estudio del impacto del envejecimiento en morteros

ESTUDIO DEL IMPACTO DEL ENVEJECIMIENTO EN MORTEROS ASFÁLTICOS

TRABAJO DE GRADO PARA OBTENER EL TITULO DE:

MAGÍSTER EN INGENIERÍA CIVIL

PRESENTADO POR:

SERGIO ANDRÉS RINCÓN LEAL

ASESORA:

SILVIA CARO SPINEL Ph. D

CO-ASESORA:

DIANA BOLENA SÁNCHEZ MELO Ph. D

Universidad De Los Andes

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Diciembre, 2020

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................... 7

2. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA .......................................................................................................... 10

3. OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 11

3.1. Objetivo general .......................................................................................................................... 11

3.2. Objetivos específicos ................................................................................................................... 11

4. ALCANCE DEL PROYECTO .................................................................................................................... 12

5. MATERIALES ........................................................................................................................................ 13

5.1. Cemento asfáltico ........................................................................................................................ 13

5.2. Agregados .................................................................................................................................... 13

5.3. Diseño de la mezcla asfáltica completa (Mezcla Densa en Caliente Tipo MDC-25) .................... 13

5.4. Diseño de Matriz Asfáltica Fina (FAM-25) ................................................................................... 14

6. METODOLOGIA EXPERIMENTAL .......................................................................................................... 15

6.1. Gravedad Específica Máxima Teórica (Gmm) ............................................................................. 16

6.2. Fabricación de probetas para mezclas asfálticas finas ................................................................ 16

6.3. Extracción de especímenes para ensayar en el reómetro .......................................................... 18

6.4. Ensayos en el reómetro ............................................................................................................... 21

7. RESULTADOS.................................................................................................................................... 22

7.1. Caracterización inicial de las mezclas de control: virgen, 70-30 y PAV. ...................................... 22

Barrido de deformaciones ................................................................................................... 22

Propiedades viscoelásticas de las mezclas finas ................................................................. 23

Evaluación del desempeño a MSCR .................................................................................... 29

7.2. Metodología de envejecimiento de morteros. ........................................................................... 34

Propiedades viscoelásticas de morteros envejecidos. ........................................................ 34

Envejecimiento a 3 días en el horno a 95oC. ....................................................................... 35

Envejecimiento a 6 días. ...................................................................................................... 35

Envejecimiento a 9 días. ...................................................................................................... 35

Envejecimiento a 20 días. .................................................................................................... 36



Envejecimiento a 30 días con 1.5% de rejuvenecedor. ....................................................... 37

Envejecimiento total promedio. .......................................................................................... 37

8. CONCLUSIONES ................................................................................................................................... 40

9. BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................................... 41

10. ANEXOS. .............................................................................................................................................. 43

10.1. Ensayo Gmm ............................................................................................................................ 43

10.2. Diseño de mezcla asfáltica fina FAM ....................................................................................... 44

10.3. Resultados. .............................................................................................................................. 45

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Granulometría HMA-25. (Espinosa, 2018) ................................................................................... 13

Tabla 2. Granulometría Mezcla FAM-25 .................................................................................................... 14

Tabla 3. Promedio Gmm. ............................................................................................................................ 16

Tabla 4. Porcentaje retenido para mezcla FAM-25 ..................................................................................... 16

Tabla 5. Vacíos para muestras vírgenes, 70/30 y PAV. .............................................................................. 19

Tabla 6. Vacíos para metodología de envejecimiento. ................................................................................ 20

Tabla 7. Caída del módulo en Barrido de deformaciones ........................................................................... 22

Tabla 8. COV para el módulo de corte complejo a diferentes frecuencias. ................................................ 24

Tabla 9. Comparación del ángulo de fase para tres especímenes ................................................................ 25

Tabla 10. COV para el módulo de la muestra 70/30. .................................................................................. 26

Tabla 11. COV para el ángulo de fase de la muestra 70/30. ....................................................................... 27

Tabla 12. COV para el módulo de la muestra 100% PAV. ......................................................................... 28

Tabla 13. COV para el ángulo de fase de la muestra 100% PAV. .............................................................. 29

Tabla 14. Coeficiente de variabilidad para los ensayos MSCR en muestras vírgenes. ............................... 31

Tabla 15. Coeficiente de variabilidad para los ensayos MSCR en muestras 70/30. ................................... 33

Tabla 16. Coeficiente de variabilidad para los ensayos MSCR en muestras 100% PAV. .......................... 34

Tabla 17. Módulo y COV para muestras envejecidas. ................................................................................. 38

Tabla 18. Parámetros de diseño por volumetría para FAM ......................................................................... 44

Tabla 19. Pesos según el diseño de FAM .................................................................................................... 44

Tabla 20. Ensayos de muestra virgen .......................................................................................................... 45

Tabla 21. Muestras de la probeta Base para ensayar ................................................................................... 45

Tabla 22. Muestras de la probeta Base para ensayar ................................................................................... 45

Tabla 23. COV para módulo de 70/30. ........................................................................................................ 47

Tabla 24. COV para ángulo de fase 70/30. .................................................................................................. 47

Tabla 25. COV para módulo 100% PAV. ...................................................................................................... 48

Tabla 26. COV para ángulo de fase 100% PAV. ........................................................................................... 48

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Distribución de tamaño de partículas mezcla completa MDC-25 (Espinosa, 2018) ................... 13

Figura 2. Distribución de tamaño de partículas MDC- 25 Y FAM-25 ........................................................ 14

Figura 3. Diagrama del procedimiento experimental. ................................................................................. 15

Figura 4. Mezcla virgen suelta para probeta individual .............................................................................. 17

Figura 5. Mezcla dentro del molde. ............................................................................................................. 17

Figura 6. Compactación inicial en la celda de carga. .................................................................................. 17

Figura 7. Compactación final en la celda de carga. ..................................................................................... 17

Figura 8. Proceso de extracción inicial........................................................................................................ 18

Figura 9. Proceso de extracción final. ......................................................................................................... 18

Figura 10. Probeta individual de mezcla fina .............................................................................................. 18

Figura 11. Probeta individual de mezcla fina. ............................................................................................. 18

Figura 12. Reómetro de Corte dinámico (DSR) .......................................................................................... 21

Figura 13. Probeta lista para ensayar DSR .................................................................................................. 21

Figura 14. Barrido de deformaciones a 25°C. ............................................................................................. 22

Figura 15.. Módulo de corte complejo y ángulo de fase muestra virgen. ................................................... 24

Figura 16. Black space Diagram - Muestras virgen .................................................................................... 25

Figura 17. Módulo dinámico a corte y ángulo de fase para muestra 70/30. ................................................ 26

Figura 18. Black space Diagram - Muestra 70/30 ....................................................................................... 27

Figura 19. Módulo de corte complejo para 100% PAV .............................................................................. 28

Figura 20. Black space Diagram - Mezcla 100% PAV ............................................................................... 29

Figura 21. Relación de carga aplicada y deformación para MSCR para muestra Virgen. .......................... 31

Figura 22. Deformación durante los ensayos de MSCR para muestras vírgenes. ....................................... 31

Figura 23. Relación de carga aplicada y deformación para MSCR en muestras 70/30............................... 32

Figura 24. Deformación durante los ensayos de MSCR para muestras 70/30. ........................................... 32

Figura 25. Relación de carga aplicada y deformación para MSCR en muestras 100% PAV. .................... 33

Figura 26. Deformación durante los ensayos de MSCR para muestras 100% PAV. .................................. 33

Figura 27. Módulo para envejecimiento a 3 días. Temperatura de referencia 25°C ................................... 35

Figura 28. Módulo para envejecimiento a 6 días. ....................................................................................... 35

Figura 29. Módulo para envejecimiento a 9 días. ....................................................................................... 35

Figura 30. Módulo para envejecimiento a 20 días. ..................................................................................... 36



Figura 33. Módulo para envejecimiento a 30 días con 1.5% de rejuvenecedor. ......................................... 37

Figura 34. Módulo promedio para cada tipo de muestra. ............................................................................ 37

Figura 35. Variabilidad en el módulo a altas frecuencias............................................................................ 39

Figura 36. Mezcla para Gmm ...................................................................................................................... 43

Figura 37. Mezclas para Gmm empacadas .................................................................................................. 43

Figura 38. Matraz para Gmm vacío ............................................................................................................. 43

Figura 39. Matraz para Gmm con material seco ......................................................................................... 43

Figura 40. Matraz con asfalto, agregados finos y agua ............................................................................... 43

Figura 41. Matraz a tope de agua ................................................................................................................ 43

Figura 42. Barrido de deformaciones a 25°C - Virgen ................................................................................ 45

Figura 43. Barrido de deformaciones a 25°C – 70/30 ................................................................................. 46

Figura 44. Barrido de deformación 100% PAV .......................................................................................... 46

Figura 45. Viscoelasticidad para 70/30. ...................................................................................................... 46

Figura 46. Black Diagram para 70/30 ......................................................................................................... 46

Figura 47. Viscoelasticidad para 100% PAV. ................................................................................................ 47

Figura 48. Black diagram para 100% PAV. ................................................................................................... 48

1. INTRODUCCIÓN

Durante los últimos 20 años, el sector de la infraestructura vial ha realizado grandes esfuerzos para

incrementar la calidad de las vías, incorporando en su diseño actividades de preservación y

mantenimiento, abarcando aspectos de sostenibilidad. Más del 90% de la malla vial en Colombia

está conformada por pavimento flexible (i.e. combinación de agregados minerales de diferentes

tamaños con ligante asfáltico, los cuáles son de carácter no renovable). Estos pavimentos asfálticos

son estructuras multicapa, donde la capa superficial conocida como carpeta de rodadura, se

encuentra en contacto directo con los vehículos y su función es transmitir los esfuerzos a las capas

inferiores. La capa que se encuentra ubicada debajo de la carpeta de rodadura es conocida como

base (i.e capa de mayor rigidez, es la encargada de soportar las cargas generadas por los vehículos),

adicional a esto debe proporcionar una superficie lisa, segura e impermeable con la finalidad de

promover la movilidad de los usuarios. Por esta razón, esta capa debe estar en capacidad de soportar

los cambios climáticos de la zona y cargas de tráfico pesado sin sufrir daños excesivos durante su

periodo de vida útil (Jiménez del Barco, 2017). Una vez el pavimento ha llegado al final de su vida

útil, éste puede ser removido y triturado mediante procesos de fresado para su empleo en nuevas

carreteras o en procesos de rehabilitación vial. Este material, se conoce a nivel mundial como RAP

por sus siglas en inglés Reclaimed Asphalt Pavement y se compone de agregados minerales y un

ligante asfáltico envejecido. En el año 2017, la Asociación Nacional de Pavimentos Asfálticos

(NAPA), realizó una encuesta en Estados Unidos en donde participaron 1158 plantas de asfalto,

inspeccionadas en 50 estados, y se encontró que el 98% de estas plantas utilizaron RAP en la

producción de asfalto para la conformación de nuevas carreteras (Lanham, 2017). En este país, el

porcentaje promedio nacional de RAP utilizado aumentó un 4.9% del 2009 al 2016, generando

ahorros anuales estimados en cerca de $ 2 mil millones de dólares (K. Zhang et al., 2019).

El RAP cuenta con los componentes necesarios para remplazar parcial o totalmente el agregado

mineral virgen y el ligante de asfalto requerido para la fabricación de una mezcla asfáltica nueva,

optimizando a su vez, la cantidad de materiales vírgenes que se deben incorporar en la mezcla

nueva y contribuyendo de esta manera con la conservación de recursos naturales (Martin et al.,

2015). El RAP es comúnmente utilizado en la conformación de nuevas estructuras de pavimento

como capas de base o subbase estabilizadas con emulsión asfáltica (i.e. asfalto con agua y algún

emulsificante), mezclas asfálticas en frío, mezclas en caliente, entre otras. Donde las diferencias

entre las técnicas en frío y en caliente mencionadas previamente, son que para el primer caso se

considera que el asfalto envejecido y adherido a los agregados no se mezcla con el ligante nuevo,

mientras que en el segundo al calentar el material RAP para realizar la mezcla con los agregados y

el ligante asfáltico nuevo, parte del ligante existente en el RAP se incorpora al ligante asfáltico

virgen (Sánchez, 2018).

A nivel local, en Colombia existen varios casos donde se ha implementado el RAP. Por ejemplo,

en algunas de las alcaldías locales de la ciudad de Bogotá se ha instalado como parte de la base

asfáltica en el pavimento para los barrios de Bosa y Kennedy, de la misma forma se venían

empleando a los contratos de mantenimiento de la Alcaldía Local de Sumapaz, para la

rehabilitación de las vías rurales de esta zona de páramo (Ramírez, 2018).

Sin embargo, una de las principales preocupaciones al utilizar altos contenidos de RAP (i.e. más

del 30% sobre el peso total de la mezcla) (Zhu et al., 2020), en la fabricación de nuevas mezclas

asfálticas, es que este material está envejecido y por lo tanto su rigidez se incrementa de manera

prematura. Lo anterior debido a que la mezcla ha estado expuesta a los agentes climáticos como el

aire, la radiación solar, la precipitación, cambios abruptos de temperatura y al efecto del tráfico

durante su vida útil de servicio y como consecuencia, la mezcla final es más susceptible a fallar

por fatiga y sufrir agrietamiento a bajas temperaturas (Antunes et al., 2019; Federal Highway

Administration, 2011; Gómez-Meijide et al., 2018). Por estas razones, es importante tener en

cuenta las propiedades del ligante envejecido en el diseño de mezclas asfálticas nuevas para

asegurar un desempeño similar o superior al de las mezclas asfálticas vírgenes. Adicionalmente, es

importante también controlar la cantidad de material RAP a emplear. Los porcentajes de RAP

comúnmente utilizados han sido limitados al 25% del peso total de la mezcla. Sin embargo, en los

últimos años se han trabajado valores superiores al 30% sobre peso total de la mezcla, (Xie et al.,

2019). Estas mezclas con alto contenido de RAP presentan serios problemas de trabajabilidad y

pueden presentar daños prematuros por fatiga y el agrietamiento térmico. Como respuesta a esta

situación, una de las principales estrategias es el empleo de rejuvenecedores o ablandadores. Donde

los primeros disminuyen la cantidad de ligante necesario en la mezcla asfáltica nueva, restauran la

estabilidad de la misma y mejoran la resistencia al envejecimiento, mientras los segundos reducen

la viscosidad y el módulo dinámico de la mezcla (Koudelka et al., 2018)

Los rejuvenecedores son materiales cuyas características químicas y físicas permiten devolverle al

ligante asfáltico envejecido las condiciones necesarias para obtener un mejor desempeño en la

nueva mezcla. Algunos de estos materiales tienen su origen en desechos agroindustriales como

aceites domésticos, aceite de motor desgastado y componentes naturales como algas, aceites

vegetales, entre otros.

El efecto del envejecimiento en la composición química de las mezclas asfálticas se correlaciona

con la perdida de adhesión y cohesión de éstas, ya que el ligante envejecido al estar bajo el efecto

de la radiación solar por años de servicio, disminuye los componentes aromáticos presentes en la

mezcla y aumenta la proporción de maltenos y resinas en esta (J. Zhang et al., 2020). Así mismo,

se ha observado que éstos rejuvenecedores al entrar en contacto con mezclas asfálticas recicladas

restauran las propiedades del ligante envejecido al aumentar la proporción de máltenos en la

mezcla, obteniendo así, una reducción en la viscosidad y la rigidez de la mezcla (K. Zhang et al.,

2019).

Recientemente, algunos estudios han encontrado que la incorporación de aceite de palma y algunos

subproductos de este material, para la fabricación de mezclas asfálticas tibias disminuye el módulo

de los materiales al ser evaluado en diferentes escalas (i.e escalas micro para ligantes, meso para

morteros y macro para mezclas asfálticas). (Cortés, 2014; Perico, 2014). En este sentido, aunque

la disminución del módulo en mezclas vírgenes no es deseable, la implementación de éstos

materiales puede ser aprovechada en mezclas asfálticas fabricadas con alto contenido de material

RAP para contrarrestar el aumento en la rigidez de las mezclas recicladas. Estas mezclas

mencionadas anteriormente, han demostrado tener múltiples beneficios ambientales como

reducción de gases de efecto invernadero, ahorros energéticos en su producción y a su vez, han

tenido buenos resultados durante la fabricación de mezclas asfálticas tibias, al reducir la viscosidad

de la mezcla un 25% a altas temperaturas, disminuir la temperatura de fabricación en 29°C

centígrados y mejorar su resistencia frente a la deformación permanente en un 12% con respecto a

las mezclas en caliente (Wang et al., 2020). Sin embargo, se ha demostrado que existe una

reducción en el módulo dinámico para las mezclas tibias del 42% con respecto a las mezclas en

caliente. Los resultados anteriores, se obtuvieron al utilizar 1.0% del peso de rejuvenecedor (i.e

crudo de palma tipo dismaprim) sobre el total de la mezcla asfáltica (Conrado, 2013).

Bajo estas consideraciones, este estudio estará enfocado en la escala meso (i.e l ligante asfáltico y

partículas de tamaño inferior a 1.18mm), debido a que los morteros asfálticos presentan ciertas

ventajas con respecto a las mezclas completas, inicialmente se consideran materiales más

homogéneos al utilizar sólo partículas finas, por lo mismo se emplea menos cantidad de material

para los ensayos y algunos procesos de deterioro como fisuración por fatiga y daño por humedad,

se inician y propagan por esta matriz fina (Sánchez, 2018).

La primera parte de este estudio está enfocada en desarrollar una metodología experimental con el

objetivo de fabricar morteros asfálticos (i.e también conocidos como “FAM” por sus siglas en

inglés Fine Aggregate Matrix) (Zhu et al., 2020) envejecidos entre 3 y 30 días en laboratorio, para

entender y comparar su comportamiento reológico (i.e. módulo de corte complejo, |G*|) con

respectado a tres muestras de control: 1) mezcla asfáltica fina fabricada con agregados y asfalto

virgen. 2) mezcla fabricada con agregados vírgenes y ligante asfáltico envejecido PAV (i.e

envejecimiento en cámara a presión por sus siglas en ingles Pressure Aging Vessel). 3) mezcla con

agregados vírgenes y 70% de ligante asfáltico virgen y 30% de ligante asfáltico PAV.

La segunda parte de este estudio busca presentar un ejemplo del empleo del protocolo de

envejecimiento al evaluar las propiedades reológicas de un mortero envejecido artificialmente en

laboratorio durante 30 días en horno, implementando un rejuvenecedor de origen vegetal en

diferentes dosis.

2. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA

Es importante crear consciencia ambiental en optimizar el uso de recursos no renovables en el

sector de la infraestructura vial. La utilización de material asfáltico reciclado busca incentivar el

aprovechamiento de estos recursos (i.e ligante asfáltico derivado de la refinación del petróleo y

agregados minerales de rio o montañas) y evitar el desperdicio de materiales vírgenes. Con la

finalidad de entender mejor el comportamiento de materiales asfálticos envejecidos, se va a

desarrollar una metodología experimental que permita analizar el comportamiento de morteros

asfálticos envejecidos mediante su fabricación en laboratorio para entender mejor su

comportamiento reológico frente a otros morteros envejecidos en diferentes condiciones y

posteriormente, simular morteros asfálticos envejecidos en laboratorio para futuros estudios que

requieran mezclas finas envejecidas.

3. OBJETIVOS

3.1.Objetivo general

• Evaluar el cambio en las propiedades reológicas de un mortero asfáltico producido en el

laboratorio y envejecido en condiciones controladas de temperatura.

3.2.Objetivos específicos

• Generar un protocolo de envejecimiento para la fabricación de morteros asfálticos

envejecidos artificialmente en laboratorio.

• Presentar una aplicación de la metodología propuesta evaluando las propiedades reológicas

de morteros asfálticos envejecidos con un rejuvenecedor de origen vegetal.

• Realizar la caracterización de las propiedades viscoelásticas en los morteros asfálticos (i.e.

módulo de corte complejo y ángulo de fase)

• Realizar la caracterización del comportamiento frente a deformación permanente en los

morteros asfálticos con ligante virgen y con PAV, mediante ensayo MSCR por sus siglas

en inglés “Multi Stress Creep Recovery”

4. ALCANCE DEL PROYECTO

El alcance de este proyecto es estudiar el comportamiento reológico de morteros asfálticos

fabricados en diferentes estados de envejecimiento y compararlos con tres mezclas de control:

mezcla con ligante asfáltico virgen, mezcla con 70% de ligante virgen y 30% ligante PAV y

finalmente mezcla con 100% de ligante PAV. En primer lugar, se caracterizaron morteros asfálticos

fabricados con asfalto y agregados vírgenes para tener una referencia sobre su comportamiento

reológico en estado original (i.e. sin envejecer). Luego de esto, se fabricó una mezcla con asfalto

PAV y agregados vírgenes, la cual simula una mezcla envejecida. A su vez, se fabricó una mezcla

compuesta por 70% ligante virgen y 30% ligante PAV con agregados vírgenes, siguiendo el estudio

de la ingeniera Diana Sánchez quien está estudiando el comportamiento de materiales asfálticos

con rejuvenecedores de origen vegetal y alto contenido de ligante PAV. De acuerdo con este

estudio, éstos porcentajes de asfalto virgen y asfalto envejecido PAV corresponden a una mezcla

asfáltica típica con un porcentaje de RAP entre 40 – 70% por peso total de la mezcla. Seguido de

esto, se fabricaron morteros asfálticos con el mismo diseño y materiales del mortero asfáltico

virgen, y éstos fueron sometidos a un envejecimiento artificial en el horno a 95ºC durante 3, 6, 9

15 y 30 días para posteriormente, analizar el comportamiento reológico de éstos materiales con

respecto a las mezclas de control descritas anteriormente. Finalmente, con el fin de presentar un

ejemplo de aplicación de la metodología, se evaluó el comportamiento de un mortero envejecido a

30 días con adición de un rejuvenecedor de origen vegetal en dosis (i.e 15.38 y 30.77% sobre peso

total del ligante) para evaluar su comportamiento.

5. MATERIALES

5.1.Cemento asfáltico

El asfalto utilizado en este proyecto se encuentra clasificado como un asfalto de penetración 60/70

[0.1 mm], y proviene de la refinería de Barrancabermeja.

5.2.Agregados

Los agregados sobre los cuales se fabricaron las mezclas provienen de la cantera “Bella vista”

ubicada en el sector Ciudad Bolívar de la ciudad de Bogotá y fueron suministrados por la empresa

Constriturar S.A.S.

5.3.Diseño de la mezcla asfáltica completa (Mezcla Densa en Caliente Tipo MDC-25)

Esta mezcla fue diseñada por la Ingeniera Laura Espinosa como parte de su investigación de tesis

de maestría, donde utilizó la metodología Superpave y una granulometría según las

especificaciones del INVIAS para una mezcla asfáltica densa en caliente tipo MDC (i.e mezcla

densa en caliente por sus siglas en español). Se definió como tamaño máximo de agregado para la

granulometría de la mezcla completa ¾”25 (Espinosa, 2018). En la Tabla 1 se presenta la

granulometría seleccionada y en la Figura 1 se presenta esta distribución de manera gráfica:

Tabla 1. Granulometría HMA-25. (Espinosa, 2018)

Tamiz

[No]

Tamaño

[mm]

Pasa

[%]

Retenido

[%]

3/4'' 19 88% 13%

1/2'' 12,5 76% 12%

3/8'' 9,5 69% 8%

No 4 4,75 51% 18%

No 10 2 37% 14%

No 40 0,42 27% 11%

No 80 0,17 20% 7%

No 200 0,075 11% 9%

Fondo - 7% 4%

Figura 1. Distribución de tamaño de partículas

mezcla completa MDC-25 (Espinosa, 2018)

El diseño resultante de la mezcla asfáltica completa (i.e MDC-25 de Laura Espinosa) tiene un

contenido de asfalto óptimo de 4.5% sobre peso total, para un 10% de vacíos.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0,010,1110100

Porc

enta

je q

ue

Pas

a [%

]

Tamaño [mm]

MDC-25

5.4.Diseño de Matriz Asfáltica Fina (FAM-25)

Para el diseño de las mezclas FAM (i.e por sus siglas en ingles Fine Aggregate Matrix),

inicialmente se determinó la granulometría a utilizar, siguiendo la metodología propuesta por

Cavalcanti de Sousa(2010), la cual comprende partículas finas menores a 1.18 mm. A continuación,

en la Tabla 2 y la Figura 2 se puede observar los porcentajes retenidos y la distribución

granulométrica de la FAM-25 respectivamente:

Tabla 2. Granulometría Mezcla FAM-25

Tamiz

[No]

Tamaño

[mm]

Pasa

[%]

Retenido

[%]

16 1,18 100% 0%

40 0,42 65% 35%

80 0,17 42% 23%

200 0,075 13% 28%

Fondo - - 13%

Figura 2. Distribución de tamaño de partículas MDC- 25 Y FAM-25

Para el diseño de la mezcla FAM se calculó el porcentaje de asfalto óptimo al realizar un cálculo

por volumetría para determinar la cantidad de asfalto que recubre los agregados dependiendo del

tamiz utilizado (i.e pasa No.16 hasta el fondo) al realizar la mezcla con ligante asfáltico, siendo del

9.75% del peso total del mortero. Se utiliza 10% de porcentaje de vacíos sobre el volumen total de

la mezcla de la misma manera en que lo utilizó la ingeniera Laura Espinosa durante su tesis de

maestría. Debido a que en la literatura se habla de máximos porcentajes de vacíos entre 10-13%

para mezclas finas por las limitaciones del torque en el reómetro (Ding et al., 2020).

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0,010,1110100

Porc

enta

je q

ue

Pas

a [%

]

Tamaño [mm]

FAM - 25

MDC-25

6. METODOLOGIA EXPERIMENTAL

La metodología experimental para definir el protocolo de envejecimiento se llevó a cabo en cuatro

partes: 1) fabricación de morteros asfálticos con materiales vírgenes, 2) fabricación de morteros

asfálticos con asfalto PAV y agregados vírgenes, 3) fabricación de morteros asfálticos con 70%

ligante virgen y 30% ligante PAV, 4) fabricación de morteros asfálticos con materiales vírgenes y

posterior envejecimiento artificial en el horno a 95oC durante 3, 6 9, 20, 25 y 30 días. Finalmente,

esta metodología fue empleada para evaluar el comportamiento reológico de un mortero asfáltico

envejecido a 30 días (i.e. condición de envejecimiento máxima) con diferentes dosis de un

rejuvenecedor de origen vegetal.

A continuación, se presenta el diagrama de la metodología experimental en la Figura 3:

Figura 3. Diagrama del procedimiento experimental.

6.1.Gravedad Específica Máxima Teórica (Gmm)

Antes de realizar la fabricación de las probetas tipo FAM es necesario conocer el porcentaje de

vacíos y posteriormente hacer su diseño por densidad, teniendo en cuenta que se debe asegurar el

mismo porcentaje de vacíos en las probetas. Inicialmente, se debe encontrar la gravedad específica

máxima teórica (Gmm), para lo cual se realizó el ensayo Gmm, siguiendo la norma “Gravedad

especifica máxima teórica (Gmm) y densidad de mezclas asfálticas para pavimentos” (735E-07,

2007), utilizando 200 gr en lugar de los 1250 gr mínimos que pide la norma, debido a que el

material era bastante limitado para realizar todos los ensayos como lo indica la norma, este

procedimiento experimental ya se había realizado antes y tuvo muy bueno resultados, en el anexo

a se presenta el procedimiento del Gmm utilizando 200 gr. En la Tabla 3 se puede observar el

promedio de los resultados al ensayar 3 réplicas para cada tipo de mezcla:

Tabla 3. Promedio Gmm.

Muestra Gmm COV

[%]

100% Virgen 2,19 0,94

70% V y 30% PAV 2,20 0,06

100% PAV 2,25 1,88

Como se puede observar a medida que se envejece la mezcla de mortero asfáltico aumenta para la

mezcla con ligante PAV incrementa su densidad hasta un 3% con respecto a la mezcla virgen. Para

las mezclas de envejecimiento artificial en horno, el valor de Gmm fue el mismo al del asfalto

70%V y 30% PAV (i.e siendo de 2.20) hasta los 9 días, en los siguientes días no se realizaron

ensayos de Gmm para los días de envejecimiento a 20, 25 y 30 días por la disponibilidad del

material. Debido a esto, se asumió un valor interpolado de 2.225 sobre el cual se fabricaron las

probetas con 10% de vacíos para los demás especímenes de envejecimiento.

6.2.Fabricación de probetas para mezclas asfálticas finas

Con los valores de Gmm presentados en Tabla 3 y las dimensiones de las probetas empleadas en

este estudio, las cuales corresponden a 13,65 mm de diámetro por 47,5 mm de alto, se determinó

la cantidad necesaria de agregados y ligante asfáltico para obtener los especímenes con la

volumetría y los vacíos deseados como se muestra en la Tabla 4:

Tabla 4. Porcentaje retenido para mezcla FAM-25

Tamiz

[No]

Retenido

[%]

Peso

[g]

16 0% 0,00

40 35% 6,32

80 23% 4,20

200 28% 5,11

Fondo 13% 2,40

Ya teniendo todos los datos previamente calculados, se procedió a fabricar las probetas para

mezclas asfálticas finas utilizando un molde individual con diámetro interno de 13.56 mm y una

altura de 50 mm y posteriormente se compactó en una celda de carga. El proceso es como sigue:

Primero se calientan los agregados, el molde y las herramientas a 160°C durante media hora y

luego se calienta el ligante asfáltico durante 15 minutos para garantizar una temperatura de

mezclado y viscosidad adecuada en los materiales. Una vez transcurrido el tiempo se llevan los

materiales a la plancha a 170°C y se realiza el mezclado de manera manual durante 5 minutos hasta

obtener un resultado de mezcla homogénea como el que se muestra en la Figura 4. Apenas se

termina la mezcla, se mete la bandeja al horno a 160°C durante 15 minutos como el tiempo de

calentado previo a la compactación, para garantizar que luego de mezcla se adhiera mejor el ligante

a los agregados por el efecto de la temperatura. Al finalizar este tiempo, se saca el molde, se engrasa

y se coloca en la balanza tarada en cero, seguido de esto se saca el material dentro del horno y se

comienza a compactar por capas hasta alcanzar el peso de diseño, debido a que el material

envejecido era muy poco trabajable y no permitía su compactación en una capa individual. El

resultado se observa en la Figura 5. Luego de esto, se procede a compactar la muestra en una celda

de carga como se observa en la Figura 6. En la Figura 7 se puede observar el resultado después de

aplicar una deformación constante de 0.5 mm a razón de 1 mm/s hasta obtener una carga final de

aproximadamente 3500 N.

Figura 4. Mezcla virgen

suelta para probeta

individual

Figura 5. Mezcla dentro

del molde.

Figura 6. Compactación

inicial en la celda de carga.

Figura 7. Compactación

final en la celda de carga.

6.3.Extracción de especímenes para ensayar en el reómetro

Luego de compactar el especímen como se explicó en el procedimiento anterior, se esperan 45

minutos para realizar la extracción del núcleo en el molde individual. Una vez transcurrido este

tiempo, se realiza la extracción del núcleo. En la figura 8 se puede observar cómo inicia el proceso

de extracción y en la Figura 9 el proceso al finalizar. Finalmente, en las Figuras 10 y 11 se observa

el resultado luego de secar a la intemperie el especímen extraído y pulir sus caras:

Figura 8. Proceso de

extracción inicial.

Figura 9. Proceso de

extracción final.

Figura 10. Probeta

individual de mezcla fina

Figura 11. Probeta

individual de mezcla fina.

Se realizó el ensayo de gravedad especifica Bulk siguiendo la norma I.N.V 736-13 (Instituto

Nacional de Vías INVIAS, 2012) para determinar y controlar posteriormente, los vacíos en los

morteros asfálticos. Este ensayo, permite controlar los vacíos y disminuir la variabilidad entre los

especímenes del mismo tipo de muestra, para las muestras de control a medida que se envejece el

espécimen con adición de ligante PAV se observa un incremento en la variabilidad del módulo.

Como se mencionó anteriormente, los vacíos se lograron controlar de manera directa para la

fabricación de las tres muestras de control y las muestras de envejecimiento hasta los 9 días, luego

de esto, para los morteros asfálticos de 20, 25 y 30 días no se lograron realizar mas ensayos de

Gmm por disponibilidad del material. La solución inmediata fue interpolar un valor teniendo en

cuenta el envejecimiento de las muestras de control como limites inferior y superior (i.e muestra

virgen como limite inferior siendo de 2.19 y muestra con ligante 100% PAV siendo de 2.25

respectivamente), este valor corresponde a 2.225 para las muestras envejecidas a 20, 25 y 30 días.

Estos últimos especímenes de envejecimiento presentan resultados con alta variabilidad en sus

módulos (i.e más del 11% de variabilidad entre ellos) y vacíos mayores a 10.5% (i.e siendo este el

límite máximo aceptado dentro de la fabricación de morteros asfálticos durante este proyecto).

A continuación, se presentan los resultados de los vacíos y la nomenclatura utilizada para las

probetas ensayadas en las Tablas 5 y 6:

Tabla 5. Vacíos para muestras vírgenes, 70/30 y PAV.

Muestra Gmm Gmb Vacíos

[%]

Virgen

V1 2,19 1,98 9,52%

V2 2,19 1,98 9,71%

V3 2,19 1,98 9,65%

V4 2,19 1,98 9,58%

V5 2,19 1,98 9,72%

V6 2,19 1,98 9,72%

V7 2,19 1,98 9,78%

V8 2,19 1,97 10,17%

V9 2,19 1,97 9,84%

V10 2,19 1,98 9,73%

100% PAV

PAV-1 2,25 2,06 8,29%

PAV-2 2,25 2,03 9,58%

PAV-3 2,25 2,04 9,51%

PAV-4 2,25 2,03 9,64%

PAV-5 2,25 2,03 9,89%

PAV-6 2,25 2,02 10,23%

PAV-7 2,25 2,05 9,09%

PAV-8 2,25 2,03 9,82%

PAV-9 2,25 2,04 9,22%

PAV-

10 2,25 2,05 8,91%

70/30

70-1 2,20 2,03 7,78%

70-2 2,20 1,99 9,67%

70-3 2,20 1,98 10,20%

70-4 2,20 1,97 10,25%

70-5 2,20 1,97 10,31%

70-6 2,20 1,97 10,39%

70-7 2,20 1,99 9,55%

70-8 2,20 1,97 10,44%

70-9 2,20 1,98 9,87%

Tabla 6. Vacíos para metodología de envejecimiento.


[%]

Envejecimiento

3D-1 2,19 2,01 8,94%

3D-2 2,19 1,98 10,61%

3D-3 2,19 2,00 9,50%

6D-1 2,19 1,99 10,05%

6D-2 2,19 1,98 10,61%

6D-3 2,19 1,97 11,17%

9D-1 2,19 1,99 10,05%

9D-2 2,19 1,98 10,61%

9D-3 2,19 1,99 10,33%

20D-1 2,22 1,98 12,41%

20D-2 2,22 1,97 12,80%

20D-3 2,22 1,97 12,72%

20D-4 2,22 1,97 12,89%

20D-5 2,22 1,96 13,12%


[%]

Envejecimiento

25D-1 2,23 1,98 12,54%

25D-2 2,23 1,99 11,81%

25D-3 2,23 1,99 11,57%

25D-4 2,23 1,97 12,70%

25D-5 2,23 1,97 12,70%

25D-6 2,23 1,97 12,70%

25D-7 2,23 2,01 10,44%

25D-8 2,23 2,01 10,52%

25D-9 2,23 2,01 10,69%

30D-1 2,23 2,04 9,19%

30D-2 2,23 2,02 10,15%

30D-3 2,23 2,00 11,02%

Rejuvenecedor Rej-1,5 -1 2,15 1,9384 10,91% Rej-1,5 -2 2,15 1,7212 24,91% Rej-1,5 -3 2,15 1,7091 25,79% Rej-3,0-1 2,15 1,9441 10,59% Rej-3,0-2 2,15 1,9413 10,75%

6.4.Ensayos en el reómetro

Para la caracterización de las propiedades viscoelásticas (i.e. módulo de corte complejo y ángulo

de fase) de las mezclas FAM y su desempeño a la deformación permanente en la presente

investigación, se utilizó un reómetro de corte dinámico (DSR por sus siglas en inglés Dynamic

Shear Rheometer). En las Figuras 12 y 13 se presentan respectivamente, el reómetro sellado y

abierto con una muestra fina lista para ensayar:

Figura 12. Reómetro de Corte dinámico (DSR)

Figura 13. Probeta lista para ensayar DSR

Con el objetivo de encontrar un nivel de deformación dentro de la zona viscoelástica lineal que

garantizara que el material no sufriera daño (i.e caída del módulo) para ser empleado

posteriormente en los ensayos de viscoelasticidad, se realizó un barrido de deformaciones.

Inicialmente, se aplicaron 6 niveles de deformación correspondientes a: γ1= 5x10-4%, γ2=1x10-3%,

γ3=5x10-3%, γ4=1x10-2%, γ5=5x10-2% y γ6=1x10-1%, a una temperatura de 25°C durante 2 minutos

cada uno en las muestras, para encontrar las zonas: 1) viscoelástico lineal, donde no se presenta

caída en el módulo para un mismo nivel de deformación, 2) no lineal, donde se presenta una caída

en el módulo para un mismo nivel de deformación y 3) zona de daño, donde hay una caída del

módulo para un mismo nivel de deformación con respecto al módulo inicial para ese nivel de

deformación. Una vez se obtuvieron los resultados, se escogió un nivel de deformación aplicó un

dentro de la zona viscoelástica lineal para garantizar que el material presente deformaciones

recuperables en los ensayos de viscoelasticidad. Posteriormente, se aplicó este nivel de

deformación y se realizó un ensayo de barrido de temperaturas y frecuencias empleando el valor

de deformación encontrado en el ensayo anterior, con el propósito de encontrar el módulo dinámico

a corte del material (|G*|) y el ángulo de fase (δ). Finalmente, se realizaron ensayos a esfuerzo

controlado para determinar la susceptibilidad a la deformación permanente en morteros asfálticos,

mediante el ensayo MSCR, el cual permite conocer la respuesta elástica o recuperable del material

y la no recuperable, mediante la recuperación elástica del material a diferentes niveles de esfuerzo

para asfaltos y adaptado en este estudio para FAM como lo trabajó la ingeniera Montañez (2017)

en su tesis de maestría.

7. RESULTADOS

7.1.Caracterización inicial de las mezclas de control: virgen, 70-30 y PAV.

Barrido de deformaciones

Este ensayo se realizó con el fin de determinar las zonas: viscoelástica lineal, viscoelástico no lineal

y la zona viscoelasto plástico o zona de daño para los materiales y encontrar el valor a ser empleado

para obtener las propiedades viscoelásticas fundamentales (módulo dinámico a corte y ángulo de

fase) en este rango. Se realizó este barrido a una temperatura de 25°C y a una frecuencia de 10Hz

variando el porcentaje de deformación como se muestra en la figura 14 y en la tabla 5 con un

periodo de 2 minutos de aplicación por cada uno de los seis esfuerzos.

Se realizaron dos barridos de deformaciones para las mezclas con ligante 100% virgen, 70/30 y

100% PAV con 6 niveles de deformación diferentes y se obtuvieron los siguientes resultados en la

Figura 14 y Tabla 7:

Figura 14. Barrido de deformaciones a 25°C.

Tabla 7. Caída del módulo en Barrido de deformaciones

Nivel de

deformación Deformación

Caída porcentual del modulo

V-1 V-2 70-2 70-3 PAV2 PAV3

γ1 5x10-4 (%) 0,08% 0,09% 0,07% 0,06% 0,00% 0,04%

γ2 1x10-3(%) 0,00% 0,44% 0,02% 0,73% 0,17% 0,20%

γ3 5x10-3(%) 1,19% 1,57% 2,51% 2,24% 1,16% 1,10%

γ4 1x10-2(%) 1,81% 2,22% 3,53% 3,30% 1,52% 1,94%

γ5 5x10-1(%) 6,45% 7,07% 7,53% 7,96% 3,89% 5,97%

γ6 1x10-1 (%) 16,86% 14,07% 9,35% 10,61% 11,70% 15,35%

0,0E+00

2,5E+08

5,0E+08

7,5E+08

1,0E+09

1,3E+09

1,5E+09

1,8E+09

2,0E+09

0 2 4 6 8 10 12

|G*|

[Pa]

Tiempo [Min]

V1

V2

70-2

70-3

PAV2

PAV3

Zona viscoelástica Zona viscoelástica no lineal

Zona de daño.

γ1=5𝑥10−4 γ 2=1𝑥10−3 γ 3=5𝑥10−3γ 4=1𝑥10−2

γ 5=5𝑥10−2γ 6=1𝑥10−1

Como se observa en la Tabla 7, se aplicaron 6 diferentes niveles de deformación. Para los últimos

dos niveles se presencia en la figura 14 un daño permanente en todas las probetas ensayadas, el

cual se ve representado en una caída porcentual del módulo (i.e al analizar la diferencia de valores

entre el módulo final con respecto al módulo inicial en cada nivel de esfuerzo). Para el nivel quinto

nivel de deformación aplicado (γ5= 5x10-1%), la caída corresponde a 6.45 y 7.07% para las

muestras vírgenes, 7.53 y 7.96% para las muestras 70/30 y 3.89 y 5.97% para las muestras 100%

PAV. Para el último nivel de deformación aplicado (γ6= 1x10-1% [Pa]), la caída porcentual aumenta

en todas las muestras, siendo de 16.86 y 14.07% para la virgen, 9.35 y 10.61% para la muestra

70/30 y 11.7 y 15.35% para la muestra 100% PAV.

Teniendo en cuenta los resultados presentados anteriormente, se decidió utilizar el segundo nivel

de deformación correspondiente a γ2= 1x10-3% para realizar los ensayos de viscoelasticidad. Esto

debido a que para el primer y la segundo deformación aplicado, el módulo se mantiene constante

para un mismo nivel de deformación En el anexo 10.3 se encuentran todos los resultados.

Propiedades viscoelásticas de las mezclas finas

Los resultados del barrido de deformaciones presentados anteriormente permitieron conocer el

valor de deformación necesario para poder realizar un barrido de frecuencias y temperaturas

permaneciendo en la zona viscoelástica lineal y de esta manera poder construir una Curva Maestra

del material FAM. Esta curva permite observar las propiedades viscoelásticas fundamentales como

el módulo dinámico a corte (|G*|) y el ángulo de fase (δ) del mortero asfáltico, para diferentes

valores de temperatura y frecuencias. Con la finalidad de realizar estas Curvas Maestras se utilizó

un reómetro de corte dinámico (DSR) para un nivel de deformación bajo (γ=1x10-3 %). Se registró

el módulo del material y el ángulo de fase para valores de frecuencia de 1 a 30 Hz y temperaturas

de 25°C hasta 75°C con incrementos de 10°C. La curva fue construida a una temperatura de

referencia de 25°C:

7.1.2.1.Material 100% Virgen

La curva maestra del módulo dinámico a corte y del ángulo de fase del material virgen para las

6 réplicas ensayadas se puede apreciar en la Figura 15:

Figura 15.. Módulo de corte complejo y ángulo de fase muestra virgen.

Temperatura de referencia 25°C.

Teniendo en cuenta los resultados presentados anteriormente, se analizó el coeficiente de

variabilidad (i.e la desviación típica entre una muestra y el promedio de sus datos. COV por siglas

en inglés coefficient of variability) para las propiedades viscoelásticas entre tres especímenes de la

mezcla virgen, en la Tabla 8 podemos observar los valores del módulo a bajas, medias y altas

frecuencias (0.001 Hz, 0.1Hz y 10Hz) para el módulo dinámico de los especímenes ensayados y

en la Tabla 9 para el ángulo de fase de estos:

Tabla 8. COV para el módulo de corte complejo a diferentes frecuencias.

Frecuencia

[Hz]

Módulo de Corte complejo

|G*| [Pa] Promedio Desviación

Estándar

COV

[%] V5 V6 V7

0,001 8,4,E+07 8,4,E+07 7,6,E+07 8,1,E+07 4,8,E+06 5,87%

0,1 1,7,E+08 1,7,E+08 1,5,E+08 1,6,E+08 9,5,E+06 5,80%

10 6,6,E+08 6,6,E+08 6,3,E+08 6,5,E+08 1,9,E+07 2,95%

De los resultados obtenidos para los tres especímenes vírgenes, se evidencia que la diferencia

porcentual es mayor a bajas frecuencias, siendo de 5.87%, disminuye la variabilidad para medianas

frecuencias, siendo de 5,80% y tiende a ser menor para altas frecuencias, con un valor de 2,95%.

Del mismo modo, los resultados de la variabilidad en el ángulo de fase se presentan en la Tabla 9:

10°

20°

30°

40°

2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,0001 0,01 1 100

Án

gu

lo d

e fa

se (

δ)

[°C

]

Módulo

din

ámic

o |G

*| [P

a]

Frecuencia reducida [Hz]

V5V6V7V5V6

Tabla 9. Comparación del ángulo de fase para tres especímenes

Frecuencia

[Hz]

Ángulo de fase (δ) Promedio

Desviación

Estándar

COV

[%] V5 V6 V7

0,001 2,0,E+01 2,0,E+01 2,1,E+01 2,1,E+01 6,4,E-01 3,10%

0,1 2,7,E+01 2,8,E+01 2,8,E+01 2,8,E+01 5,0,E-01 1,78%

10 2,9,E+01 3,0,E+01 3,0,E+01 3,0,E+01 1,8,E-01 0,60%

Este efecto, al igual que en el módulo complejo del material, el ángulo de fase depende de la

frecuencia de aplicación de carga. De los resultados presentados en la tabla 7 para los especímenes

vírgenes, se evidencia que el coeficiente de variabilidad disminuye al aumentar la frecuencia. Para

bajas frecuencias siendo de 3.10%. para medianas frecuencias de 1,78% y para altas frecuencias

de 0,60%.

Con lo anteriores resultados se observa que la variabilidad tanto para módulo de corte complejo

como para ángulo de fase disminuye a bajas temperaturas o altas frecuencias, lo cual era de

esperarse ya que al realizar el barrido de deformaciones se observó que para el segundo nivel de

esfuerzo (γ=1x10-3 %) a 25°C no presentaba caída en el modulo y su respuesta era lineal frente a

la deformación.

Otra manera de representar los datos reológicos es a través del Black Diagram (i.e curva del ángulo

de fase vs. Módulo de corte complejo) el cual se presenta en la Figura 16 para las tres réplicas del

material virgen:

Figura 16. Black space Diagram - Muestras virgen

Este diagrama es útil para evaluar si un material es reológicamente simple o no. En este sentido la

figura 16 nos permite ver que el material es reológicamente simple ya que al construir la curva

1,0E+06

1,0E+07

1,0E+08

1,0E+09

1,0E+10

15 20 25 30 35

Mó

du

lo d

inám

ico |G

*| [P

a]

[Pa]

Ángulo de fase (δ) [°C]

V5

V6

V7

mediante las propiedades fundamentales como el módulo dinámico y ángulo de fase en las muestras

las curvas son continuas.

7.1.2.2.Material 70% ligante Virgen & 30% ligante PAV

La Figura 17 presenta la curva maestra del módulo de corte complejo y el ángulo de fase para este

material. se ensayaron 6 réplicas sobre las cuales se tomaron 3 debido a que el promedio de las 6

réplicas presenta una variabilidad superior a 11%, la cual se considera alta para los propósitos de

este estudio. En el anexo 10.3se pueden observar los resultados completos.

A continuación, en la Figura 17 y la Tabla 10, se presentan los resultados de los especímenes que

presentan una variabilidad inferior a 11%, como se describió anteriormente

Figura 17. Módulo dinámico a corte y ángulo de fase para muestra 70/30.



variabilidad para las propiedades viscoelásticas lineales entre tres especímenes de la mezcla 70/30

(70-6, 70-7N, 70-8). Para esto se comparó el módulo dinámico a corte (Figura 17) de la curva

maestra en los especímenes a tres niveles de frecuencia: 0.01 Hz, 0.1 Hz y 10 Hz (Tablas 10 y 11).

Tabla 10. COV para el módulo de la muestra 70/30.

Frecuencia

[Hz]

Módulo dinámico a corte |G*| [Pa] Promedio

Desviación

Estándar

COV

[%] 70-6 70-7 N 70-8

0,001 6,6,E+07 6,9,E+07 6,7,E+07 6,7,E+07 1,2,E+06 1,71%

0,1 2,3,E+08 2,1,E+08 2,1,E+08 2,2,E+08 1,1,E+07 5,06%

10 8,5,E+08 7,0,E+08 7,1,E+08 7,5,E+08 8,1,E+07 10,75%

0°

10°

20°

30°

40°

2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100

Ángulo

de

fase

(δ)

[°C

]

Módulo

din

ámic

o |G

*| [P

a]


70-6

70-7 N

70-8

70-6

70-7 N

70-8

De los resultados obtenidos, se evidencia que la diferencia porcentual es mayor a altas frecuencias,

siendo de 10,75%, disminuye la variabilidad para medianas frecuencias, siendo de 5,06% y tiende

a ser menor para bajas frecuencias, con un valor de 1,71%.

Los resultados de la variabilidad en el ángulo de fase se presentan en la Tabla 11:

Tabla 11. COV para el ángulo de fase de la muestra 70/30.

Frecuencia [Hz]

Ángulo de fase (δ) [°] Promedio

Desviación Estándar

COV [%] 70-6 70-7 N 70-8

0,001 2,2,E+01 2,1,E+01 2,1,E+01 2,1,E+01 9,7,E-01 4,51%

0,1 3,0,E+01 2,5,E+01 2,6,E+01 2,7,E+01 2,3,E+00 8,51%

10 2,8,E+01 2,9,E+01 2,7,E+01 2,8,E+01 7,4,E-01 2,66%



de material 70/30, se evidencia que el coeficiente de variabilidad no presenta alguna relación en

función de frecuencia, pero los valores son bastante similares al tener una variabilidad aceptable

(i.e no mayor a 11%). Para bajas frecuencias es de 4.51%. para medianas frecuencias de 8.51% y

para altas frecuencias de 2,66%.

A continuación, en la Figura 18 se observa el Black diagram del material 70/30:

Figura 18. Black space Diagram - Muestra 70/30

La figura 18 nos permite ver que el material es reológicamente simple ya que, al construir la curva,

podemos ver que presente un comportamiento continuo.

1,0E+06

1,0E+07

1,0E+08

1,0E+09

1,0E+10

15 20 25 30 35

Mó

du

lo d

inám

ico |G

*| [P

a]


70-6

70-7 N

70-8

7.1.2.3.Material 100% ligante PAV

Para la curva maestra del módulo dinámico a corte y ángulo de fase para este material se ensayaron

6 réplicas sobre las cuales se tomaron 3 debido a que presentan una alta variabilidad (i.e superior

a 11%), en el anexo 10.3 podemos observar los resultados completos.

A continuación, en la Figura 19 se observa la curva maestra del módulo dinámico y el ángulo de

fase para el material con 100% ligante PAV.

Figura 19. Módulo de corte complejo para 100% PAV



variabilidad para las propiedades viscoelásticas lineales entre tres especímenes de la mezcla 100%

PAV (PAV6, PAV7 y PAV9). Para esto se comparó el módulo de corte complejo (Figura 19) de la

curva maestra en los especímenes a tres niveles de frecuencia: 0.01 Hz, 0.1 Hz y 10 Hz (Tablas 12

y 13).

Tabla 12. COV para el módulo de la muestra 100% PAV.

Frecuencia [Hz]

Módulo dinámico a corte |G*| [Pa] Promedio


COV [%] PAV-6 PAV-7 PAV-9

0,001 1,5,E+08 1,6,E+08 1,5,E+08 1,5,E+08 5,4,E+06 3,55% 0,1 3,9,E+08 4,1,E+08 4,2,E+08 4,1,E+08 1,4,E+07 3,42% 10 1,0,E+09 1,1,E+09 1,2,E+09 1,1,E+09 5,6,E+07 5,18%

De los resultados obtenidos, se evidencia que la diferencia porcentual es mayor a altas frecuencias,

siendo de 5,18%, disminuye la variabilidad para medianas frecuencias, siendo de 3,42% y con un

valor de 3,55% a bajas frecuencias.

0°

10°

20°

30°

40°

2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,00001 0,001 0,1 10

Ángulo

de

fase

(δ)

[°C

]

Módulo

din

ámic

o |G

*| [P

a]

Frecuencia reducida[Hz]

PAV-6PAV-7PAV-9PAV-6PAV-7PAV-9

Tabla 13. COV para el ángulo de fase de la muestra 100% PAV.

Frecuencia [Hz]

Ángulo de fase (δ) [°] Promedio


COV [%] PAV-6 PAV-7 PAV-9

0,001 1,9,E+01 2,0,E+01 2,1,E+01 2,0,E+01 6,9,E-01 3,48% 0,1 2,2,E+01 2,3,E+01 2,5,E+01 2,3,E+01 1,7,E+00 7,28% 10 2,0,E+01 2,0,E+01 2,1,E+01 2,0,E+01 8,0,E-01 3,88%



de material 100% PAV, se evidencia que el coeficiente de variabilidad no presenta alguna relación

en función de frecuencia, pero los valores son bastante similares al tener una variabilidad aceptable

(i.e no mayor a 11%). Para bajas frecuencias es de 3,48%. para medianas frecuencias de 7,28% y

para altas frecuencias de 3,88%.

A continuación, en la Figura 20 se observa el Black diagram del material 100% PAV:

Figura 20. Black space Diagram - Mezcla 100% PAV

La figura 20 nos permite ver que el material es reológicamente simple ya que al construir la curva

mediante las propiedades fundamentales como el módulo y ángulo de fase en las muestras se

observa una curva continua en los tres especímenes seleccionados.

Evaluación del desempeño a MSCR

Con el fin de evaluar el desempeño de daño a deformación permanente en los morteros asfálticos

de control (i.e mezcla de agregados y ligante virgen, mezcla de agregados vírgenes y ligante 70%

virgen y 30% PAV y finalmente, mezcla con agregados vírgenes y ligante PAV), se realizó un

ensayo que permite conocer la recuperación elástica del material a diferentes niveles de esfuerzo

1,0E+06

1,0E+07

1,0E+08

1,0E+09

1,0E+10

15 17 19 21 23 25 27

Módulo

din

ámic

o|G

*| [P

a]


PAV-6

PAV-7

PAV-9

(MSCR por sus siglas en inglés Multiple Stress Creep Recovery), especificado en la norma

AASHTO TP70-07 para asfaltos. Este método se adaptó para mezclas finas tipo FAM en la

investigación de Montañez (2017) usando el reómetro de corte dinámico (DSR). Este ensayo,

generalmente es utilizado para determinar el desempeño de los asfaltos modificados con polímeros,

mide la respuesta elástica o recuperable y la no recuperable del material, permitiéndonos conocer

la respuesta al ahuellamiento. El ensayo consiste en aplicar cinco valores de esfuerzo para carga y

descarga (10 KPa, 25 KPa, 50 KPa y 75KPa) por un segundo y posteriormente, durante 9 segundos,

se retira la carga para permitir al material relajarse. Este proceso se realiza por 10 ciclos para cada

nivel de esfuerzo a una temperatura de 40°C.

Como resultado de realizar este ensayo, se obtiene el porcentaje de recuperación del material (%R)

y el valor de creep compliance no recuperable (Jnr). El porcentaje de recuperación es la relación

entre la deformación recuperable y la deformación total de cada ciclo y permite conocer la

capacidad elástica del material, al promedio los ciclos de carga. Mientras, el valor de Jnr es el valor

promedio de la deformación no recuperable para los diez ciclos de carga dividido el esfuerzo

aplicado y es utilizado para conocer la deformación permanente.

Este ensayos solo se realizó para las mezclas de control, debido a que inicialmente el objetivo del

proyecto contemplaba simular mezclas finas envejecidas en laboratorio artificialmente en horno

con respecto a las mezclas con ligante PAV, teniendo en cuenta las propiedades reológicas y la

respuesta frente a la deformación permanente. Posteriormente, el proyecto evolucionó hasta

desarrollar un protocolo de envejecimiento teniendo en cuenta las propiedades reológicas. Por esta

razón y debido a la disponibilidad limitada de material, no se alcanzó a evaluar el comportamiento

de los morteros envejecidos artificialmente en horno durante varios días frente a la deformación

permanente.

7.1.3.1.Mezcla virgen.

A continuación, en la Figura 21 se muestra de manera gráfica la relajación de carga y descarga de

este ensayo y la respuesta a la deformación esperada del material Virgen:

Figura 21. Relación de carga aplicada y deformación para MSCR para muestra Virgen.

Con los resultados de este ensayo, también es posible evaluar la deformación que sufren las mezclas

durante el ensayo como se muestra en las Figura 31. Donde se puede observar que entre mayor sea

el esfuerzo aplicado, mayor será la respuesta del material a deformarse y esto es debido a que al

incrementar el esfuerzo aumenta la velocidad de deformación de este como se observa en la Figura

22 y en las Tablas 14 y 15.

Figura 22. Deformación durante los ensayos de MSCR para muestras vírgenes.

Tabla 14. Coeficiente de variabilidad para los ensayos MSCR en muestras vírgenes.

Mezcla Virgen Parámetro V5 V6 V7 Media Desviación COV

%R 91,74% 88,51% 86,71% 88,99% 2,55% 2,86% Jnr 2,21,E-04 2,76,E-04 4,18,E-04 0,03% 0,01% 33,39%

0,0%

0,6%

1,2%

1,8%

2,4%

0 2 4 6 8 10 12

Def

orm

ació

n [

%]

Tiempo [seg]

V7

V6

V5

Recuperable

No

Recuperable

-0,005

0,095

0,195

0,295

0,395

0,495

0 500 1000 1500

Def

orm

ació

n (

%)

Tiempo (s)

* V5* V6* V7

Pa: 10000

Pa: 25000

Pa: 50000

Pa: 75000

Como se puede observar en la tabla 13, existe un coeficiente de variabilidad muy bajo para el

porcentaje de recuperación (%R), siendo de 2,86% y muy alta (por encima del 11%) para la de

creep compliance no recuperable (Jnr) frente a los tres especímenes ensayados de la muestra virgen,

siendo de 33.39%.

7.1.3.2.Muestra 70% ligante virgen y 30% ligante PAV (70/30), presentada en las

Figuras 23 y 24:

Figura 23. Relación de carga aplicada y deformación para MSCR en muestras 70/30.

Figura 24. Deformación durante los ensayos de MSCR para muestras 70/30.

Para analizar los datos, se presenta la variabilidad a modo de resumen en la Tabla 15:

0,0%

0,6%

1,2%

1,8%

0 2 4 6 8 10 12

Def

orm

ació

n [

%]

Tiempo [seg]

70-8

70-7

70-6

Recuperable

No

Recuperable

-0,005

0,045

0,095

0,145

0,195

0,245

0,295

0,345

0 500 1000 1500

Def

orm

ació

n (

%)

Tiempo (s)

Pa: 10000

Pa: 25000

Pa: 75000

Pa: 50000

* 70-6* 70-7* 70-8

Tabla 15. Coeficiente de variabilidad para los ensayos MSCR en muestras 70/30.

Mezcla 70-30 parámetro 70-6 70-7 70-8 Media Desviación COV

%R 90,49% 90,71% 91,82% 91,01% 0,72% 0,79% Jnr 2,13,E-04 2,02,E-04 1,54,E-04 0,02% 0,00% 16,49%

7.1.3.3.Material 100% ligante PAV, presentada en las Figuras 25 y 26:

Figura 25. Relación de carga aplicada y deformación para MSCR en muestras 100% PAV.

Figura 26. Deformación durante los ensayos de MSCR para muestras 100% PAV.

Para analizar los datos, se presenta la variabilidad a modo de resumen en la Tabla 16:

0,0%

0,6%

1,2%

0 2 4 6 8 10 12

Def

orm

ació

n [

%]

Tiempo [seg]

PAV-6

PAV-5

PAV-4Recuperable

No

Recuperable

-0,005

0,015

0,035

0,055

0,075

0,095

0,115

0,135

0,155

0,175

0,195

0 500 1000 1500

Def

orm

ació

n (

%)

Tiempo (s)

* PAV-4* PAV-5* PAV-6

Pa: 10000

Pa: 25000

Pa: 50000

Pa: 75000

Tabla 16. Coeficiente de variabilidad para los ensayos MSCR en muestras 100% PAV.

Mezcla 100% PAV Parámetro PAV-4 PAV-5 PAV-6 Media Desviación COV

%R 94,56% 96,84% 96,60% 96,00% 1,25% 1,30% Jnr 8,62,E-05 1,95,E-05 2,07,E-05 0,004% 0,00% 90,73%

Con la finalidad de determinar el impacto del envejecimiento de morteros asfálticos frente a

deformación permanente, se comparó el porcentaje de recuperación (%R) y el creep compliance

no recuperable (Jnr) obtenidos en el último nivel de esfuerzo aplicado (75000 Pa). Este valor es

presentado en las tablas 13, 14 y 15 para muestras virgen, 70/30 y 100% PAV respectivamente.

De los resultados obtenidos es posible identificar que la recuperación del material incrementa a

medida que se envejece con respecto al material virgen, siendo el incremento del 2,02% para la

muestra 70/30 y del 7,01% para la muestra con ligante 100% PAV. Del mismo modo, el porcentaje

no recuperable disminuye al envejecer el material, siendo su decremento del 0,01% para el material

70/30 y del 0,026% para el material 100% PAV con respecto al material virgen.

Es posible concluir que, en términos de desempeño, los morteros asfálticos con ligante envejecido

presentan mejor respuesta frente la deformación permanente, ya que como se mencionó

anteriormente, su porcentaje de recuperación promedio es mayor al envejecer el ligante. Esto es

debido a que su módulo dinámico es mayor y, por ende, presentan mejor resistencia frente a

deformación permanente.

7.2.Metodología de envejecimiento de morteros.

Para la fabricación de los morteros asfálticos envejecidos se utilizaron hornos con temperaturas de

160°C para calentar durante 15 minutos el ligante asfáltico virgen y 30 minutos para los agregados

minerales e instrumentos, seguido de esto se realizó la mezcla de manera manual en la plancha a

170°C durante 5 minutos. Posteriormente, se acondicionaron los morteros asfálticos en horno a

95°C durante varios días (i.e 3, 6, 9, 20, 25 y 30 días). Finalmente, se calentaron en hornos a 160°C

durante 20 minutos como temperatura de compactación antes de fabricar los especímenes en el

molde individual. El procedimiento anterior, se realizó para todas las muestras envejecidas sin

modificar la temperatura en las muestras, variando solo los días de acondicionamiento en horno.

Propiedades viscoelásticas de morteros envejecidos.

Con el objetivo de entender el comportamiento reológico de un mortero asfáltico envejecido

artificialmente y evaluar su comportamiento con respecto al de la mezcla virgen, la mezcla 70/30

y la mezcla con 100% ligante PAV, se realizaron ensayos de viscoelasticidad una vez se cumplió

el tiempo de acondicionamiento correspondiente al envejecimiento en horno a 95oC por varios días

(i.e 3, 6, 9, 20, 25 y 30 días).

En las Figuras [27-32], se presentan las curvas maestras a una temperatura de referencia de 25oC

para cada estado de envejecimiento: Para cada estado de envejecimiento se ensayaron entre 3 y 9

réplicas.

Envejecimiento a 3 días en el horno a 95oC.

Figura 27. Módulo para envejecimiento a 3 días. Temperatura de

referencia 25°C

Envejecimiento a 6 días.

Figura 28. Módulo para envejecimiento a 6 días.



2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Módulo

din

ámic

o |G

*| [P

a]

Frecuencia Reducida [Hz]

3D-1

3D-2

3D-3

2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Mó

du

lo d

inám

ico

|G*

| [P

a]


6D-1

6D-2

6D-3

2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,00001 0,001 0,1 10

Módulo

din

ámic

o |G

*| [P

a]


9D-1

9D-2

9D-3







2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10Módulo

din

ámic

o |G

*| [P

a]


20D-120D-220D-320D-420D-5

2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Mó

du

lo d

inám

ico

|G*

| [P

a]


25D-125D-225D-325D-425D-5

2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,00001 0,001 0,1 10Mó

dulo

din

ámic

o |G

*| [P

a]


30 D -1

30 D-3

30 D-5

Con el fin de presentar un ejemplo de la metodología de envejecimiento, se empleó un

rejuvenecedor de origen vegetal con dos dosis para evaluar sus propiedades reológicas como se

observa en la Figura 33.

Envejecimiento a 30 días con 1.5% de rejuvenecedor.

Figura 33. Módulo para envejecimiento a 30 días con 1.5% de rejuvenecedor.

Envejecimiento total promedio.

En la Figura 34 se puede observar el promedio de los módulos dinámicos para las réplicas que cumplieron

con una variabilidad menor al 11% en cada tipo de mezcla:

Figura 34. Módulo promedio para cada tipo de muestra.

2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Módulo

din

ámic

o |G

*|[

Pa]


Rej 1,5% - 1

Rej 1,5% - 2

Rej 1,5% - 3

2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Mó

du

lo d

inám

ico

|G*

| [P

a]


V Prom100% PAV Prom3D Prom6D Prom9D Prom20D Prom30D Prom

Una vez se realizó el procedimiento descrito para los ensayos de viscoelasticidad en morteros envejecidos

presentados anteriormente, se analizó la variabilidad y el incremento del módulo en las propiedades

viscoelásticas lineales para diferentes días de envejecimiento y el impacto de implementar un

rejuvenecedor al 1.5%. Esto se hizo, comparando el promedio del módulo dinámico (|G*|) en bajas,

medias y altas frecuencias (0,001, 0,1 y 10Hz) como se presenta a continuación, en la Tabla 17:

Tabla 17. Módulo y COV para muestras envejecidas.

Tipo de mezcla

Frecuencia

0,001 Hz 0,1 Hz 10 Hz

Módulo |G*| [Pa]

COV [%]

Módulo |G*| [Pa]

COV [%]

Módulo |G*| [Pa]

COV [%]

Envejecimiento a 3 días 6,8,E+07 10,25% 2,1,E+08 7,58% 6,5,E+08 5,98% Envejecimiento a 6 días 8,0,E+07 12,89% 2,0,E+08 26,71% 7,2,E+08 10,12% Envejecimiento a 9 días 9,7,E+07 7,53% 2,9,E+08 8,06% 7,9,E+08 12,43%

Envejecimiento a 20 días 1,2,E+08 22,18% 2,7,E+08 25,38% 5,6,E+08 23,24% Envejecimiento a 25 días 1,1,E+08 31,18% 2,3,E+08 35,36% 4,8,E+08 38,68% Envejecimiento a 30 días 1,3,E+08 35,92% 2,7,E+08 42,71% 5,0,E+08 44,35% Rejuvenecedor al 1.5% 3,9,E+07 26,31% 8,8,E+07 29,75% 2,2,E+08 25,88%

Los resultados obtenidos para los 6 diferentes días de envejecimiento muestran que existe un

incremento en el módulo de corte complejo hasta los 9 días de envejecimiento con respecto a la

muestra virgen, como es de esperarse, debido a que este aumenta a medida que se envejece el

material y su variabilidad es controlada, con excepción del envejecimiento a 6 días que presenta

una variabilidad atípica de 26.71% siendo muy superior a los valores aceptables (i.e no mayor a

13%). Los resultados a altas frecuencias luego de los 20 días de envejecimiento ya no presentan

una tendencia lineal, tampoco valores confiables para comparar, debido a que existe una alta

variabilidad en sus especímenes (i.e mayor a 11%).

Esto demuestra la complejidad del material a medida que se envejece, comenzando con problemas

de trabajabilidad durante su fabricación, debido a que entre mayor era el tiempo de

acondicionamiento en el horno, mayor era su rigidez. Seguido de esto, la capacidad del instrumento

DSR y del material superaron sus límites, por esta razón, los mecanismos internos en el material

son los mismos a medida que se envejece.

Al analizar el impacto del 1.5% del rejuvenecedor sobre el peso total de la muestra envejecida a 30

días, podemos observar que el módulo cae bastante, incluso teniendo valores por debajo de la

virgen en un 51,86% para bajas frecuencias (0,001 Hz), 45% para medias frecuencias (0,1 Hz) y

66,16% para altas frecuencias (10 Hz) con respecto a la muestra virgen y en un 70% para bajas

frecuencias (0,001 Hz), 67,41% para medias frecuencias (0,1 Hz) y 56% para altas frecuencias (10

Hz) con respecto a la muestra envejecida de 30 días. Lo anterior, también permite analizar que la

curva del módulo dinámico a altas frecuencias recupera la tendencia presenta en la muestra virgen,

ya que la diferencia porcentual de los especímenes con rejuvenecedor al 1.5% es menor con

respecto a la envejecida de 30 días al compararla con la virgen.

A continuación, en la Figura 35 se puede apreciar de manera gráfica la variabilidad promedio del

módulo a bajas, medias y altas frecuencias en todas las muestras ensayadas:

Figura 35. Variabilidad en el módulo a altas frecuencias.

De los resultados obtenidos, se evidencia que la variabilidad incrementa a medida que se envejece

el material con respecto a la muestra virgen, como se puede observar inicialmente al analizar las

muestra 70/30 y 100% PAV, las cuales presentan incrementos del 17 y 24% en su variabilidad de

la muestra virgen a altas frecuencias. Del mismo modo, se puede analizar el incremento en la

variabilidad de las muestras envejecidas con respecto a la muestra virgen, las cuales luego de los

20 días de fabricación presentan una variabilidad muy alta a medida que se incrementa el tiempo

de envejecimiento, siendo el mayor incremento de 41% para la muestra de 30 días con respecto a

la virgen a altas frecuencias

El incremento en la variabilidad de los resultados a medida que aumentó el tiempo de

acondicionamiento en el horno se puede justificar en que el material envejecido presenta poca

manejabilidad al estar previamente rigidizado. Y se evidencia esto, en las diferencias presentadas

en los módulos a altas frecuencias (10Hz) de la Tabla 12 para material envejecido y la Tabla 6 para

la muestra virgen, donde luego de 20 días no hay un incremento con respecto al módulo de la

muestra virgen, muy por el contrario, existe un decremento de este a altas frecuencias del 13.85%.

6%

19%

31%

10%

13%

8%

22%

31%

36%

26%

5%6%

22%

33%

8%

27%

8%

25%

35%

43%

30%

5%3%

20%

27%

6%

10%

12%

23%

39%

44%

26%

7%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

55%

60%

V 70/30 PAV 3D 6D 9D 20D 25D 30D Rej 1.5 Rej 3,0

CO

V [

%]

Días

0,001 Hz

0,1 Hz

10 Hz

8. CONCLUSIONES

• El módulo dinámico es distinto de una mezcla virgen que se va envejeciendo artificialmente

en horno con respecto a una mezcla que se produce con asfalto 100% PAV y agregados

vírgenes. Para la primera no existe una tendencia clara en sus resultados a bajas, medias y

altas frecuencias (0,001, 0,1 y 10Hz), mientras para la segunda hay un aumento a medida

que se aumenta la frecuencia aplicada.

• Los morteros envejecidos en horno presentan problemas de trabajabilidad, debido a que la

compactación para los de 25 y 30 días es bastante compleja con respecto a los envejecidos

hasta 20 días e incluso los fabricados con ligante 100% PAV.

• Morteros fabricados con 100% ligante PAV y agregados vírgenes tienen una mejor

manejabilidad con respecto a morteros fabricados envejecidos en horno y presentan los

mayores módulos con respecto a la muestra virgen, siendo su incremento del 46% a bajas

frecuencias (0,001 Hz), 60,98% a medias frecuencias (0,1 Hz) y 40,91% a altas frecuencias

(10 Hz).

• El método de fabricación afecta altamente el módulo y la tendencia en la curva maestra del

mismo, ya que para ligante 100% PAV y agregados vírgenes presenta resultados superiores

en módulo un 54,33% con respecto a la mezcla envejecida por 30 días en horno.

• La adición del rejuvenecedor en 1,5% sobre el total de la mezcla disminuyó el módulo

dinámico a altas frecuencias (10Hz) un 43,06% con respecto a la mezcla envejecida de 30

días y 66,75% con respecto a la virgen.

• Los morteros fabricados con 100% PAV poseen mejor capacidad de recuperación y

resistencia frente a la deformación permanente, se obtuvo un aumento del %R del 7,02%

de la mezcla RAP con respecto a la virgen y un Jnr con decremento del 0,026%.

• La temperatura de compactación influye bastante en la fabricación de los especímenes, ya

que al utilizar ligantes envejecidos tipo PAV con los mismos tiempos y temperaturas de

mezclado, su trabajabilidad era mas compleja con respecto a los especímenes de ligante

asfáltico virgen.

• Es importante tener siempre los datos de Gmm y Gmb para poder corroborar los vacíos en

el diseño de cada tipo de muestra, ya que luego de 9 días de envejecimiento no se pudo

realizar este ensayo y los resultados presentaron alta variabilidad en sus módulos (i.e COV

mayor a 11%).

9. BIBLIOGRAFIA

735E-07, I. (2007). Gravedad Específica Máxima Teórica (Gmm) (pp. 1–17).

Antunes, V., Freire, A. C., & Neves, J. (2019). A review on the effect of RAP recycling on

bituminous mixtures properties and the viability of multi-recycling. Construction and

Building Materials, 211, 1–4. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.258

Cavalcanti de Sousa, P. (2010). AUTOMATED PROTOCOL FOR ANALYSIS OF DYNAMIC

MECHANICAL ANALYZER DATA FROM FINE AGGREGATE ASPHALT MIXES.

Conrado, C. (2013, May 1). Dyna. DYNA, 80(179), 99–108.

https://revistas.unal.edu.co/index.php/dyna/article/view/28196

Cortés, S. (2014). PALMA DE ACEITE PARA LA FABRICACIÓN DE MEZCLAS TIBIAS.

Ding, J., Jiang, J., Ni, F., Dong, Q., & Zhao, Z. (2020). Correlation investigation of fatigue

indices of fine aggregate matrix (FAM) and asphalt mixture containing reclaimed asphalt

pavement materials. Construction and Building Materials, 262.

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120646

Espinosa, L. (2018). Multiscale study of the influence of the volumetric properties and loading

conditions on the fracture properties of AC materials.

Federal Highway Administration. (2011). Reclaimed Asphalt Pavement in Asphalt Mixtures:

State of the Practice. In Report No. FHWA-HRT-11-021 (Issue FHWA).

https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.119

Gómez-Meijide, B., Ajam, H., Lastra-González, P., & Garcia, A. (2018). Effect of ageing and

RAP content on the induction healing properties of asphalt mixtures. Construction and


Instituto Nacional de Vías INVIAS. (2012). Materiales Y Mezclas Asfálticas Y Prospección De

Pavimentos. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2015.02.003

Jiménez del Barco, A. (2017). Reclaimed Asphalt Mixtures.

Koudelka, T., Porot, L., Coufalik, P., & Varaus, M. (2018). The use of rejuvenators as an

effective way to restore aged binder properties.

Lanham, M. (2017). Recycled Materials and Warm-Mix Asphalt Usage. National Asphalt

Pavement Association (NAPA). Report IS 138

Martin, A. E., Zhou, F., Arambula, E., Park, E. S., Chowdhury, A., Kaseer, F., Carcajal, J., Hajj,

E., Daniel, J., & Glover, C. (2015). The Effects of Recycling Agents On Asphalt Mixtures

With High RAS and RAP Binder Ratios. Phase II Interim Report. 9.

Montañez, J. (2017). Caracterización Del Daño Por Humedad En Mezclas Asfálticas.

Construyendo Caminos/ Revista Especializada En Ingeniería de Pavimentos, 54–56.

www.construyendocaminos.pe

Perico, C. (2014). Caracterización de Mezclas Asfálticas Finas Modificadas con Aceite Refinado,

Blanqueado y Desodorizado (RBD).

Ramírez, F. (2018). APLICACIÓN DE RESIDUOS DE PAVIMENTOS (RAP) EN

CONSTRUCCIÓN DE VIAS - AJUSTE DE LAS METODOLOGÍAS ACTUALES

INVESTIGACIÓN APLICADA - FASE I.

Sánchez, D. (2018). Uso de bioligantes derivados de la producción del aceite de palma en

mezclas asfálticas con alto contenido de material asfáltico reciclado ( RAP ).

Wang, W., Huang, S., Qin, Y., Sun, Y., Dong, R., & Chen, J. (2020). Research on Rheological

Properties of High-Percentage Artificial RAP Binder with WMA Additives. Advances in

Materials Science and Engineering, 2020. https://doi.org/10.1155/2020/1238378

Xie, Z., Rizvi, H., Purdy, C., Ali, A., & Mehta, Y. (2019). Effect of rejuvenator types and mixing

procedures on volumetric properties of asphalt mixtures with 50% RAP. Construction and


Zhang, J., Zhang, X., Liang, M., Jiang, H., Wei, J., & Yao, Z. (2020). Influence of different

rejuvenating agents on rheological behavior and dynamic response of recycled asphalt

mixtures incorporating 60% RAP dosage. Construction and Building Materials, 238,

117778. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117778

Zhang, K., Huchet, F., & Hobbs, A. (2019). A review of thermal processes in the production and

their influences on performance of asphalt mixtures with reclaimed asphalt pavement

(RAP). Construction and Building Materials, 206, 609–619.

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.057

Zhu, X., Sun, Y., Du, C., Wang, W., Liu, J., & Chen, J. (2020). Rutting and fatigue performance

evaluation of warm mix asphalt mastic containing high percentage of artificial RAP binder.

Construction and Building Materials, 240, 117860.

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117860

10. ANEXOS.

10.1. Ensayo Gmm

Primero se prepararon las mezclas y se guardaron en bolsas plásticas para evitar que éstas se

contaminaran al estar a la intemperie como se observa en las Figuras 36 y 37:

Figura 36. Mezcla para Gmm

Figura 37. Mezclas para Gmm empacadas

Posteriormente, se procedió a realizar el ensayo como se muestra en las Figuras 38, 39, 40 y 41. Se

realizaron 3 réplicas por muestras para tener resultados representativos.

Figura 38. Matraz para

Gmm vacío

Figura 39. Matraz para

Gmm con material seco

Figura 40. Matraz con

asfalto, agregados finos y agua

Figura 41. Matraz a tope

de agua

A continuación, se muestra la ecuación para determinar la Gravedad específica máxima teórica

𝐺𝑚𝑚 =𝐴

𝐴 + 𝐷 − 𝐸

Donde:

A: Masa en aire de la muestra seca en el horno [gr]

C: Masa del agua desplazada por la mezcla a 25°C [gr]

D: Masa del recipiente lleno con agua a 25°C [gr]

10.2. Diseño de mezcla asfáltica fina FAM

A continuación, se presenta en la Tabla 18 los valores iniciales sobre los cuales se diseñó la mezcla,

luego de realizar un cálculo de volumetría para obtener el porcentaje óptimo de asfalto a partir de

la mezcla completa realizada por la ingeniera Laura Espinosa:

Tabla 18. Parámetros de diseño por volumetría para FAM

Parámetro Magnitud Unidades

Altura 47 mm

Diámetro 13,65 mm

Volumen 6877,86 mm3

Vacíos 10 %

Pb % 9,75 %

Posteriormente, con las dimensiones de la probeta se calculó el volumen de la mezcla tipo FAM el

cual se multiplicó por un valor teórico de gravedad especifica Bulk (Gmb), haciendo referencia a

la siguiente ecuación, trabajando con un porcentaje de vacíos del 10%.

𝐺𝑚b(T)= (%𝐺𝑚𝑚) ∗ (𝐺𝑚𝑚100)

𝐺𝑚b(T)=(100%−%𝑉𝑎𝑐í𝑜𝑠) ∗(𝐺𝑚𝑚100)

𝐺𝑚b(T)= (0.9) *(Gmm)

Con la fórmula mencionada anteriormente, se estimó la cantidad de material requerido para la

preparación de cada una de las mezclas como se presenta en la Tabla 19.

Tabla 19. Pesos según el diseño de FAM

Criterio Peso real

[gr]

Peso mayorado

[gr]

Peso de probeta 13,95 20

Peso asfalto 1,36 1,95

Pesos agregados 12,59 18,05

Teniendo en cuenta los pesos anteriores y la granulometría se mayoró hasta 20 gramos para

garantizar una buena trabajabilidad y los 13,95 gr de peso en cada muestra fabricada, en la Tabla

2 se puede observar el porcentaje retenido con su respetivo peso para los agregados:

10.3. Resultados.

A continuación, se presentan los ensayos realizados en cada probeta y su porcentaje de vacíos en cada

probeta en las Tablas 20, 21 Y 22:

Tabla 20. Ensayos de muestra virgen

Muestra Virgen

Espécimen Ensayo Vacíos

[%]

V1 Barrido de deformaciones 9,52

V2 Barrido de deformaciones 9,71

V5 Viscoelasticidad y MSCR 9,72



Tabla 21. Muestras de la probeta Base para ensayar

Muestra 70/30


[%]

70-2 Barrido de deformaciones 9,67

70-3 Barrido de deformaciones 10,20

70-6 Viscoelasticidad y MSCR 10,39

70-7N Viscoelasticidad y MSCR 9,55

70-8 Viscoelasticidad y MSCR 10,44

Como para la muestra base de control con 100% PAV en la Tabla 22:

Tabla 22. Muestras de la probeta Base para ensayar

Muestra 100% PAV


[%]

PAV2 Barrido de deformaciones 9,58

PAV3 Barrido de deformaciones 9,51

PAV4 Viscoelasticidad y MSCR 9,64



Para los barridos de deformación se presentan a continuación los resultados individuales en las Figuras

42, 43 y 44:

Figura 42. Barrido de deformaciones a 25°C - Virgen

3,0E+08

5,0E+08

7,0E+08

9,0E+08

1,1E+09

1,3E+09

1,5E+09

0 2 4 6 8 10 12

|G*

| [P

a]

Tiempo [Min]

V1

V2

zona viscoelastica lineal

zona viscoelastica no lineal

zona de daño

γ2=1𝑥10−3 γ3=5𝑥10−3 γ4=1𝑥10−2γ1=5𝑥10−4

γ6=1𝑥10−1

γ5=5𝑥10−2

A continuación, se presentan los resultados del barrido de

deformaciones para las muestras 70/30:

Figura 43. Barrido de deformaciones a 25°C – 70/30

Finalmente, se presentan los resultados del barrido de

deformaciones para las muestras 100% PAV:

Figura 44. Barrido de deformación 100% PAV

Para los ensayos de viscoelasticidad con alta variabilidad

tenemos las siguientes Figuras para 70/30 (Figura 45 y 46).

Figura 45. Viscoelasticidad para 70/30.

Figura 46. Black Diagram para 70/30

0,0E+00

1,0E+08

2,0E+08

3,0E+08

4,0E+08

5,0E+08

6,0E+08

7,0E+08

8,0E+08

0 2 4 6 8 10 12

|G*| [P

a]

Tiempo [Min]

70-2

70-3



zona de daño

γ2=1𝑥10−3γ3=5𝑥10−3

γ4=1𝑥10−2

γ1=5𝑥10−4

γ6=1𝑥10−1γ5=5𝑥10−2

0,0E+00

2,0E+08

4,0E+08

6,0E+08

8,0E+08

1,0E+09

1,2E+09

1,4E+09

0 2 4 6 8 10 12

|G*| [P

a]

Tiempo [Min]

PAV2

PAV3



zona de daño

γ2=1𝑥10−3 γ3=5𝑥10−3

γ4=1𝑥10−2γ1=5𝑥10−4

γ6=1𝑥10−1γ5=5𝑥10−2

0°

10°

20°

30°

40°

2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,0001 0,01 1 100

Ángulo

de

fase

(δ)

[°C

]

Módulo

din

ámic

o |G

*| [P

a]


70-570-670-770-7 N70-870-570-6

1,0E+06

1,0E+07

1,0E+08

1,0E+09

1,0E+10

15 20 25 30 35Mó

du

lo d

inám

ico

|G*

| [P

a]


70-5

70-6

70-7

70-7 N

70-8

Los resultados de variabilidad para el módulo y el ángulo de fase se presentan en las Tablas 23 y

24:

Tabla 23. COV para módulo de 70/30.

Frecuencia [Hz]

Módulo dinámico a corte |G*| [Pa] COV [%] 70-5 70-6 70-7 70-7 N 70-8


Tabla 24. COV para ángulo de fase 70/30.

Frecuencia [Hz]

Ángulo de fase COV [%] 70-5 70-6 70-7 70-7 N 70-8


Del mismo modo se presentan las Figuras 47 y 48 para los resultados de viscoelasticidad en

muestras con 100% PAV

Figura 47. Viscoelasticidad para 100% PAV.

0°

10°

20°

30°

40°

2,5E+07

2,5E+08

2,5E+09

0,00001 0,001 0,1 10

Ángulo

de

fase

(δ)

[°C

]

Mó

dulo

din

ámic

o|G

*|

[Pa]

Frecuencia [Hz]

PAV-4 PAV-5PAV-6 PAV-7PAV-8 PAV-9PAV-4 PAV-5PAV-6 PAV-7PAV-8 PAV-9

Figura 48. Black diagram para 100% PAV.

Los resultados de variabilidad para el módulo y el ángulo de fase se presentan en las Tablas 25 y

26:

Tabla 25. COV para módulo 100% PAV.

Frecuencia

[Hz]

Módulo dinámico a corte |G*| [Pa] COV

[%] PAV-4 PAV-5 PAV-6 PAV-7 PAV-8 PAV-9

0,001 9,1,E+07 2,0,E+08 1,5,E+08 1,6,E+08 8,9,E+07 1,5,E+08 31,08% 0,1 2,3,E+08 5,7,E+08 3,9,E+08 4,1,E+08 2,5,E+08 4,2,E+08 32,90% 10 6,2,E+08 1,3,E+09 1,0,E+09 1,1,E+09 6,7,E+08 1,2,E+09 26,78%

Tabla 26. COV para ángulo de fase 100% PAV.

Frecuencia

[Hz] Ángulo de fase (δ) [°C] COV

[%] PAV-4 PAV-5 PAV-6 PAV-7 PAV-8 PAV-9 0,001 2,0,E+01 2,0,E+01 1,9,E+01 2,0,E+01 2,2,E+01 2,1,E+01 5,20% 0,1 2,3,E+01 2,3,E+01 2,2,E+01 2,3,E+01 2,4,E+01 2,5,E+01 4,98% 10 2,2,E+01 1,9,E+01 2,0,E+01 2,0,E+01 2,2,E+01 2,1,E+01 5,90%

1,0E+06

1,0E+07

1,0E+08

1,0E+09

1,0E+10

15 17 19 21 23 25 27

Mó

dulo

din

ámic

o |G

*| [P

a]


PAV-4PAV-5PAV-6PAV-7PAV-8PAV-9

estudio del impacto del envejecimiento en morteros

Documents