientan (bajo cargas) o se expanden (por expansión del suelo)” 17. Una mezcla de granulometría abierta con alto contenido de asfalto es, generalmente, más flexible que una mezcla densamente graduada de bajo contenido de asfalto. Algunas veces los requerimientos de flexibilidad entran en conflicto con los requisitos de estabilidad, de tal manera que se debe buscar el equilibrio de los mismos.

16 Ibid., p. 63 17 Ibíd., p. 64

CAUSAS

•Tamaño máximo de partícula: grande

•Demasiado agregado grueso

•Temperatura muy baja de mezcla

•Demasiada arena de tamaño medio

•Bajo contenido de relleno mineral

•Alto contenido de relleno mineral

EFECTOS

•superficie áspera, difícil de colocar.

•Puede ser difícil de compactar

•Agregado sin revestir, mezcla poco durable superficie áspera, difícil de compactar.

•La mezcla se desplaza bajo la compactadora y permanece tierna o blanda

•Mezcla tierna, altamente permeable

•Mezcla muy viscosa, difícil de manejar, poco durable.

30

1.3.11.2 Resistencia a la fatiga. La resistencia a la fatiga de un pavimento es la resistencia a la flexión repetida bajo las cargas de tránsito.

Se ha demostrado, por medio de la investigación, que los vacíos (relacionados con el contenido de asfalto) y la viscosidad del asfalto tienen un efecto considerable sobre la resistencia a la fatiga. A medida que el porcentaje de vacíos en un pavimento aumenta, ya sea por diseño o por falta de compactación, la resistencia a la fatiga del pavimento. (El periodo de tiempo durante el cual un pavimento en servicio es adecuadamente resistente a la fatiga) disminuye. Así mismo, un pavimento que contiene asfalto que se ha envejecido y endurecido

considerablemente tiene menor resistencia a la fatiga18.

Las características de resistencia y espesor de un pavimento, y la capacidad de soporte de la subrasante, tienen mucho que ver con la vida del pavimento y con la prevención del agrietamiento asociado con cargas de tránsito. Los pavimentos de gran espesor sobre subrasantes resistentes no se flexionan tanto, bajo las cargas, como los pavimentos delgados o aquellos que se encuentran sobre subrasantes débiles (véase la Figura Figura 9. Causas y Efectos de una mala Resistencia a la Fatiga

Fuente. Los Autores. 1.3.11.3 Resistencia al deslizamiento.

Resistencia al deslizamiento es la habilidad de una superficie de pavimento de minimizar el deslizamiento o resbalamiento de las ruedas de los vehículos, particularmente cuando la superficie este mojada. Para obtener buena resistencia al deslizamiento, el neumático debe ser capaz de mantener contacto con las partículas de agregado en vez de rodar sobre una película de agua en la superficie del pavimento. La resistencia al deslizamiento se mide en terreno con una rueda normalizada bajo condiciones controladas de humedad en la superficie del pavimento, y a una velocidad de 65 km/hr (40 mi/hr).

18 Ibíd., p. 64

•Bajo contenido de asfalto

•Vacíos altos de diseño

•Falta de compactación

•Espesor inadecuado de pavimento

CAUSAS

•Agrietamiento por fatiga

•Envejecimiento temprano del asfalto, seguido por agrietamiento por fatiga.

•Envejecimiento temprano del asfalto, seguido por agrietamiento por fatiga.

•Demasiada flexión seguida por agrietamiento por fatiga.

EFECTOS

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Una superficie áspera y rugosa de pavimento tendrá mayor resistencia al deslizamiento que una superficie lisa. La mejor resistencia al deslizamiento se obtiene con un agregado de textura áspera, en una mezcla de gradación abierta y con tamaño máximo de 9.5 mm (38 pulgadas) a 12.5 mm (1/2 pulgada). Además de tener una superficie áspera, los agregados debe resistir el pulimiento (alisamiento) bajo el tránsito. Los agregados calcáreos son más susceptibles al pulimiento que los agregados silíceos. Las mezclas inestables que tienden a 70 deformarse o a exudar (flujo de asfalto a la superficie) presentan problemas graves de resistencia al

deslizamiento19. Figura 10. Causas y Efectos de una Poca Resistencia al Deslizamiento

Fuente. Los Autores. 1.3.12 Modificación de Asfaltos. En los últimos años se ha venido presentado un cambio en las solicitudes que se le hacen al pavimento: un mayor número de carga por eje, una mayor presión de inflado, mayores velocidades, que han hecho que el asfalto tradicionalmente usado deba ser modificado para mejorar sus características mecánicas. “El asfalto es susceptible a la temperatura. Por ser visco elástico, presenta cambios continuos en sus características según el rango de temperaturas de Operación: es rígido a bajas temperaturas y fluido a altas temperaturas. Existen distintas clases de modificadores: hay polímeros y no polímeros. Con estos, el diseñador puede intervenir en las características del asfalto”20. 1.3.13 Propiedades de las Mezclas Asfálticas para Capas de Rodadura. La capa superior de un pavimento es la que debe proporcionar una superficie de rodadura segura, confortable y estética. Como todas las exigencias deseables para una superficie de rodadura no pueden optimizarse simultáneamente hay que equilibrar las propiedades contrapuestas para llegar a las soluciones más satisfactorias.

19 Ibíd., p. 65 20 ASOPAC. Cartilla del Pavimento Asfaltico [en línea]. Bogotá: Scribd [citado 17 abril, 2016]. Disponible en Internet: <URL: http://docslide.com.br/documents/cartilla-del-pavimento-asfaltico-asopac.html>

•Exceso de asfalto

•Agregado mal graduado o con mala textura

•Agregado pulido en la mezcla.CAUSAS

•Exudación, poca resistencia al deslizamiento

•textura Pavimento liso, posibilidad de hidroplaneo

•Poca Resistencia al deslizamiento

EFECTOS

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Los materiales asfálticos proporcionan superficies continuas y cómodas para la rodadura de los vehículos. No obstante, hay que establecer un balance entre la durabilidad, rugosidad, impermeabilidad, y otras características útiles o imprescindibles para el usuario. Por ejemplo, en los países fríos, en particular en el centro de Europa, se han desarrollado mezclas muy impermeables y ricas en mortero. Si estas mezclas no proporcionan la textura adecuada, se recurre a procedimientos ajenos a la propia mezcla como son la incrustación en la superficie de gravillas o al abujardado en caliente. En las capas de rodadura el uso de agregados de alta calidad y de aditivos se justifica por las solicitaciones a que están sometidas. “Actualmente la modificación de ligantes se ha generalizado para carreteras importantes persiguiéndose la optimización de la respuesta mecánica y de la durabilidad de la mezcla. Por la misma razón, la calidad de los agregados es absolutamente imprescindible, aunque todo ello suponga un costo mayor para el pavimento”21 1.3.14 Propiedades de las Mezclas Asfálticas para Capas Inferiores. Las capas de espesor apreciable de un firme tienen una misión estructural fundamental para absorber la mayor parte de las solicitaciones del tráfico, de forma que éstas lleguen convenientemente disminuidas a las capas inferiores, explanada o cimiento de la carretera.

Existen tendencias y países que llegan a utilizar paquetes asfálticos de gran espesor que forman la losa estructural fundamental del firme. En otros casos la función resistente radica en la colaboración con otras capas de materiales granulares o hidráulicos. La tendencia española tradicional para el diseño de las mezclas de las capas gruesas de base ha sido la de elegir granulometrías inspiradas en el Instituto del Asfalto, con muchos huecos. Las mezclas anteriores son netamente abiertas con un esqueleto mineral, en cuyo rozamiento interno radica la función resistente. Estas mezclas se podían considerar inspiradas en las antiguas bases de piedra partida o Macadam tratadas por penetración con ligantes hidrocarbonados22.

1.3.15 Asfaltos Modificados con Polímeros (AMP). Concite en modificar las características mecánicas de un asfalto (deformaciones originadas tanto por agentes mecánicos tanto por agentes climáticos cuanto por transito), mediante la adición de polímeros, dotando al asfalto de mayor viscosidad a temperaturas elevadas (N aumentando la rigidez de los mismos), al tiempo de disminuir la figuración por retracción de térmica a bajas temperaturas y por fatiga, aumentado

21 RODRÍGUEZ, A. P. Mezclas asfálticas en línea. Cataluña: Universidad Politécnica de Cataluña citado 2

abril, 2016. Disponible en Internet: URL: http://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3334/34065-

14.pdf?sequen ce=14 22 RODRÍGUEZ, A. P. Mezclas asfálticas en línea. Cataluña: Universidad Politécnica de Cataluña citado 2

abril, 2016. Disponible en Internet: URL: http://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3334/34065-

14.pdf?sequen ce=14

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su elasticidad. Simultáneamente se intenta proporcionarle una mejor adherencia al sustrato.

A altas temperaturas de servicio puede que el asfalto llegue a reblandecerse, facilitando su deformación. Este riesgo es aún mayor en azoteas transitables, donde puede producirse punzonamiento de la capa asfáltica. En general y sin considerar otros factores que pueden influir, podemos decir que para disminuir dichas deformaciones debiera trabajarse con un asfalto más duro, de modo de lograr una mayor rigidez del estrato Por el contrario a bajas temperaturas de servicio, el asfalto se torna relativamente rígido y frágil. El nivel de susceptibilidad a las fisuraciones está directamente relacionado con la dureza del asfalto y su consiguiente capacidad para absorber las tensiones a que se ve sometido. Disminuyendo su dureza, se minimiza el riesgo de fragilidad. Como se puede apreciar, si se demora el comportamiento reológico a altas temperaturas, se influye negativamente ante las bajas. Para modificar favorablemente los asfaltos, se recurre a los polímeros. Estos son sustancias de alto peso molecular formadas por la unión de grandes cantidades pequeñas de moléculas llamados monómeros (son compuestos químicos con moléculas simples). Los polímeros pueden clasificarse a su vez en Elastómeros (tiene comportamiento elástico, es decir que retoman su dimensión original al cesar la acción solicitante), y Plastómeros (superan el límite de fluencia y quedan permanente deformados aun cuando ese el estado de tensión). Entre los primeros tenemos elastómeros naturales tales como: el caucho, la glucosa, celulosa, sacarosa, ceras y algunas arcillas. También hay elastómeros artificiales (sintéticos) como el SBS (estireno-butadieno-estireno). SBR (25% de estireno y 75% de butadieno con adición de ácido acrílico para mejorar adhesividad), EPDM (polipropileno atáctico) que es muy flexible y resistente al calor y a los agentes químicos. Entre los plastómeros encontramos el PE (Polietileno), con gran resistencia traccional y térmica, sobretodo en bajas temperaturas. Los asfaltos modificados con cualquiera de estos polímeros tienen menor viscosidad a bajas temperaturas (son menos frágiles) y a altas temperaturas aumenta su dureza; además de mejorar la relación-viscosidad presentan otras ventajas en relación a los asfaltos tradicionales o comunes. En relación a los intervalos de plasticidad estos aumentan. Su cohesión aumenta. La Elasticidad aumenta. Su adherencia al sustrato es mayor. En relación a la acción del agua adquiere mayor resistencia. Mayor resistencia al envejecimiento.

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Dentro de las desventajas vamos a encontrar altos costos en los polímeros a utilizar en la modificación de los asfaltos23.

1.3.16 Investigaciones Recientes. Hanzl (2007) han sugerido que “el fenómeno de daño de la humedad es demasiado complejo para ser investigado a través de únicamente ensayos de mezclas asfálticas del campo. La comprensión de cómo la humedad afecta el vínculo entre el asfalto/agregado y asfalto/asfalto es necesaria para caracterizar el comportamiento de la mezcla total”24. Por lo tanto, las propiedades de adherencia de asfalto/agregado y la cohesión del asfalto, inicialmente deben ser estudiadas por separado para desarrollar sistemas para determinar estas propiedades e incorporar estas mediciones en la consideración de la susceptibilidad a la humedad en la mezcla asfáltica completa. Shi (2009) centraron sus investigaciones sobre los efectos de los descongelantes sobre pavimentos asfálticos de diferentes tipos de mezcla. Un amplio estudio de laboratorio evaluó los efectos destructivos relativos de varios anticongelantes en el pavimento asfáltico, teniendo en cuenta el efecto de los ciclos de congelación/descongelación. La exposición a ciclos de congelación / descongelación y descongelantes permitió encontrar la afectación de la viscosidad del cemento asfáltico recuperado y la gradación de agregados recuperados. La extensión del daño a pavimentos asfálticos debido a los ciclos de congelación/descongelación en el agua destilada era menor que la causada por cualquier descongelante utilizado (urea, NaCl, otros). Se encontró un intervalo crítico de la concentración entre 1 % y 2 % en peso de descongelante sólido a la solución, en el que se observó el máximo efecto perjudicial para todos los tipos de sustancias y agregados. Los agregados de piedra caliza mostraron una mayor resistencia a la desintegración que los agregados de cuarcita cuando se someten a ciclos de congelación/descongelación en presencia de los descongelantes. Se encontró que la urea tiene el efecto perjudicial más alto, en ambos los agregados y probetas de concreto asfáltico. Sugirieron preferir cementos asfálticos duros o modificado, utilizar agregados alcalinos y evitar filler calizo. Decheng (2010) expusieron que en algunas regiones de la parte noreste de China, más de 1,000 km de carretera arterial están cerca o incluso llegan a través del mar. Así que el agua de mar puede invadir fácilmente en la estructura de pavimento bajo el efecto de la marea y las tormentas. Estos caminos también están en la región congelada estacional de China, y así el agua de mar se congela y descongela como los cambios de temperatura causando cambios regulares en su volumen. La sal y el ciclo de congelación/descongelación inevitablemente tendrán

23 ZANNI, Enrique. Patología de la Construcción y Restauro de Obras de Arquitectura. Córdoba: Brujas, 2008. p. 157 24

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su influencia en la durabilidad de las M.A.C. Cinco concentraciones diferentes de sal en asfalto se prepararon con una cantidad pesada de 1, 2, 3, 4 y 5 por ciento de sal en peso de asfalto. Se prepararon dos grupos de muestras. El primer grupo fue etiquetado como no condicionado. El segundo grupo (condicionado) fue primero condicionado por la saturación de vacío con agua destilada o agua de mar, después se sometió a 8 ciclos sucesivos de congelación/descongelación. Las resistencias a la tensión indirecta, el volumen y el peso se determinaron al final de 0, 2, 4, 6 y 8 ciclos o hasta el fallo para los especímenes condicionados y no condicionados. Llegaron a la conclusión de que la sal juega un papel importante en el rendimiento de cemento asfáltico a bajas temperaturas. Resultados de relación de resistencia a la tensión para todas las mezclas indican que la sal tiene un efecto más significativo en la resistencia a la tensión cuando el porcentaje de sal es más de 3%. El daño por congelamiento/descongelamiento de las mezclas asfálticas incluye principalmente dos fases. La primera es el daño causado por la expansión del agua que resulta en la disminución de la resistencia a la tensión indirecta. Y la otra es el daño interfacial entre el asfalto y el agregado o la fractura del concreto asfáltico, que produce un mayor aumento de la pérdida de peso. El-Maaty (2013) (INVIAS, 2012) estableció que los pavimentos en Egipto suelen ser atacados por dos tipos de agua, incluida el agua de mar, y el agua pura. En el laboratorio, se simularon las condiciones para evaluar el efecto del grado de saturación, vacíos de aire y medios de ataque con la resistencia a la tensión indirecta y el módulo de elasticidad. Esto le dio una medida cuantitativa de las condiciones de durabilidad de M.A.C. utilizadas en Egipto. Por otra parte, ayudó a predecir daños por humedad en las áreas que sufren daños por agua. Las muestras se sumergieron en dos tipos de agua, incluida el agua del grifo y el agua (Decheng Feng & Junyan )de mar, sin indicar la concentración de esta última. Se realizaron todas las pruebas para evaluar el efecto de estos medios de ataque para diferentes períodos de condicionamiento (1, 3, 7, y 14 días). Obtuvo que los especímenes acondicionados en agua de mar obtuvieron menor estabilidad Marshall, flujo, cociente Marshall, menor módulo de elasticidad, la resistencia de extracción más baja, desplazamiento lateral inferior, relación de resistencia a la tensión y menor estabilidad retenida Marshall, donde 7 días de acondicionamiento en agua de mar tenía aproximadamente el mismo efecto que 14 días de acondicionamiento en el agua del grifo en lo que respecta a los daños por humedad. Esta reducción aumentó con el incremento tanto del período de condicionamiento y de los vacíos de aire. Chowdhury (2013) trataron de determinar y comparar las propiedades de la sal mezclada con asfalto y asfalto puro, e investigar el comportamiento de mezclas asfálticas en su estabilidad con asfalto modificado dado el aumento del porcentaje de sal en el cemento. Las muestras se prepararon mediante la adición de cloruro de sodio con el cemento puro. La sal se agregó con respecto a 0, 2, 4, 6, 8 y 10 por ciento en peso de cemento puro. El cloruro de sodio jugó un papel importante en la mejora de las diferentes propiedades de los cementos y diseño de la mezcla

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asfáltica. Se concluyó que el valor de la penetración y la gravedad específica aumenta y el punto de reblandecimiento, el punto de inflamación, la solubilidad y la ductilidad del cemento disminuyen con el aumento de sal; las propiedades de adhesión y de cohesión del concreto asfáltico se redujeron con el aumento del porcentaje de sal en el cemento. El contenido óptimo de asfalto también se incrementó con el aumento de porcentaje de contenido de sal y se encontró superior a 4% de contenido de sal. De la prueba de Marshall, en cuanto a la consideración de la estabilidad y la durabilidad del pavimento flexible, se podría permitir en la construcción de carreteras la cantidad de sal máxima del 2% en cementos puros. Yu (2013) estudiaron asfalto no modificado y asfalto modificado con SBS después de envejecimiento a largo plazo en el que se sumergieron en diferentes concentraciones de sal en varias duraciones y se analizaron posteriormente las propiedades reológicas. Los tipos de asfalto incluyen asfalto convencional y asfalto modificado con SBS. NaCl fue elegido como la sal para el condicionamiento, cuyas concentraciones elegidas fueron de 0.3, 1, 3 y 5%. Las duraciones de inmersión fueron de 1, 7, 15 y 30 días. Cuando los tiempos de inmersión son fijos, el cemento convencional envejecido, no presentó diferencias en el G* y δ entre los especímenes inmersos y sin inmersión a excepción de aquellos de 30 días de inmersión, que hicieron caer ligeramente G* a baja frecuencia y disminuir δ a alta frecuencia. Para el asfalto modificado con SBS después del envejecimiento a largo plazo, también hay diferencias en G * y δ entre los especímenes inmersos y sin inmersión. A altas temperaturas, la sal puede mejorar el rendimiento de asfalto envejecido. En comparación con el cemento convencional envejecido, las propiedades de las muestras inmersas en sal después del PAV a baja temperatura disminuyeron significativamente, especialmente cuando la inmersión es en 3% de concentración de agua salina durante 15 días. En asfalto modificado con SBS y envejecido, la sal reduce el rendimiento a bajas temperaturas. La sal también puede reducir las propiedades de fatiga después del envejecimiento a largo plazo, evaluada por el factor de la fatiga. Basado en los resultados de las pruebas, los autores concluyen que la sal tiene, un efecto sobre las propiedades reológicas de los asfaltos no modificados y modificados con SBS después de PAV, especialmente en el rendimiento a baja temperatura. 1.3.17 Cloruro de Sodio. En relación al cloruro de sodio podemos decir que “es muy conocido como la sal de cocina, es una composición química entre dos elementos de la tabla periódica como lo son el sodio y el cloro, su fórmula científica es NaCl. Este compuesto químico se presenta en la salinidad del océano”25.

25 WIKIPEDIA. Cloruro de sodio [en línea]. Bogotá: Wikipedia [citado 20 marzo, 2016]. Disponible en Internet: <URL: https://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_sodio>

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Algunas características que vamos a encontrar del cloruro de sodio, sería su estado sólido incoloro y además cristalino, soluble en agua y de baja solubilidad en el etanol. Compuesto por un átomo de sodio y un átomo de cloro (véase la Figura Figura 11. Compuestos de cloruro de sodio

Fuente. FORMULACIÓN QUÍMICA. NaCl / cloruro de sodio en línea. Bogotá: la

Empresa citado 20 abril, 2015. Disponible en Internet: URL: http://www.formula

cionquimica.com/NaCl/ 1.3.17.1 Obtención del cloruro de sodio. A continuación se mencionaran dos procesos mediante los cuales se puede obtiene el cloruro de sodio o sal (véase la Figura 12). Figura 12. Formas de Obtención del Cloruro de Sodio

Fuente. Los Autores. 1.3.17.2 Propiedades del cloruro de sodio. Las principales propiedades cloruro sódico (NaCl) son (véase la Figura 13).

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Figura 13. Propiedades del Cloruro de Sodio

Fuente. Los Autores. 1.3.17.3 Usos del cloruro de sodio. Entre los usos del cloruro de sodio se encuentran: Alimentación. Fabricación de plásticos. Extintores de incendios. Producción de hormigón. Productos para las piscinas. Deshielo en carreteras, los estacionamientos y las aceras: ya que el cloruro de sodio genera calor al disolverse en agua.

PROPIEDADES DEL CLORURO

DE SODIO

PUNTO DE FUSION 801°C

MASA MOLAR 58,44 g/mol.

DENSIDAD2,16 g/cm3

PUNTO DE FUCION1413°C

39

2. METODOLOGÍA 2.1 PROCEDIMIENTO DEL DISEÑO Y OBTENCIÓN DEL PORCENTAJE ÓPTIMO DE ASFALTO EN UNA MEZCLA ASFÁLTICA MDC-19 A continuación se puede observar los criterios para el diseño preliminar de mezclas asfálticas en caliente (véase el Cuadro 2). Cuadro 2. Criterios para el Diseño Preliminar de las Mezclas Asfálticas en Caliente de la Degradación Continúa por el Método Marshall

Fuente. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS – INVIAS. Mezclas asfálticas en caliente de gradación continua (concreto asfáltico). Art. 450 – 13. Bogotá: INVIAS, 2013. p. 9

2.1.1 Caracterización de los Agregados. 2.1.1.1 Agregado fino (ARENA) Ensayos. El material granular utilizado en el proyecto fue suministrado de la mina la fontana.

40

2.1.1.2 Granulometría según norma NTC-174. A continuación se presenta la granulometría de arena gruesa la Fontana según Norma NTC-174 (véase el Cuadro 3 y la Figura 14). Cuadro 3. Granulometría Arena Gruesa la Fontana según norma NTC-174

Masa Inicial 1004,0 Módulo de Finura: 2,74

Masa Inicial Seca 960,0 P2 Materia Orgánica: 3

Masa Final seca después de lavado 886,0 P3 pH: 6

Sumatoria de masas retenidas 957,0 Perdida en tamizado 74,0

Fondo después de tamizado 8,0

Humedad W% 4,6 957

Fuente. Los Autores.

Figura 14. Relación del porcentaje que pasa versus la abertura del tamiz

Fuente. Los Autores. 2.1.1.3 Densidad y absorción del material fino. A continuación se presentan los datos de densidad y absorción de agregados finos (véase el Cuadro 4).

Tamiz

EstándarMasa Retenida %Retenido

Retenido

acumulado% Pasa

Limite

Inferior

Limite

Superior

1/2" 0 0,0 0,0 100,0 100 100

3/8" 0,0 0,0 0,0 100,0 100 100

N° 4 3,0 0,3 0,3 99,7 85 100

N° 8 199,0 20,8 21,1 78,9 60 80

N° 16 181,0 18,9 40,0 60,0 45 65

N° 30 111,0 11,6 51,6 48,4 30 55

N° 50 227,0 23,7 75,3 24,7 15 35

N° 100 101,0 10,6 85,9 14,1 2 14

N° 200 53,0 5,5 91,4 8,6 0 9

Fondo 82,0 8,6 100,0 0,0

AR

EN

AA

GR

UE

SA

Norma NTC - 174

0

20

40

60

80

100

1/2" 3/8" N° 4 N° 8 N° 16 N° 30 N° 50 N° 100 N° 200

% P

asa

Abertura del tamiz

ARENA GRUESA

Limite Inferior Limite Superior % Pasa

41

B = Masa al aire de la muestra secada al horno (g).

A=Masa al aire muestra SSS (g)

Ds Aparente (g/cm3) B/(C+A-D)

Ds Aparente SSS (g/cm3) A/(C+A-D)

Ds Nominal (g/cm3) B/(C+B-D)

Absorción (%). ((A-B)/B)*100

2,57

2,61

2,74

3,09

D=Masa del picnómetro con agua hasta su capacidad y muestra (g)957,4

485,1

500,1

C=Masa del picnómetro lleno de agua (g)649,1

Cuadro 4. Datos Densidad y Absorción Agregados Finos

Fuente. Los Autores 2.1.1.4 Equivalente de arena. A continuación se presentan los datos de equivalencia de arena según la norma NTC-133 (véase el Cuadro 5). Cuadro 5. Datos Equivalente de Arena según NTC-133

Fuente. Los Autores. 2.1.1.5 Registro de azul de metileno según INV-E-235-07. A continuación se presentan los resultados del ensayo azul de metileno arena (véase el Cuadro 6). Cuadro 6. Resultados ensayo azul de metileno arena INV-E-235-07.

Fuente. Los Autores.

No.

(mm)

(mm)

(%)

(%)

PROBETA 1 2 3

LECTURA ARCILLA 5,5 5,5 5,4

LECTURA ARENA 3,5 3,5 3,6

EQUIVALENTE DE ARENA 64 64 67

PROMEDIO 65

3,20%

5

10

10

5,0Valor de Azul de Metileno en Mg de Azul por gramo de material seco

pasa el tamiz 75mm ( N°-200)

gramos de material seco utilizado en la prueba

Humedad de muestra de ensayo (%)

Concentracion de la solucion de Azul Metileno, en mg de azul por ml de

solucion

ml de Solucion de Azul de Metileno

42

2.1.2 Agregado grueso (gravilla 1”) Ensayos. 2.1.2.1 Granulometría según NTC – 174. A continuación se presenta la granulometría de gravilla de 1” de la cantera la Fontana (véase el Cuadro 6 y al Figura 15). Cuadro 7. Granulometría Gravilla de 1” Cantera la Fontana

Masa Inicial 3374,0 Tamaño máximo 11/2"

Masa Inicial Seca 3269 P2 Tamaño máximo 1 "

Masa Final seca después de lavado 3237 P3 Perdida en tamizado 32

Sumatoria de masas retenidas 3269

Fondo después de tamizado 1

Humedad 3,2 3269

Fuente. Los Autores. Figura 15. Porcentaje que Pasa vs Abertura del Tamiz

Fuente. Los Autores

Tamiz

EstándarMasa Retenida %Retenido

Retenido

acumulado% Pasa

Limite

Inferior

Limite

Superior

2" 0,0 0,0 0,0 100,0 100 100

1 1/2" 0,0 0,0 0,0 100,0 100 100

1" 17,0 0,5 0,5 99,5 95 100

3/4" 686,0 21,0 21,5 78,5 60 80

1/2" 1481,0 45,3 66,8 33,2 25 60

3/8" 450,0 13,8 80,6 19,4 13 35

N° 4 533,0 16,3 96,9 3,1 0 10

N° 8 39,0 1,2 98,1 1,9 0 5

N° 200 30,0 0,9 99,0 1,0 0 2

Fondo 33,0 1,0 100,0 0,0

GR

AV

A D

E 1

"

Norma NTC - 174

0102030405060708090

100

2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" N° 4 N° 8 N° 200

% P

asa

Abertura del tamiz

GRAVA DE 1 "

Limite Inferior Limite Superior % Pasa

43

2.1.2.2 Abrasión de los agregados en la máquina de los ángeles. A continuación se presenta el reporte de datos de ensayo de desgaste según norma INVE-218 (véase el Cuadro 8). Cuadro 8. Reporte Datos Ensayo Desgaste Norma INV E-218

Fuente. Los Autores.

2.1.2.3 Ensayo Micro-Deval. A continuación se presenta el ensayo micro-deval (véase el Cuadro 8). Cuadro 9. Ensayo Micro-Deval

Fuente. Los Autores.

PRUEBA 1

12

500

A

5000,1

3821,2

1178,9

23,6

23,6Promedio %

% de desgaste= Pa-Pb/Pa*100

No. de esferas

No. de revoluciones

Gradación usada

Pa

Pb

Pa-Pb= Pérdida

c

Tiempo [min]

Peso de la muestra seca después

del ensayo y después de lavar sobre

Tamiz 4,75 y 1,18 Mf [gr]

1226,3

18,25%

Peso de la muestra seca antes del

ensayo Mi [gr] 1500,0

Cantidad de Agua [lt] 2±0,05

Número de vueltas [RPM] 12000

120

Gradación utilizada A

Carga Abrasiva [gr] 5000±5

1

100*%i

fi

m

mmPérdida

44

Gradaciones: a continuación se presentan los porcentajes retenidos ensayo micro deval (véase el Cuadro 10). Cuadro 10. Porcentajes Retenidos de Acuerdo al Tamo del Tamiz Ensayo Micro-Deval

Fuente. Los Autores. 2.1.2.4 Ensayo Masa unitario suelta. A continuación se presenta el reporte de datos ensayo masa unitaria suelta (véase el Cuadro 11). Cuadro 11. Reporte de Datos Ensayo Masa Unitaria Suelta

Fuente. Los Autores. 2.1.2.5 Ensayo Masa unitario compacta. A continuación se presenta el reporte de datos ensayo masa unitaria compacta (véase el Cuadro 12).

Pasante

Tamiz,

mm

Retenido

Tamiz,

mm

Masa, g

Tiempo de

Rotación,

min

Pasante

Tamiz, mm

Retenido

Tamiz, mmMasa, g

Tiempo de

Rotación, min

19,1 16 375 120±1 12,5 9,5 750 105±1

16 12,5 375 120±1 9,5 6,3 375 105±1

12 9,5 750 120±1 6,3 4,75 375 105±1

A: Muestra seca al horno tamaño 19 mm. B: Muestra seca al horno tamaño 16 mm.

Pasante

Tamiz,

mm

Retenido

Tamiz,

mm

Masa, g

Tiempo de

Rotación,

min

Pasante

Tamiz, mm

Retenido

Tamiz, mmMasa, g

Tiempo de

Rotación, min

19,1 16 375 120±1 12,5 9,5 750 105±1

16 12,5 375 120±1 9,5 6,3 375 105±1

12 9,5 750 120±1 6,3 4,75 375 105±1

A: Muestra seca al horno tamaño 19 mm. B: Muestra seca al horno tamaño 16 mm.

Pasante

Tamiz,

mm

Retenido

Tamiz,

mm

Masa, g

Tiempo de

Rotación,

min

9,5 6,3 750 95±1

6,3 4,75 750 95±1

C: Muestra seca al horno tamaño 12,5 mm.

MUESTRA 1 2 3

Peso del recipiente : P1 (kg). 1,534 1,534 1,534

Peso de la muestra seca y del recipiente

P2 (kg).

Peso de la muestra seca P3 = P2 - P1 (kg). 3,968 3,972 4,002

Volumen definido del recipiente. V (m3). 0,002981 0,002981 0,002981

Masa Unitaria (kg/m3). M:U: = P3/V. 1331,1 1332,4 1342,5

PROMEDIO

***

5,502 5,506 5,536***

***

***

1335,3

45

Cuadro 12. Reporte de datos Ensayo Masa Unitaria Compacta

Fuente. Los Autores. 2.1.2.6 Ensayo de Densidad y Absorción. A continuación se presenta el reporte de datos ensayo densidad y absorción (véase el Cuadro 13). Cuadro 13. Reporte de Datos Ensayo Densidad y Absorción

Fuente. Los Autores. 2.1.3 Cuarteo Material. A continuación se puede observar el cuarteo de material granular (véase la Figura 16). Figura 16. Cuarteo Material Granular Gravilla 1” Mina la Fontana

Fuente. Los Autores.

MUESTRA 1 2 3

Peso del recipiente : P1 (kg). 1,534 1,534 1,534

Peso de la muestra seca y del recipiente

P2 (kg).

Peso de la muestra seca P3 = P2 - P1 (kg). 4,368 4,368 4,436

Volumen definido del recipiente. V (m3). 0,002981 0,002981 0,002981

Masa Unitaria (kg/m3). M:U: = P3/V. 1465,3 1465,3 1488,1

PROMEDIO

***

5,902 5,902 5,970***

***

***

1472,9

A = Masa muestra seca (g). 4896,0

B = Masa al aire muestra SSS (g). 5000,1

C = Masa en el agua de la muestra (g). 3108,0

Ds Aparente (g/cm3) A/(B-C) 2,59

Ds Aparente SSS (g/cm3) B/(B-C) 2,64

Ds Nominal (g/cm3) A/(A-C) 2,74

Absorción (%). (B-A)/(A)*100 2,13

46

De la muestra del acopio del material, se debe realizar una división en 4 partes para tomar las características homogéneas de todo el acopio (véase la Figura 17). Figura 17. Arena de Río sin Tamizar Mina la Fontana

Fuente. Los Autores.

2.1.4 Tamizada y Caracterización Granulometrica. A continuación se puede observar la tamizada y caracterización granulométrica (véase las Figuras 18,19, 20 y 21). Figura 18. Tamizada Materiales Granulares

Fuente. Los Autores

47

Figura 19. Pesaje de Material Granular para Determinación del Porcentaje de Humedad

Fuente. Los Autores Figura 20. Material Granular Pesado y Seleccionado, para Ensayar

Fuente. Los Autores

48

Figura 21. Masa Unitaria Seca Gravilla 1” Mina la Fontana

Fuente. Los Autores 2.2 ENSAYO MARSHALL La metodología para el ensayo Marshall se presenta a continuación (véase el Cuadro 14).

49

Cuadro 14. Metodología Marshall para la Determinación del Porcentaje Óptimo de Asfalto de una Mezcla Asfáltica MDC-19 con CA 80 – 100.

Fuente. Los Autores

seca en el

aire

sss en

aire en agua bulk

maximo

teorico

maximo

medido agregados

vacios con

aire asfalto efectivo medida corregida

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T

1;1 6,63 1198,8 1201,7 668 2,246 2,390 2,389 -0,015 84,4 5,98 9,67 15,65 4,51 61,8 12500 2,43

1;2 4,5 6,65 1184,0 1188,3 657,1 2,229 2,390 2,389 -0,015 83,7 6,70 9,59 16,30 4,51 58,9 7900 3,06

1;3 6,62 1193,3 1195,9 665,3 2,249 2,390 2,389 -0,015 84,5 5,86 9,68 15,54 4,51 62,3 12500 3,53

promedio 6,63 2,241 2,390 2,389 -0,015 84,2 6,18 9,65 15,83 4,51 60,99 139,9 10967 11987 3,01

2;1 6,66 1202,8 1204,2 667,9 2,243 2,362 2,364 0,043 83,8 5,13 11,09 16,22 4,96 68,4 11400 4,00

2;2 5 6,56 1202,1 1203,5 677,3 2,284 2,362 2,364 0,043 85,3 3,36 11,29 14,66 4,96 77,1 13800 4,1

2;3 6,66 1201,0 1203,4 668,9 2,247 2,362 2,364 0,043 83,9 4,95 11,11 16,06 4,96 69,2 10300 3,56

promedio 6,63 2,258 2,362 2,364 0,043 84,4 4,48 11,16 15,64 4,96 71,5 140,9 11833 12934 3,89

3;1 6,58 1200,2 1200,8 669,2 2,258 2,334 2,345 0,209 83,9 3,72 12,38 16,10 5,30 76,9 9130 5,96

3;2 5,5 6,60 1196,2 1197 665,5 2,251 2,334 2,345 0,209 84,1 4,03 11,90 15,92 5,30 74,7 8600 5,44

3;3 6,59 1199,2 1200,1 667,6 2,252 2,334 2,345 0,209 84,1 3,97 11,91 15,87 5,30 75,0 10200 5,07

promedio 6,59 2,253 2,334 2,345 0,209 84,0 3,90 12,06 15,96 5,30 75,5 140,6 9310 10176 5,49

4;1 6,61 1200,6 1201 667,4 2,250 2,307 2,320 0,251 83,2 3,02 13,81 16,83 5,26 82,1 8100 6,71

4;2 6 6,58 1193,4 1198,8 662,6 2,226 2,307 2,320 0,251 82,3 3,02 14,71 17,73 5,26 83,0 9430 6,44

4;3 6,52 1190,2 1190,5 662,8 2,255 2,307 2,320 0,251 83,4 4,07 12,56 16,63 5,26 75,5 8600 6,72

promedio 6,57 2,244 2,307 2,32 0,251 82,9 3,37 13,70 17,06 5,26 80,2 140,0 8710 9520 6,62

asfalto

absorbido

% en volumen total de la mezcla

peso especifico asfalto grado de penetracion

estabilidad

flujo

vacios

agregados

minerales

peso especifico peso

peso especifico de agregados

espesor

briqueta

%

asfalto

briqueta

N°

1,85

1,44

asfalto

efectivo

vacios

llenos de

asfalto

Relación

Estabilidad/

flujo

Kn/mm

3,99

3,33

peso

unitario

50

Los resultados del ensayo Marshall se los representó en gráficos, para poder entender las características particulares de cada una de las briquetas usadas en la serie. Mediante el estudio de los gráficos se puede determinar cuál briqueta cumple mejor los criterios establecidos para el pavimento terminado. Las proporciones de asfalto y agregado en esta briqueta se convierten en las proporciones usadas en la mezcla final. El gráfico No.22, determina el comportamiento adecuado de la curva y el índice mayor de la estabilidad que corresponde al porcentaje de asfalto de 4.5% marcando 11.987 KN. Llenos de asfalto (V.F.A); 5 Estabilidad y 6 Fluencia. Los puntos que representan los diferentes valores son conectados mediante líneas para formar curvas suaves. Con los resultados de los ensayos graficados se pueden observar ciertas tendencias en las relaciones entre el contenido de asfalto y las propiedades de la mezcla. De acuerdo con la tabla No. 6, en donde se realizó la obtención y recolección de los datos para la determinación del porcentaje óptimo de asfalto para las mezclas asfálticas MDC-19 según especificaciones INVIAS. Respecto a los datos obtenidos y teniendo en cuenta la tabla de especificaciones se puede decir que: Según la gráfica No. 22, la estabilidad medida en (KN), la están cumpliendo todos los porcentajes de asfalto que se tuvieron en cuenta en el ensayo Marshall (4.5%, 5%, 5.5% y 6%), sin embargo el dato mayor que sigue la curva la genera el 4.5% de asfalto (véase la Figura 22) Figura 22. Ensayo Marshall Relación Estabilidad vs %Asfalto

Fuente. Los Autores

1198712934

10176 9520

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

4 4,5 5 5,5 6 6,5Esta

bili

dad

co

rre

gid

a (k

g)

% Asfalto

ESTABILIDAD VS. % ASFALTO

51

El flujo, que mide la deformación vertical de la muestra la cumple el 4.5% de asfalto (véase la Figura 23). Figura 23. Ensayo Marshall Flujo vs Asfalto.

Fuente. Los Autores Los vacíos en el aíre (véase la Figura 24). Figura 24. Porcentaje de Vacíos Llenos de Asfalto vs Porcentaje de Asfalto

Fuente. Los Autores

3,01

3,89

5,49

6,62

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

4 4,5 5 5,5 6 6,5

Flu

jo (

mm

)

% Asfalto

FLUJO VS % ASFALTO

60,99

71,575,5

80,2

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

4 4,5 5 5,5 6 6,5

% V

acio

s lle

no

s d

e a

sfal

to

% Asfalto

% VACIOS LLENOS DE ASFALTO VS. % ASFALTO

52

Figura 25. Relación Peso Unitario vs % Asfalto

Fuente. Los Autores

2,241

2,258

2,253

2,244

2,240

2,242

2,244

2,246

2,248

2,250

2,252

2,254

2,256

2,258

2,260

4 4,5 5 5,5 6 6,5

Pe

so u

nit

ario

gr/

cm3

% Asfalto

peso unitario Vs. % asfalto

53

3. PROCEDIMIENTO 3.1 MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS 3.1.1 Modificada con Cloruro de Sodio. Para la determinación de los comportamientos de las mezclas asfálticas modificadas con el cloruro de sodio, se determinó con anterioridad el porcentaje óptimo de asfalto, con el cual se realizaron los ensayos tomando 0.5% por encima y por debajo del cemento asfaltico, para verificar la variación y las reacciones presentadas durante el proceso (véase el Cuadro 15). Cuadro 15. Distribución de las Briquetas Según Porcentajes de Asfalto y del Agente Modificador (Cloruro de Sodio)

Fuente. Los Autores 3.1.1.1 Registro Fotográfico. A continuación se muestra el registro fotográfico del ensayo (véase las Figuras 26, 27, 28 y 29)

ASFALTO MODIFICADOR ASFALTO MODIFICADOR

% % CLORURO DE SODIO % % CLORURO DE SODIO

1 4,0% 19 4,0%

2 4,0% 20 4,0%

3 4,0% 21 4,0%

4 4,50% 22 4,50%

5 4,50% 23 4,50%

6 4,50% 24 4,50%

7 5,0% 25 5,0%

8 5,0% 26 5,0%

9 5,0% 27 5,0%

10 4,0% 28 4,0%

11 4,0% 29 4,0%

12 4,0% 30 4,0%

13 4,50% 31 4,50%

14 4,50% 32 4,50%

15 4,50% 33 4,50%

16 5,0% 34 5,0%

17 5,0% 35 5,0%

18 5,0% 36 5,0%

No. de

briqueta

10%

10%

10%

20%

20%

20%5%

1%

5%

5%

No. de

briqueta

1%

1%

54

Figura 26. Cantidad de Cloruro de Sodio al 1% de 330 gr de Asfalto

Fuente. Los Autores

Figura 27. Cantidad de Asfalto al 4% de la Mezcla

Fuente. Los Autores

55

Figura 28. Gravilla para Mezcla de 3 Briquetas al 43%

Fuente. Los Autores Figura 29. Materiales Expuestos a Temperaturas Altas antes de Mezclar

Fuente. Los Autores Calentar materiales para garantizar homogeneidad de las mezclas (Gravilla 1”, arena y asfalto modificado) (véase las Figuras 30, 31, 32, 33 y 34).

56

Figura 30. Adición del Cloruro de Sodio al Asfalto a Temperatura de 100 ºC.

Fuente. Los Autores Figura 31. Incorporación del Asfalto a los Materiales Granulares

Fuente. Los Autores

57

Figura 32. Mezclado Homogéneo a Temperatura de 140ºC.

Fuente. Los Autores

Figura 33. Compactación Briquetas con Pedestal a Temperatura de 130ºC.

Fuente. Los Autores

58

Figura 34. Juego de Briquetas con el Agente Modificador (Cloruro de Sodio)

Fuente. Los Autores 3.1.2 Datos Ensayo Marshall Mezcla Modificada con Cloruro de Sodio. A continuación se muestran los datos de Marshall con el 1% de cloruro de sodio (véase el Cuadro 16).

59

Cuadro 16. Marshall con el 1% de Cloruro de Sodio

Fuente. Los Autores. Cuadro 17. Marshall con el 5% de Cloruro de Sodio

Fuente. Los Autores

seca en el

aire

sss en

aire en agua bulk

maximo

teorico

maximo

medido agregados

vacios con

aire asfalto efectivo medida corregida

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T

1 6,58 1186,5 1188 659,2 2,244 2,419 2,389 -0,534 84,7 6,08 9,22 15,30 4,51 60,3 11000 3,19

2 4 6,56 1187,3 1188,6 658,2 2,238 2,419 2,389 -0,534 84,5 6,30 9,20 15,50 4,51 59,3 10900 3,13

3 6,62 1193,3 1195,9 665,3 2,249 2,419 2,389 -0,534 84,9 5,86 9,24 15,10 4,51 61,2 12500 3,53

promedio 6,59 2,244 2,419 2,389 -0,534 84,7 6,08 9,22 15,30 4,51 60,26 140,0 11467 12533 3,28

4 6,59 1196,0 1197,9 665,4 2,246 2,390 2,364 -0,479 84,3 4,99 10,66 15,65 4,96 68,1 12300 3,15

5 4,5 5,60 1206,7 1208,1 670,8 2,246 2,390 2,364 -0,479 84,3 5,00 10,66 15,66 4,96 68,1 14400 3,53

6 6,57 1203,2 1205,4 672 2,256 2,390 2,364 -0,479 84,7 4,58 10,71 15,29 4,96 70,0 12300 3,93

promedio 6,25 2,249 2,390 2,364 -0,479 84,5 4,86 10,68 15,53 4,96 68,7 140,3 13000 14209 3,54

7 6,66 1195,4 1197,5 659,8 2,223 2,362 2,345 -0,317 83,1 5,20 11,75 16,95 5,30 69,3 9890 3,8

8 5 6,50 1184,3 1185,1 656,5 2,240 2,362 2,345 -0,317 84,1 4,46 11,40 15,86 5,30 71,9 11500 3,64

9 6,45 1183,5 1184,2 658,9 2,253 2,362 2,345 -0,317 84,6 3,92 11,47 15,39 5,30 74,5 13100 4,1

promedio 6,54 2,239 2,362 2,345 -0,317 83,9 4,53 11,54 16,07 5,30 71,9 139,7 11497 12566 3,85

1% DE CLORURO DE SODIO

estabilidad

peso especifico de agregados peso especifico asfalto grado de penetracion Relación

Estabilidad/

flujo

Kn/mm

briqueta

N°

%

asfalto

espesor

briqueta

peso peso especifico

asfalto

absorbido

% en volumen total de la mezcla vacios

agregados

minerales

asfalto

efectivo

vacios

llenos de

asfalto

peso

unitario flujo

3,82

4,02

3,27

seca en el

aire

sss en

aire en agua bulk

maximo

teorico

maximo

medido agregados

vacios con

aire asfalto efectivo medida corregida

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T

10 6,64 1182,3 1184,7 647,5 2,201 2,419 2,389 -0,534 83,1 7,88 9,04 16,92 4,51 53,4 11100 3,1

11 4 6,55 1195,4 1198 658,8 2,217 2,419 2,389 -0,534 83,7 7,20 9,11 16,31 4,51 55,8 12400 3,34

12 6,73 1190,2 1193,8 652,3 2,198 2,419 2,389 -0,534 83,0 8,00 9,03 17,03 4,51 53,0 9800 3,48

promedio 6,64 2,205 2,419 2,389 -0,534 83,3 7,69 9,06 16,75 4,51 54,11 137,6 11100 12132 3,31

13 6,55 1186,0 1197,9 656,5 2,191 2,390 2,364 -0,479 82,3 7,33 10,40 17,73 4,96 58,6 12900 3,65

14 4,5 6,57 1179,3 1208,1 649,2 2,110 2,390 2,364 -0,479 79,2 10,74 10,02 20,76 4,96 48,3 12000 3,29

15 6,89 1229,2 1205,4 675,5 2,320 2,390 2,364 -0,479 87,1 1,87 11,01 12,89 4,96 85,5 12600 3,11

promedio 6,67 2,207 2,390 2,364 -0,479 82,9 6,65 10,48 17,13 4,96 64,1 137,7 12500 13663 3,35

16 6,67 1197,2 1198,2 643,8 2,159 2,362 2,345 -0,317 80,7 7,91 11,42 19,33 5,30 59,1 9540 3,21

17 5 6,71 1203,1 1204,1 636,5 2,120 2,362 2,345 -0,317 79,6 9,61 10,79 20,40 5,30 52,9 11900 4,24

18 6,75 1198,8 1201,2 650,7 2,178 2,362 2,345 -0,317 81,8 7,14 11,08 18,22 5,30 60,8 11500 3,62

promedio 6,71 2,152 2,362 2,345 -0,317 80,7 8,22 11,10 19,32 5,30 57,6 134,3 10980 12001 3,69

5% DE CLORURO DE SODIO

estabilidad

peso especifico de agregados peso especifico asfalto grado de penetracion Relación

Estabilidad/

flujo

Kn/mm

briqueta

N°

%

asfalto

espesor

briqueta

peso peso especifico

asfalto

absorbido

% en volumen total de la mezcla vacios

agregados

minerales

asfalto

efectivo

vacios

llenos de

asfalto

peso

unitario flujo

3,67

4,08

3,25

60

Cuadro 18. Marshall con el 10% de Cloruro de Sodio

Fuente. Los Autores. Cuadro 19. Marshall con el 20% de Cloruro de Sodio

Fuente. Los Autores.

seca en el

aire

sss en

aire en agua bulk

maximo

teorico

maximo

medido agregados

vacios con

aire asfalto efectivo medida corregida

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T

19 6,78 1184,5 1189,1 643,8 2,172 2,419 2,389 -0,534 82,0 9,07 8,92 18,00 4,51 49,6 13200 4,21

20 4 6,83 1178,9 1183,3 636,5 2,156 2,419 2,389 -0,534 81,4 9,75 8,86 18,61 4,51 47,6 10500 4,29

21 6,73 1187,3 1190,4 650,7 2,200 2,419 2,389 -0,534 83,0 7,91 9,04 16,95 4,51 53,3 12900 3,98

promedio 6,78 2,176 2,419 2,389 -0,534 82,1 8,91 8,94 17,85 4,51 50,16 135,8 12200 13335 4,16

22 6,85 1213,2 1215,4 663,4 2,198 2,390 2,364 -0,479 82,5 7,03 10,43 17,46 4,96 59,7 12200 4,12

23 4,5 6,75 1204,6 1207,3 655,4 2,183 2,390 2,364 -0,479 82,0 7,67 10,36 18,03 4,96 57,5 13100 5,12

24 6,94 1221,9 1225,1 666,7 2,188 2,390 2,364 -0,479 82,2 7,44 10,39 17,82 4,96 58,3 17100 4,52

promedio 6,85 2,190 2,390 2,364 -0,479 82,2 7,38 10,39 17,77 4,96 58,5 136,6 14133 15448 4,59

25 6,9 1221,6 1223,9 669,5 2,203 2,362 2,345 -0,317 82,3 6,04 11,65 17,68 5,30 65,9 11700 3,49

26 5 6,55 1182,7 1184,1 652,4 2,224 2,362 2,345 -0,317 83,5 5,14 11,32 16,47 5,30 68,8 12200 5,4

27 6,72 1198,0 1185,6 659,6 2,278 2,362 2,345 -0,317 85,5 2,88 11,59 14,47 5,30 80,1 13500 3,48

promedio 6,72 2,235 2,362 2,345 -0,317 83,8 4,69 11,52 16,21 5,30 71,6 139,5 12467 13626 4,12

estabilidad

flujo

3,21

3,37

3,30

asfalto

absorbido

% en volumen total de la mezcla vacios

agregados

minerales

asfalto

efectivo

vacios

llenos de

asfalto

peso

unitario

10% DE CLORURO DE SODIO

peso especifico de agregados peso especifico asfalto grado de penetracion Relación

Estabilidad/

flujo

Kn/mm

briqueta

N°

%

asfalto

espesor

briqueta

peso peso especifico

seca en el

aire

sss en

aire en agua bulk

maximo

teorico

maximo

medido agregados

vacios con

aire asfalto efectivo medida corregida

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T

28 6,805 1200,0 1201,8 655,1 2,195 2,419 2,389 -0,534 82,9 8,12 9,02 17,14 4,51 52,6 16200 4,21

29 4 6,91 1204,5 1207,4 652,4 2,170 2,419 2,389 -0,534 81,9 9,16 8,92 18,07 4,51 49,3 17100 4,29

30 6,85 1179,1 1185,6 636,2 2,146 2,419 2,389 -0,534 81,0 10,16 8,82 18,98 4,51 46,4 14700 3,98

promedio 6,86 2,170 2,419 2,389 -0,534 81,9 9,15 8,92 18,06 4,51 49,46 135,4 16000 17488 4,16

31 6,84 1193,2 1195,8 646,9 2,174 2,390 2,364 -0,479 81,6 8,05 10,32 18,36 4,96 56,2 11900 3,47

32 4,5 7,08 1221,1 1221,1 658,4 2,170 2,390 2,364 -0,479 81,5 8,20 10,30 18,50 4,96 55,7 13500 3,57

33 6,94 1209,6 1211,3 653,6 2,169 2,390 2,364 -0,479 81,5 8,25 10,30 18,55 4,96 55,5 12800 3,81

promedio 6,95 2,171 2,390 2,364 -0,479 81,5 8,17 10,31 18,47 4,96 55,8 135,5 12733 13918 3,62

34 5,67 1003,5 1005,1 549,7 2,204 2,362 2,345 -0,317 82,3 6,03 11,65 17,68 5,30 65,9 11100 3,22

35 5 6,77 1199,4 1200,6 656,4 2,204 2,362 2,345 -0,317 82,8 6,01 11,22 17,23 5,30 65,1 14500 3,55

36 6,82 1197,2 1199,2 651,6 2,186 2,362 2,345 -0,317 82,1 6,77 11,13 17,90 5,30 62,2 13700 3,79

promedio 6,42 2,198 2,362 2,345 -0,317 82,4 6,27 11,33 17,60 5,30 64,4 137,2 13100 14318 3,52

20% DE CLORURO DE SODIO

peso especifico de agregados peso especifico asfalto grado de penetracion Relación

Estabilidad/

flujo

Kn/mm

briqueta

N°

%

asfalto

espesor

briqueta

peso peso especifico

asfalto

absorbido

% en volumen total de la mezcla vacios

agregados

minerales

asfalto

efectivo

vacios

llenos de

asfalto

peso

unitario

estabilidad

flujo

4,20

3,85

4,07

61

3.1.3 Modificado con Glucosa. Para la verificación del comportamiento de las mezclas asfálticas modificadas con la glucosa, se optó por utilizar un material líquido que facilite el mezclado y la homogeneidad de la mezcla, que garantice la correcta incorporación del material modificador en la mezcla (véase el Cuadro 20). Cuadro 20. Distribución de las Briquetas según Porcentajes de Asfalto y del Agente Modificador (Glucosa Líquida)

Fuente. Los Autores

De acuerdo al porcentaje correspondiente de cada muestra, se realizó el pesaje del agente modificador que en este caso es la glucosa liquida, la cual respecto al porcentaje de asfalto es suministrado para mezclar en proporciones referentes de (1%, 5%, 10% y 20%) (véase las Figuras 35, 36, 37 y 38).

ASFALTO MODIFICADOR ASFALTO MODIFICADOR

% % GLUCOSA % % GLUCOSA

37 4,0% 55 4,0%

38 4,0% 56 4,0%

39 4,0% 57 4,0%

40 4,50% 58 4,50%

41 4,50% 59 4,50%

42 4,50% 60 4,50%

43 5,0% 61 5,0%

44 5,0% 62 5,0%

45 5,0% 63 5,0%

46 4,0% 64 4,0%

47 4,0% 65 4,0%

48 4,0% 66 4,0%

49 4,50% 67 4,50%

50 4,50% 68 4,50%

51 4,50% 69 4,50%

52 5,0% 70 5,0%

53 5,0% 71 5,0%

54 5,0% 72 5,0%

10%

20%

20%

20%

No. de

briqueta

1%

1%

1%

5%

5%

5%

10%

10%

No. de

briqueta

62

Figura 35. Glucosa Líquida

Fuente. Los Autores. Figura 36. Peso de la Glucosa

Fuente. Los Autores

63

Figura 37. Adición de la Glucosa al Asfalto

Fuente. Los Autores Figura 38. Mezclado Homogéneo

Fuente. Los Autores Se observa a continuación el comportamiento que se presenta con la incorporación de la glucosa al asfalto (véase la Figura 39).

64

Figura 39. Incorporación del Asfalto Modificado con Glucosa Liquida al Material Granular

Fuente. Los Autores Se observa un incrementa de la viscosidad y se presenta un crecimiento notorio del volumen (véase las Figuras 40, 41 y 42). Figura 40. Mezclada Homogénea del Material Granular con el Asfalto Modificado con Glucosa

Fuente. Los Autores

65

Figura 41. Compactación Mezcla Asfáltica MDC-19 con Asfalto Modificado con Glucosa

Fuente. Los Autores Figura 42. Juego de Briquetas con Mezcla Asfáltica Modificada con Glucosa

Fuente. Los Autores 3.1.4 Datos Ensayo Marshall Mezcla Modificada con Glucosa. A continuación se muestran los datos Marshall con el 1% de glucosa líquida (véase los Cuadros 21, 22, 23 y 24).

66

Cuadros 21. Marshall con el 1% de Glucosa Liquida

Fuente. Los Autores

Cuadro 22. Marshall con el 5% de Glucosa Líquida

Fuente. Los Autores

seca en el

aire

sss en

aire en agua bulk

maximo

teorico

maximo

medido agregados

vacios con

aire asfalto efectivo medida corregida

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T

37 6,7 1189,8 1193,5 656,3 2,215 2,419 2,389 -0,534 83,6 7,29 9,10 16,39 4,51 55,5 8700 2,75

38 4 6,67 1174,8 1174,8 650 2,239 2,419 2,389 -0,534 84,5 6,30 9,20 15,49 4,51 59,4 6190 2,76

39 6,8 1188,2 1194,8 648,2 2,174 2,419 2,389 -0,534 82,1 9,01 8,93 17,94 4,51 49,8 7350 3,21

promedio 6,72 2,209 2,419 2,389 -0,534 83,4 7,53 9,07 16,61 4,51 54,88 137,8 7413 8103 2,91

40 6,65 1208,7 1209,7 675,8 2,264 2,390 2,364 -0,479 85,0 4,23 10,75 14,98 4,96 71,7 9500 3,62

41 4,5 6,65 1207,4 1209,9 677,5 2,268 2,390 2,364 -0,479 85,2 4,07 10,77 14,83 4,96 72,6 9230 3,03

42 6,64 1200,3 1202,9 668,2 2,245 2,390 2,364 -0,479 84,3 5,04 10,66 15,70 4,96 67,9 9340 3,23

promedio 6,65 2,259 2,390 2,364 -0,479 84,8 4,45 10,72 15,17 4,96 70,7 141,0 9357 10227 3,29

43 6,32 1196,4 1197,3 643,4 2,160 2,362 2,345 -0,317 80,7 7,89 11,42 19,31 5,30 59,1 8934 2,34

44 5 6,43 1192,3 1193,2 633,1 2,129 2,362 2,345 -0,317 79,9 9,22 10,83 20,06 5,30 54,0 9257 2,45

45 6,7 1164,3 1165,2 652 2,269 2,362 2,345 -0,317 85,2 3,25 11,55 14,80 5,30 78,0 8540 3,41

promedio 6,48 2,186 2,362 2,345 -0,317 81,9 6,79 11,27 18,06 5,30 63,7 136,4 9130 9979 2,82

estabilidad

flujo

2,79

3,11

3,54

asfalto

absorbido

% en volumen total de la mezcla vacios

agregados

minerales

asfalto

efectivo

vacios

llenos de

asfalto

peso

unitario

1% DE GLUCOSA LIQUIDA

peso especifico de agregados peso especifico asfalto grado de penetracion Relación

Estabilidad/

flujo

Kn/mm

briqueta

N°

%

asfalto

espesor

briqueta

peso peso especifico

seca en el

aire

sss en

aire en agua bulk

maximo

teorico

maximo

medido agregados

vacios con

aire asfalto efectivo medida corregida

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T

46 6,64 1189,3 1193,3 659,5 2,228 2,419 2,389 -0,534 84,1 6,74 9,15 15,89 4,51 57,6 8640 2,83

47 4 6,64 1210,2 1212,8 681 2,276 2,419 2,389 -0,534 85,9 4,74 9,35 14,09 4,51 66,3 14700 3,51

48 6,83 1223,7 1227,8 677,7 2,225 2,419 2,389 -0,534 84,0 6,89 9,14 16,02 4,51 57,0 17200 3,64

promedio 6,70 2,243 2,419 2,389 -0,534 84,7 6,12 9,21 15,34 4,51 60,32 139,9 13513 14770 3,33

49 6,52 1193,7 1194,9 671,4 2,280 2,390 2,364 -0,479 85,6 3,54 10,82 14,37 4,96 75,3 11300 3,77

50 4,5 6,65 1208,4 1211,1 681,6 2,282 2,390 2,364 -0,479 85,7 3,46 10,83 14,30 4,96 75,8 11900 3,92

51 6,547 1197,6 1199,5 677,7 2,295 2,390 2,364 -0,479 86,2 2,91 10,90 13,81 4,96 78,9 12700 3,67

promedio 6,57 2,286 2,390 2,364 -0,479 85,8 3,31 10,85 14,16 4,96 76,7 142,6 11967 13080 3,79

52 6,521 1184,8 1187,3 665,8 2,272 2,362 2,345 -0,317 84,9 3,12 12,01 15,13 5,30 79,4 9940 3,73

53 5 6,70 1198,0 1201,8 673,4 2,267 2,362 2,345 -0,317 85,1 3,32 11,54 14,86 5,30 77,7 7990 3,63

54 6,59 1201,6 1202,4 673,3 2,271 2,362 2,345 -0,317 85,3 3,15 11,56 14,71 5,30 78,6 11700 3,15

promedio 6,60 2,270 2,362 2,345 -0,317 85,1 3,20 11,70 14,90 5,30 78,5 141,7 9877 10795 3,50

peso especifico

flujo

4,44

3,45

3,08

asfalto

absorbido

5% DE GLUCOSA

% en volumen total de la mezcla vacios

agregados

minerales

asfalto

efectivo

vacios

llenos de

asfalto

peso

unitario

estabilidad

peso especifico de agregados peso especifico asfalto grado de penetracion Relación

Estabilidad/

flujo

Kn/mm

briqueta

N°

%

asfalto

espesor

briqueta

peso

67

Cuadro 23. Marshall con el 10% de Glucosa Líquida

Fuente. Los Autores

Cuadro 24. Marshall con el 20% de Glucosa Liquida

Fuente. Los Autores

seca en el

aire

sss en

aire en agua bulk

maximo

teorico

maximo

medido agregados

vacios con

aire asfalto efectivo medida corregida

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T

55 6,62 1185,8 1189,3 657,7 2,231 2,419 2,389 -0,534 84,2 6,63 9,16 15,79 4,51 58,0 8400 2,9

56 4 6,45 1173,0 1174,5 655,2 2,259 2,419 2,389 -0,534 85,3 5,45 9,28 14,73 4,51 63,0 13100 2,85

57 6,735 1182,9 1184,3 658,2 2,248 2,419 2,389 -0,534 84,9 5,88 9,24 15,12 4,51 61,1 13500 3,51

promedio 6,60 2,246 2,419 2,389 -0,534 84,8 5,99 9,23 15,21 4,51 60,70 140,1 11667 12752 3,09

58 6,729 1210,1 1213,4 678,6 2,263 2,390 2,364 -0,479 85,0 4,28 10,74 15,03 4,96 71,5 10300 3,38

59 4,5 6,89 1205,7 1207,7 672,6 2,253 2,390 2,364 -0,479 84,6 4,69 10,70 15,38 4,96 69,5 11400 3,33

60 6,618 1208,3 1209,2 677,7 2,273 2,390 2,364 -0,479 85,4 3,83 10,79 14,63 4,96 73,8 13100 3,2

promedio 6,74 2,263 2,390 2,364 -0,479 85,0 4,27 10,74 15,01 4,96 71,6 141,2 11600 12679 3,30

61 6,48 1197,0 1197,9 678,2 2,303 2,362 2,345 -0,317 86,0 1,78 12,18 13,96 5,30 87,2 12500 3,54

62 5 6,50 1192,7 1193,4 672 2,287 2,362 2,345 -0,317 85,9 2,45 11,64 14,10 5,30 82,6 12400 3,6

63 6,518 1194,0 1194,8 671 2,279 2,362 2,345 -0,317 85,6 2,79 11,60 14,40 5,30 80,6 12020 3,44

promedio 6,50 2,290 2,362 2,345 -0,317 85,9 2,34 11,81 14,15 5,30 83,5 142,9 12307 13451 3,53

asfalto

absorbido

% en volumen total de la mezcla vacios

agregados

minerales

asfalto

efectivo

vacios

llenos de

asfalto

peso

unitario

estabilidad

flujo

4,13

3,84

3,81

10% DE GLUCOSA

peso especifico de agregados peso especifico asfalto grado de penetracion Relación

Estabilidad/

flujo

Kn/mm

briqueta

N°

%

asfalto

espesor

briqueta

peso peso especifico

seca en el

aire

sss en

aire en agua bulk

maximo

teorico

maximo

medido agregados

vacios con

aire asfalto efectivo medida corregida

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T

64 6,743 1212,6 1214,8 682,3 2,277 2,419 2,389 -0,534 86,0 4,68 9,35 14,03 4,51 66,7 9900 3,26

65 4 6,644 1201,0 1205 683,8 2,304 2,419 2,389 -0,534 87,0 3,55 9,47 13,01 4,51 72,8 10200 3,52

66 6,56 1199,3 1201,3 676,8 2,287 2,419 2,389 -0,534 86,3 4,29 9,39 13,68 4,51 68,7 11300 3,54

promedio 6,65 2,289 2,419 2,389 -0,534 86,4 4,17 9,40 13,58 4,51 69,35 142,9 10467 11440 3,44

67 6,88 1204,1 1206,8 672,7 2,254 2,390 2,364 -0,479 84,7 4,63 10,70 15,34 4,96 69,8 8100 3,08

68 4,5 6,62 1213,8 1215,6 683,8 2,282 2,390 2,364 -0,479 85,7 3,45 10,83 14,29 4,96 75,8 12100 3,48

69 6,51 1197,9 1199,3 676,8 2,293 2,390 2,364 -0,479 86,1 3,02 10,88 13,90 4,96 78,3 13600 3,62

promedio 6,67 2,277 2,390 2,364 -0,479 85,5 3,70 10,81 14,51 4,96 74,6 142,1 11267 12314 3,39

70 6,65 1202,7 1203,9 670,7 2,256 2,362 2,345 -0,317 84,3 3,81 11,92 15,74 5,30 75,8 8230 3,23

71 5 6,61 1206,9 1208,2 674,9 2,263 2,362 2,345 -0,317 85,0 3,49 11,52 15,01 5,30 76,7 9500 2,93

72 6,54 1204,0 1204,6 676,7 2,281 2,362 2,345 -0,317 85,7 2,74 11,61 14,35 5,30 80,9 8700 3,56

promedio 6,60 2,266 2,362 2,345 -0,317 85,0 3,35 11,68 15,03 5,30 77,8 141,4 8810 9629 3,24

asfalto

absorbido

% en volumen total de la mezcla vacios

agregados

minerales

asfalto

efectivo

vacios

llenos de

asfalto

peso

unitario

estabilidad

flujo

3,33

3,63

2,97

20% DE GLUCOSA

peso especifico de agregados peso especifico asfalto grado de penetracion Relación

Estabilidad/

flujo

Kn/mm

briqueta

N°

%

asfalto

espesor

briqueta

peso peso especifico

68

4. RESULTADOS

4.1 COMPORTAMIENTO DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS MDC-19, CON EL AGENTE MODIFICADOR CLORURO DE SODIO A continuación se muestran los resultados del comportamiento de las mezclas asfálticas MDC-19 con el agente modificador cloruro de sodio (véase la Figura 43, y 44). Figura 43. Comportamiento de la Estabilidad de las Mezclas Asfálticas MDC-19 Modificadas con Cloruro de Sodio Vs Mezclas sin Modificación

Fuente. Los Autores De acuerdo con la información que se muestra en la Grafica No. 43, el comportamiento mostrado de las briquetas con mezclas asfálticas MDC-19 modificadas con cloruro de sodio, contra las muestras tomadas del ensayo Marshall inicial sin modificar, se observa un incremento de la capacidad de resistir desplazamientos y deformaciones debido a cargas expuestas.

69

Figura 44. Comportamiento del Flujo de las Mezclas Asfálticas MDC-19 Modificadas con Cloruro de Sodio Vs Mezclas sin Modificación

Fuente. Los Autores

De acuerdo a la información recolectada en la Grafica No. 8 y de acuerdo a la tabla 450-10 de la norma INV capítulo 4 ART-450, en donde se especifican los rangos del flujo, que varían entre (2.0 a 3.5), para una mezcla NT3 (en este caso es una rodadura MDC-19), las mezclas con adición mayor del 5% del agente modificador cloruro de sodio, superan las exigencias permitidas. Las mezclas que tienen valores bajos de fluencia y valores muy altos de estabilidad Marshall son consideradas demasiado frágiles y rígidas para un pavimento en servicio. Aquellas que tienen valores altos de fluencia son consideradas demasiado plásticas y tiene tendencia a deformarse bajo las cargas del tránsito. 4.2 COMPORTAMIENTO DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS MDC-19, CON EL AGENTE MODIFICADOR GLUCOSA A continuación se muestran los resultados del comportamiento de las mezclas asfálticas MDC-19 con el agente modificador glucosa (véase la Figura 45 y 46).

70

Figura 45. Comportamiento de la Estabilidad de las Mezclas Asfálticas MDC-19 Modificadas con Glucosa Vs Mezclas sin Modificación

Fuente. Los Autores

De la recolección de los datos obtenidos durante el proceso de los ensayos Marshall, (Grafica No. 9), se observa una variación significativa del incremento de la estabilidad (KN), a medida que se aumenta la proporción del agente modificador en las mezclas asfálticas, generando a su vez también que las mezclas asfálticas MDC-19 aumenten su rigidez en un estado oprimo de dosificación del modificador. Cuando se sobrepasa la proporción idónea de los agentes modificadores y se eleva el porcentaje de asfalto, se presenta un material algo más plástico, generando deformaciones más consecuentes a medida que son cargadas.

71

Figura 46. Comportamiento del Flujo de las Mezclas Asfálticas MDC-19 Modificadas con Cloruro de Sodio Vs Mezclas sin Modificación

Fuente. Los Autores Con relación a la mezcla sin modificar y de acuerdo a la información registrada en la gráfica No. 46, se observa un incremento secuencial del flujo a medida en que se incrementa la proporción del agente modificador dentro de la mezcla asfáltica, hasta el punto mayor del 10% de glucosa. De ahí en adelante y secuencialmente a medida que incrementa la proporción de asfalto en la mezcla, se observa una disminución del flujo en relación a los porcentajes inferiores del componente modificador.

72

5. CONCLUSIONES El presente trabajo de investigación tuvo como finalidad determinar el comportamiento físico, en relación a la Estabilidad y flujo de las mezclas asfálticas modificadas con cloruro de sodio y glucosa contra las mezclas convencionales sin modificarse, con el fin de encontrar mejoras en las características de las mezclas MDC-19 (rodadura) que garanticen un mejor comportamiento.

En general, las mezclas asfálticas modificadas con cloruro de sodio vs las modificadas con glucosa, presentan un desarrollo más alto de la estabilidad, generando que sean más rígidas y a su vez más frágiles debido a que su flujo también es mayor, llevando a pensar que tendrían un mejor comportamiento en climas cálidos.

Las mezclas asfálticas modificadas con Cloruro de Sodio y Glucosa, pueden llegar a tener un mejor comportamiento que las mezclas convencionales, a un costo no muy alto y sin generar solicitudes o exigencias diferentes de fabricación de acuerdo a su proceso normal.

Se puede Concluir que el agente modificador de la glucosa con respecto al flujo en las mezclas asfálticas MDC-19, refleja una similitud en los datos arrojados en toda la variación e incremento del porcentaje de asfalto.

De acuerdo a las condiciones descritas y exigencias de la tabla 450-10 de la norma INV capítulo 4 ART-450, el material modificador que cumple en el transcurso con todas las exigencias de una mezcla asfáltica MDC-19, NT3, es la glucosa, ya que su flujo es constante y no tiene variaciones muy altas a lo largo del incremento del porcentaje de asfalto, mientras las estabilidades si se encuentran dentro de los rangos permitidos para los dos materiales.

73

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