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EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA BAJO CARGA MONOTÓNICA DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA MDC-25 REEMPLAZANDO PARTE DE LA FRACCIÓN GRUESA DEL AGREGADO POR CONCRETO RECICLADO Y ESTABILIZADO CON CAL LINA MARIA LANCHEROS OVALLE RAQUEL RUBIANO MURCIA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA CIVIL BOGOTA D.C. 2020

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EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA BAJO CARGA MONOTÓNICA DE UNA

MEZCLA ASFÁLTICA MDC-25 REEMPLAZANDO PARTE DE LA FRACCIÓN

GRUESA DEL AGREGADO POR CONCRETO RECICLADO Y ESTABILIZADO

CON CAL

LINA MARIA LANCHEROS OVALLE

RAQUEL RUBIANO MURCIA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA CIVIL

BOGOTA D.C.

2020

2

EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA BAJO CARGA MONOTÓNICA DE UNA

MEZCLA ASFÁLTICA MDC-25 REEMPLAZANDO PARTE DE LA FRACCIÓN

GRUESA DEL AGREGADO POR CONCRETO RECICLADO Y ESTABILIZADO

CON CAL

LINA MARIA LANCHEROS OVALLE

RAQUEL RUBIANO MURCIA

PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO PARA OBTENER EL TITULO DE

INGENIERIA CIVIL

ING. HUGO ALEXANDER RONDON QUINTANA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA CIVIL

BOGOTA D.C.

2020

3

Nota de aceptación:

__________________________

__________________________

__________________________

__________________________

__________________________

__________________________

Firma del tutor

__________________________

Firma del jurado

4

CONTENIDO

RESUMEN ............................................................................................................ 10

ABSTRACT ........................................................................................................... 10

INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 12

1. OBJETIVOS ................................................................................................... 19

1.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................. 19

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................... 19

2. MARCO REFERENCIAL ................................................................................ 20

2.1. MARCO CONCEPTUAL .......................................................................... 20

2.1.1. Agregado. .......................................................................................... 20

2.1.2. Agregado grueso – fracción gruesa ................................................... 21

2.1.3. CAL. ................................................................................................... 21

2.1.4. Estabilización. .................................................................................... 24

2.1.5. Generación de residuos de construcción y demolición (RCD). .......... 24

2.1.6. Resolución 472 del 28/02/2017. ........................................................ 27

2.1.7. Resolución 1115 del 26/09/2012. ...................................................... 28

2.1.8. Concreto. ........................................................................................... 28

2.1.9. Concreto Reciclado. .......................................................................... 28

2.1.10. Cemento asfáltico. ............................................................................. 29

2.1.11. Concreto asfáltico. ............................................................................. 29

2.1.12. Mezcla asfáltica densa en caliente MDC-25. ..................................... 30

2.1.13. Diseño de mezcla asfáltica método Marshall. .................................... 32

2.1.14. Porcentaje de Vacíos con Aire en Mezclas Asfálticas Compactadas

Densas y Abiertas I.N.V. E – 736 – 13............................................................ 34

2.1.15. Análisis volumétrico de mezclas asfálticas compactadas en caliente

I.N.V. E – 799 – 13. ........................................................................................ 35

2.1.16. Estabilidad y Flujo de Mezclas Asfálticas en caliente empleando el

equipo Marshall I.N.V. E – 748 – 13. .............................................................. 35

2.1.17. Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas de concreto

asfáltico utilizando la prueba de tracción indirecta I.N.V. E – 725 – 13. ......... 37

5

2.2. ANTECEDENTES .................................................................................... 39

3. METODOLOGÍA ............................................................................................. 49

4. ANALISIS DE RESULTADOS ....................................................................... 55

4.1. CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES ................................................ 55

4.1.1. Agregado pétreo natural .................................................................... 55

4.1.2. Agregado RCA sin estabilizar y estabilizado. .................................... 56

4.1.3. Cemento asfáltico .............................................................................. 62

4.2. DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA DE CONTROL ................................ 63

4.3. EVALUACIÓN RESISTENCIA MEZCLAS ASFÁLTICAS BAJO CARGA

MONOTÓNICA .................................................................................................. 67

4.3.1. Ensayo Marshall (INV. E-748-13). ..................................................... 67

4.3.2. Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas de concreto

asfáltico utilizando la prueba de tracción indirecta – INV E-725-13. ............... 74

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 79

REFERENCIAS ..................................................................................................... 81

6

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Materiales de construcción y demolición más citados en la literatura

(Aldana J., 2012) ................................................................................................... 27

Tabla 2 Requisitos de los agregados para mezclas asfálticas en caliente de

gradación continua. Fuente: Capítulo 4 – artículo 450, Especificaciones generales

de construcción de carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras –

INVIAS. Tabla 450-3 ............................................................................................. 30

Tabla 3 Granulometría mezcla MDC-25. ............................................................... 31

Tabla 4 Ensayos de caracterización a ejecutar sobre el CA 60-70. Fuente: propia

.............................................................................................................................. 50

Tabla 5 Ensayos de caracterización sobre el agregado pétreo. Fuente propia ..... 50

Tabla 6. Caracterización agregado pétreo natural ................................................ 55

Tabla 7. Resultados ensayos INV E-218-13 RCA Estabilizado dosificaciones de

estudio – comparación normatividad INVIAS ........................................................ 59

Tabla 8. Resultados ensayos INV E-238-13 RCA Estabilizado dosificaciones de

estudio – comparación normatividad INVIAS ........................................................ 59

Tabla 9. Resultados ensayos INV E-224-13 RCA Estabilizado dosificaciones de

estudio – comparación normatividad INVIAS ........................................................ 60

Tabla 10. Resultados ensayo INV E-240-13 RCA sin estabilizar, estabilizado

dosificaciones 1:1 y 1:2 ......................................................................................... 60

Tabla 11. Resultados ensayos INV E-227-13 RCA sin estabilizar y estabilizado

dosificaciones de estudio ...................................................................................... 61

Tabla 12. Resultados caracterización cemento asfáltico 60-70............................. 62

Tabla 13. Porcentaje de vacíos, vacíos llenos de asfalto y vacíos en el agregado

mineral .................................................................................................................. 63

Tabla 14. Estabilidad, flujo y relación E/F corregida vs porcentaje CA 60-70 ....... 65

Tabla 15. Consolidado porcentaje de vacíos, vacíos llenos de asfalto y vacíos en

el agregado mineral de las Mezclas de estudio..................................................... 68

Tabla 16. Valor F - Análisis ANOVA porcentaje de vacíos - Va ............................ 70

Tabla 17. Valor F - Análisis ANOVA porcentaje de vacíos llenos de asfaltos - VFA

.............................................................................................................................. 70

Tabla 18. Valor F - Análisis ANOVA porcentaje de vacíos en el agregado mineral -

VMA ...................................................................................................................... 71

Tabla 19. Estabilidad, flujo y relación E/F corregida vs Mezcla de estudio ........... 71

Tabla 20. Valor F – Análisis ANOVA Estabilidad ................................................... 73

Tabla 21. Valor F - Análisis ANOVA Flujo ............................................................. 73

Tabla 22. Valor F – Análisis ANOVA Relación Estabilidad/Flujo ........................... 74

Tabla 23. Resistencia promedio (kPa) Condición Seca Vs. Condición Saturada .. 75

7

Tabla 24. Relación de resistencia a la tensión RRT – Verificación cumplimiento

Especificaciones INVIAS ....................................................................................... 75

Tabla 25. Valor F – Análisis ANOVA Tracción Indirecta - Condición seca ............ 77

Tabla 26. Valor F – Análisis ANOVA Tracción Indirecta - Condición saturada ...... 78

8

LISTA DE GRAFICOS

Gráfico 1. Franja granulométrica MDC-25 ............................................................. 32

Gráfico 2. Resultados gravedad específica bulk - RCA sin estabilizar y estabilizado

con dosificaciones de estudio ................................................................................ 56

Gráfico 3. Resultados % Absorción - RCA sin estabilizar y estabilizado con

dosificaciones de estudio ...................................................................................... 57

Gráfico 4. Resultados gravedad específica bulk - RCA sin estabilizar y estabilizado

con dosificaciones de estudio - AJUSTE RESULTADOS Y PROMEDIO .............. 57

Gráfico 5. Resultados porcentaje Absorción - RCA sin estabilizar y estabilizado

con dosificaciones de estudio - AJUSTE RESULTADOS Y PROMEDIO .............. 58

Gráfico 6. Resultados porcentaje pérdida RCA sin estabilizar y estabilizado con

dosificaciones de estudio - Ensayo Máquina De Los Ángeles .............................. 59

Gráfico 7. Evolución de la viscosidad con la temperatura ..................................... 62

Gráfico 8. Representación gráfica porcentaje de vacíos en función del porcentaje

de contenido de asfalto ......................................................................................... 63

Gráfico 9. Representación gráfica porcentaje de vacíos llenos de asfalto en función

del porcentaje de contenido de asfalto .................................................................. 64

Gráfico 10. Representación gráfica porcentaje de vacíos en agregado mineral en

función del porcentaje de contenido de asfalto ..................................................... 64

Gráfico 11. Estabilidad mezclas asfálticas en función del porcentaje de contenido

de asfalto ............................................................................................................... 65

Gráfico 12. Flujo mezclas asfálticas en función del porcentaje de contenido de

asfalto .................................................................................................................... 66

Gráfico 13. Relación Estabilidad/Flujo mezclas asfálticas en función del porcentaje

de contenido de asfalto ......................................................................................... 66

Gráfico 14 Resultados porcentaje de vacíos Mezclas de Estudio ......................... 69

Gráfico 15. Resultados vacíos llenos de asfalto - VFA mezclas de estudio (%).... 69

Gráfico 16. Resultados vacíos en el agregado mineral - VMA mezclas de estudio

(%) ......................................................................................................................... 70

Gráfico 17. Resultados Estabilidad mezclas asfálticas de estudio ........................ 72

Gráfico 18. Resultados Flujo mezclas asfálticas de estudio .................................. 72

Gráfico 19. Resultados Relación Estabilidad/Flujo mezclas asfálticas de estudio 73

Gráfico 20. Resultados resistencia promedio grupo especímenes condición seca 76

Gráfico 21. Resultados resistencia promedio grupo especímenes condición

saturada ................................................................................................................ 76

Gráfico 22. Resultados resistencia promedio grupo especímenes condición seca

versus condición saturada ..................................................................................... 77

9

LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1 CARACTERIZACIÓN DEL CEMENTO ASFÁLTICO

ANEXO 2 CARACTERIZACIÓN Y ENSAYOS AGREGADO RCA

ANEXO 3 ENSAYOS MEZCLA DENSA EN CALIENTE MDC-25

10

RESUMEN

A lo largo del tiempo se ha estudiado la viabilidad del uso de materiales diferentes

a los agregados pétreos de canteras para la elaboración de mezclas asfálticas

(empleadas para la construcción de vías en pavimentos flexibles), dentro de los

cuales se ha identificado el reciclado de concreto como un posible material cuyo

auge se ha presentado recientemente. Este material posee buenas y malas

características para ser empleado como agregado dentro de las mezclas. Como

factores negativos más relevantes se reportan la alta porosidad de las partículas del

Agregado de Concreto Reciclado (RCA – Siglas en inglés) la cual genera un mayor

consumo de asfalto y menor resistencia al desgaste por abrasión y al fracturamiento

que desarrollan debido principalmente al mortero adherido a dichas partículas. Por

lo anterior, se empleó en el presente estudio, un material estabilizante, en este caso

la cal hidratada (elaborando lechadas de cal constituidas en dos dosificaciones

cal:agua 1:1 y 1:2), para cubrir los vacíos superficiales de las partículas y del mortero

adherido al RCA. En el presente estudio se observó el comportamiento funcional

del RCA estabilizado con cal al ser empleado como sustituto de una fracción del

agregado grueso de origen natural dentro de una mezcla asfáltica densa en caliente

MDC-25 (Instituto Nacional de Vías - INVIAS, 2013, artículo 450). Esta

granulometría fue escogida debido a que es la más utilizada para construir capas

de base asfáltica en pavimentos flexibles. Adicionalmente, esta mezcla permite

sustituir agregados pétreos de mayor tamaño en comparación con mezclas del tipo

MDC-19 y MDC-10.

Este análisis de comportamiento funcional se realizó por medio de dos ensayos

básicos: Marshall (INV. E-748-13) y tracción indirecta (INV. E-725-13). Los

resultados obtenidos de las mezclas MDC-25 que empelaron RCA estabilizado con

cal (dosificaciones cal:agua 1:1 y 1:2) fueron comparados con aquellos obtenidos

sobre la mezcla que emplea agregados de origen natural (denominada mezcla de

control) y la mezcla cuya sustitución fue realizada por material RCA sin

estabilización.

ABSTRACT

Over time, the feasibility of using materials other than stone quarry aggregates to

produce asphalt mixtures (construction of roads in flexible pavements) has been

studied, within which concrete recycling has been identified as a possible material

whose boom has occurred recently. This material has both good and bad

characteristics for use as aggregate in mixtures. The most relevant negative factors

are the high porosity of the Recycled Concrete Aggregate (RCA) particles, which

11

generate a higher consumption of asphalt and a lower resistance to wear and tear

by abrasion and fracture, mainly due to the mortar adhered to these particles. In

addition to the above, a stabilizing material was used in this study, in this case

hydrated lime (making lime slurries made up of two doses lime: water 1:1 and 1:2),

to cover the surface voids of the particles and mortar adhered to the RCA. In this

research, the functional behavior of RCA stabilized with lime was observed when it

is used as a substitute for naturally occurring coarse aggregate within a dense hot

mix asphalt MDC-25 (INVIAS, 2013, article 450). This granulometry was chosen

because it is the most used for building asphalt base layers in flexible pavements.

Additionally, this mix allows the substitution of larger stone aggregates compared to

mixtures of the MDC-19 and MDC-10 type.

This functional behavior analysis was carried out through two basic tests: Marshall

(INV. E-748-13) and indirect traction (INV. E-725-13). The results obtained from the

MDC-25 mixes using stabilized RCA and lime (doses lime: water 1:1 and 1:2) were

compared with those obtained from the mix using naturally occurring aggregates

(called the control mix) and the mix which was replaced by non-stabilized RCA

material.

12

INTRODUCCIÓN

MOTIVACIÓN

Las altas cantidades de desechos generados por el proceso constructivo de las

estructuras y su posterior demolición es uno de los grandes problemas que enfrenta

la industria de la construcción hoy en día. Por lo anterior, se ha contemplado

emplear estos desechos y/o productos en una segunda tarea, es decir, reutilizar

dicho material; caso tal es el agregado reciclado del concreto (por sus siglas en

inglés, RCA), el cual se ha venido empleando dentro de la estructura del pavimento

asfáltico como estabilizador de la subrasante, como afirmado y/o como material de

conformación de las capas inferiores a la capa asfáltica (base y/o subbase). Sin

embargo, para incrementar y potencializar el uso de estos residuos de concreto, se

considera viable su utilización dentro del diseño de mezclas asfálticas.

El problema descrito anteriormente se puede observar desde tres puntos de vista:

económico, técnico y ambiental.

ECONÓMICO:

La mayoría de los residuos de construcción y demolición, se disponen en los

mismos rellenos sanitarios que se utilizan para eliminar los residuos sólidos

municipales o urbanos. Adicionalmente, se identificó que los residuos generados

por la construcción y demolición estaban alcanzando la misma cantidad de los

residuos comunes. Sumado a lo anterior, la escasez del espacio disponible para los

sitios de disposición y el aumento en los costos de la protección ambiental

involucrada en la ingeniería y gestión de vertederos modernos, hace necesario

establecer una acción para reutilizar o reciclar éstos residuos, lo cual reduciría la

proporción que va al relleno sanitario y/o sitio de disposición; tal como lo plantea la

Comisión Europea, para así aliviar las presiones sobre la eliminación de los RSU

(residuo sólido urbano) y respetando la jerarquía de residuos y prácticas de gestión

establecidas en la Directiva marco sobre residuos (75/442 / CEE, enmendada por

91/156 / CEE) y el Quinto Programa de Acción Ambiental. 1

Adicionalmente, se ha identificado que, el uso de materiales reciclados ha sido

aplicado principalmente por el cumplimiento de normatividad ambiental (como por

ejemplo la resolución 0472 del 28 de febrero de 2017 – artículo 19), que requieren

un manejo óptimo de los residuos de construcción y demolición y su reciclaje o

reutilización en un porcentaje mínimo dentro de las actividades constructivas a

1 SYMMONDS GROUP LTD (United Kingdom); EUROPEAN COMMISSION. Construction and

demolition waste management practices and their economic impacts. pág. 17.

13

ejecutar; sin embargo, no se evalúa el beneficio tanto ambiental como económico

que puede producir emplear estos residuos dentro de un proyecto.

Por ejemplo, dentro del Report to DGXI, European Commission Construction and

Demolition Waste Management Practices, and Their Economic Impacts, se

establece la ecuación (1):

𝑄𝑝 + 𝑇𝑞 > 𝐸𝑟 + 𝑅𝐶𝑝 + 𝑇𝑟 (1)

En la cual:

Qp = Precio del producto de nueva cantera en la puerta de la cantera

Tq = Coste de transporte de la cantera al sitio.

Er = cualquier costo adicional creado mediante el uso de agregados

derivados de los residuos de construcción y demolición.

RCp = Precio del producto reciclado en la puerta del centro de reciclaje

Tr = Costo de transporte del centro de reciclaje al sitio

Ecuación que plantea que, sin importar las condiciones, el precio de emplear

material extraído de cantera o producto nuevo (sumatoria de los costos Qp y Tq),

siempre va a ser superior al costo que conlleva emplear material reciclado en el

proyecto (sumatoria de costos Er+RCp+Tr).

TECNICO

Para usar el RCA en una mezcla asfáltica es necesario evaluar sus propiedades e

identificar los problemas que presenta este material. Hyun, An y Youn2, usan el RCA

como material de relleno para las tuberías empleando el método de precipitación

acelerada de calcita, teniendo en cuenta que éste ha sido uno de los principales

problemas de su uso para este campo. Dicha precipitación es a causa de una mayor

porosidad presente en el RCA como consecuencia del mortero adherido a las

partículas de agregado pétreo, la cual genera un mayor porcentaje y/o contenido de

vacíos, disminuyendo la gravedad específica, aumentando su porcentaje de

absorción y afectando directamente su degradación y generación de finos durante

los procesos de manejo de estos agregados tales como transporte, almacenamiento

o colocación. Ahora bien, atacando este problema principal del RCA (el mortero

adherido), Artoni et al.3 realizó un comparativo de la resistencia a la fragmentación

entre el agregado natural y el RCA para diferentes tamaños (3/8” y 1/2"); sometiendo

el RCA a diferentes números de revoluciones en la máquina del ensayo de

2 HYUN NAM, Boo; AN, Jinwoo y YOUN, Heejung. Accelerated calcite precipitation (ACP) method

for recycled concrete aggregate (RCA). Construction and Building Materials 2016; 125:749-756. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.08.048 3 ARTONI, Riccardo, et al. Resistance to fragmentation of recycled concrete aggregates. Materials

and Structures 2017; 50:11. Disponible en: DOI 10.1617/s11527-016-0900-y

14

resistencia de abrasión realizando los ensayos de máquina de los ángeles y

gravedad específica, observando lo siguiente: después de un número dado de

revoluciones, las características del RCA se van asemejando a las del agregado

natural, esto quiere decir que a medida que el material es expuesto a mayor número

de revoluciones, su resistencia y densidad aumentan, y la absorción llega a ser

similar a la del material natural. También denotan que el mortero se encuentra en

mayor cantidad en fracciones más finas (cuanto menor el tamaño de partículas,

mayor el contenido de mortero).

En efecto, lo anterior indica que la cantidad de mortero adherido influye sobre el

comportamiento del RCA; esto es soportado en el estudio realizado por Sánchez de

Juan y Gutiérrez4, en el cual se buscó establecer la cantidad límite del mortero

adherido para ser usado como agregado estructural (en mezclas de concreto

hidráulico o asfáltico). El contenido de mortero varía dependiendo del método a

utilizar, de tres posibles métodos: ataque de ácidos, hormigón coloreado y térmico

Los autores eligieron el tratamiento térmico, éste consiste en varios ciclos de remojo

y calentamiento del árido. Una vez realizado el procedimiento, se concluyó lo

siguiente:

• Para que el RCA pueda tener un porcentaje de absorción del 5%, su

contenido de mortero por el método térmico debe ser máximo del 26%.

• Entre menor sea el tamaño de la partícula de RCA, mayor cantidad de

mortero; y entre mayor cantidad de mortero tenga esta partícula, menor

densidad, mayor porcentaje de perdida en el ensayo de máquina de los

ángeles (40%) y mayor contenido de sulfato (1%), este último debido al

cemento.

Lo anterior muestra que la calidad del agregado de concreto reciclado es inferior a

la del agregado natural. Sin embargo, se ha visto la posibilidad de usar RCA dentro

de la fabricación de mezclas asfálticas, tal como lo muestra el artículo de “Overview

of bituminous mixtures made with recycled concrete aggregates”5, el cual menciona

las siguientes variaciones en las características de la mezcla densa en caliente

usando RCA:

• Afecta el valor de la rigidez de la mezcla dependiendo del tamaño sustituido

de RCA: se presentó influencia en el módulo de resiliencia según el tamaño

4 SÁNCHEZ DE JUAN, Marta y GUTIÉRREZ, Pilar Alaejos. Study on the influence of attached mortar

content on the properties of recycled concrete aggregate. Construction and Building Materials 2009; 23:872-877. Disponible en: doi: 10.1016/j.conbuildmat.2008.04.012 5 PASADIN, A.R. y PÉREZ, I. Overview of bituminous mixtures made with recycled concrete

aggregates. Construction and Building Materials 2015; 74:151-161. Pág. 151-156. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.10.035.

15

de agregado; mayor módulo resiliente en el tamaño fino por su angularidad y

menor en el tamaño grueso por la cantidad de mortero.

• Disminuye la resistencia a deformación permanente (flujo). El asfalto es

absorbido por el RCA por lo que no aporta resistencia a la mezcla, generando

mayor consumo de asfalto para su cumplimiento.

• La estabilidad de la mezcla se ve afectada según la fracción reemplazada;

cuando se reemplaza la fracción gruesa es mayor que las mezclas fabricadas

con agregado natural; con el reemplazo del tamaño fino, la resistencia es

menor, y cuando se reemplaza el 100% el agregado natural por RCA,

disminuye más que en todos los anteriores casos, atribuido a la debilidad del

mortero.

• Se ve cumplimiento de vida a la fatiga en todos los porcentajes de

sustituciones de RCA dentro de la mezcla asfáltica.

• Rendimiento contra el agrietamiento a bajas temperaturas. El RCA degrada

la resistencia del asfalto y empeora su rendimiento (se recomienda usar RCA

solo en lugares cálidos), debido en parte a la trituración del agregado

reciclado y su mayor contenido de asfalto.

Lo anteriormente descrito, evidencia que el RCA debe tener un tratamiento previo,

con el objetivo de minimizar la porosidad del agregado para ser empleado en

mezclas bituminosas, disminuyendo el consumo de asfalto y aumentando las

posibilidades de su reutilización.

AMBIENTAL:

Según cifras del DANE6, la industria de explotación de minas y canteras para el año

2019 presentó un aumento de 1,9%. Para el tercer trimestre del 2019 la producción

de agregado natural en el sector de la construcción (edificaciones, vías,

prefabricados, rellenos, filtros y otros) explotado en Colombia, fue de 4,2 millones

de metros cúbicos, una de las más altas desde el año 20177; según boletín de

licencias aprobadas del DANE8, se puede decir que esta cifra ha aumentado debido

al crecimiento de 1,4% en construcciones, especialmente viviendas de interés social

tipo apartamento. “En Colombia la industria de la construcción consume el 40% de

6 Índice de producción industrial (IPI) [online]. Bogotá D.C.: DANE. 17 diciembre 2019 [citado 2 enero

2020]. Pag 7. Disponible en:

https://www.dane.gov.co/files/investigaciones/boletines/ipi/bol_ipi_octubre_19.pdf 7 Agencia Nacional de Minería. Sector minero cerró el tercer trimestre con producción estable y

encaminada hacia la diversificación de minerales [online]. 20 diciembre 2019 [citado 2 enero 2020]. Disponible en: https://www.anm.gov.co/?q=sector-minero-cerro-el-tercer-trimestre-con-produccion-estable-y-encaminada-hacia-la-diversificacion-de-minerales 8 Licencias de construcción (ELIC) [online]. Bogotá D.C.: DANE 13 diciembre 2019 [citado 2 enero

2020]. Pág. 12. Disponible en:

https://www.dane.gov.co/files/investigaciones/boletines/licencias/bol_lic_oct19.pdf

16

la energía; genera el 30% del CO2 y el 40% de los residuos; consume el 60% de

los materiales extraídos de la tierra y adicionalmente desperdicia el 20% de todos

los que son empleados en la obra, según cifras del 2017, del Ministerio de Ambiente

y Desarrollo Sostenible.”9

Por esta misma razón es preocupante la cantidad de diferentes desechos que se

generan en el país (Residuos de construcción y demolición-RCD-, escorias de alto

horno, aceites lubricantes y otros), unos de los más preocupantes son los RCD

porque su acumulación causa agotamiento de los recursos, lixiviación de materiales

peligrosos, vertimientos ilegales y al enterrarse forman una capa impermeable que

no deja crecer la vegetación. Se busca entonces, intentar reutilizar estos diferentes

desechos e incentivar la investigación de su empleo puesto que “Si se logra mejorar

la gestión de los residuos de construcción y demolición (RCD), se disminuye la

afectación ambiental generada por los diversos procesos de explotación de

materiales pétreos en ríos y canteras ubicadas en las periferias de la ciudad”10.

Estos RCD están compuestos en diferentes porcentajes de concreto, ladrillo, loseta,

cerámica, asfalto, madera, vidrios y otros, por lo cual es necesaria su clasificación

para hacer recomendaciones respecto a su uso:

• Agregado Reciclado de Concreto (RCA). Asegura un porcentaje máximo de 5% de

impureza (cerámica, asfalto, plástico, madera, tierra, etc.). Es decir, más del 95%

de su contenido es concreto triturado.

• Agregado Reciclado de Albañilería (RMA). Al menos 90% de su contenido tiene

ladrillo y ladrillo de arena-cal (puede o no estar mezclado con concreto).

• Agregado Reciclado Mixtos (MRA). Consiste en la mezcla de desechos de

construcción y demolición, sobre todo concreto y cerámica.

• Agregados Reciclados de la Construcción y Demolición (CDRA). Agregados

reciclados de los residuos concreto y demolición y escombros que no pueden ir en

las anteriores categorías.

• Reciclado de Pavimento Asfaltico (RAP).

• Reciclado de Tejas de Asfalto (RAS).11

9 ECONOMÍA Y NEGOCIOS. Residuos de construcción: leyes, proyectos y retos [online]. EN: EL

TIEMPO. 25 de octubre 2019 [citado 2 enero 2020]. disponible en:

https://www.eltiempo.com/economia/sectores/proyectos-con-residuos-de-construccion-427024 10 PALOMINO PINZON, Álvaro José y MALDONADO GUINEA, Álvaro Camilo. Sustitución

experimental del agregado grueso de origen pétreo, por agregado grueso producto de residuos de construcción y demolición en la ciudad de Bogotá, para la elaboración de concreto hidráulico. Trabajo de grado Ingeniería civil. Bogotá D.C.: Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica. 2018. Pág. 18. 11 PÉREZ, Ignacio, et al. Critical analysis of the sustainable consumption of bitumen in asphalt

concrete mixtures made with recycled concrete aggregate from construction and demolition debris. Polish Journal of Environmental Studies 2015; 24:1757-1763. Pág. 2.

17

Identificando así que el Agregado Reciclado de Concreto (RCA – Siglas en inglés)

es el material con menor contenido de impurezas, por lo cual el uso de estos

agregados reciclados para la construcción, ha presentado un crecimiento; se ha

podido observar en los estudios realizados para emplear el RCA en mezclas

bituminosas, en los cuales, pese a que se han identificado beneficios medio

ambientales, tales como reducir el impacto ambiental y paisajístico en la extracción

de agregado mineral, generando reducción en la producción de canteras,

disminuyendo el agotamiento de recursos naturales, decrecimiento del impacto

socioambiental causado en el espacio usado por los desechos de construcción y

demolición, evitando la contaminación de suelos y acuíferas cuando estos residuos

no son separados apropiadamente, etc.

Sin embargo, usar el RCA en las mezclas presenta un impacto negativo en el medio

ambiente debido al mayor consumo de asfalto, tal como lo evidencia el estudio de

Polish Journal of Environmental Studies. Vol. 24, abril de 2015 (Concreto asfaltico

hecho con RCA de desechos de construcción y demolición- análisis crítico- España),

en el cual realizan la sustitución del agregado pétreo natural por RCA en diferentes

porcentajes, concluyendo que, entre mayor sea la cantidad de agregado natural

reemplazado por RCA en mezclas bituminosas, mayor es su consumo de asfalto o

betún, lo cual se atribuye al mortero adherido que tiene el RCA presentando alta

porosidad. Al presentarse este mayor consumo, se incrementa la contaminación

causada por la producción de asfalto, la cual se detalla a continuación:

La operación de las plantas de asfalto genera emisiones de gases producto de la

combustión incompleta de derivados de petróleo utilizados para el calentamiento de

la mezcla asfáltica y vapores de sustancias volátiles utilizadas como aditivos en la

mezcla que escapan de los equipos de control de vapores. Estas sustancias se

incorporan a la atmósfera y se convierten en elementos disponibles para la

asimilación por parte de los seres vivos. Por otro lado, la preparación de mezcla

asfáltica involucra la utilización de materiales pétreos, por lo que existe un aumento

de los niveles de emisión de partículas sólidas suspendidas, debido a los

movimientos de esos materiales.12

MÉTODOLOGÍA GENERAL E HIPOTESIS

En el presente estudio se planteó como tratamiento, para mejorar las limitaciones

del RCA (alta absorción y contenido de mortero adherido) sumergirlo en lechadas

de cal:agua empleando cal hidratada CAL85 de Caltek, la cual tiene una densidad

(1,117g/ml) inferior a la del cemento (2,7-3-2 g/ml), lo que permitió plantearlo como

12 HERNANDES MICHACA, José Luis, et al. Impacto ambiental de proyectos carreteros. efectos por

la construcción y conservación de superficies de rodamiento: I pavimentos flexibles. Secretaría de Comunicaciones y Transportes, Instituto Mexicano del Transporte 2001; publicación técnica No. 163. ISSN 0188-7297. Pág. 114.

18

posible material para disminuir la porosidad del mortero adherido a las partículas de

RCA, ya que permitiría una mejor filtración en el mortero. Para corroborar su

elección, se realizó una prueba de adherencia superficial. Una vez elegido el

material estabilizante, se inició el procedimiento de estabilización sumergiendo el

material en las lechadas durante una hora, lavándolo superficialmente y secando al

horno hasta masa constante (24 horas aproximadamente); para reemplazar un

porcentaje de la fracción gruesa del agregado pétreo natural, por RCA sin estabilizar

y estabilizado en una mezcla asfáltica MDC-25.

En caso de verificarse que la técnica evaluada (estabilización de RCA con cal) es

adecuada para el reemplazo del material grueso en la mezcla asfáltica planteada,

se lograría tener una propuesta que ayude a aprovechar parte de los más de 22

millones de toneladas de residuos de construcción que se generan anualmente

según el Ministerio de Ambiente (algo así como 445 mil bultos de cemento gris, cada

uno con un peso de 50 kilogramos, la cantidad aproximada para construir 2.967

viviendas de interés social de 50 metros cuadrados13) en un ámbito de desarrollo

como lo son los proyectos viales, colaborando en el cumplimiento de la meta a nivel

nacional de reutilizar del 2% al 30% en peso, del total de los residuos de

construcción. Caso tal, que se evidencia el funcionamiento de la técnica propuesta,

podría evaluarse la viabilidad de establecer una normatividad para su uso y/o

aplicación en proyectos viales.

13 Hábitat. Ciudades llenas de escombros [online]. EN Catorce6. 14 Julio 2017 [citado 2 enero 2020].

Disponible en: https://www.catorce6.com/actualidad-ambiental/habitat/12015-ciudades-llenas-de-escombros

19

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Medir la resistencia bajo carga monotónica que experimenta una mezcla asfáltica

densa en caliente (MDC-25) cuando se sustituye parte del agregado pétreo de su

fracción gruesa por concreto reciclado estabilizado químicamente con cal hidratada.

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Verificar la influencia que tiene el aditivo químico sobre el concreto reciclado por

medio de ciertos ensayos específicos para material conformante de mezclas

asfálticas comparándolo con el concreto reciclado sin estabilizar, confirmando su

cumplimiento normativo.

Evaluar el comportamiento mecánico que experimentan las mezclas cuando se

sustituye parte de la fracción gruesa del agregado pétreo natural por reciclado del

concreto con y sin estabilización química.

Medir la respuesta bajo carga monotónica (ensayo Marshall – INV. E-748-13,

ensayo tracción indirecta – INV. E-725-13) de las mezclas de estudio; analizando

los determinantes adicionales proporcionados en la ejecución, tales como

estabilidad y flujo y daño por humedad.

Realizar un análisis estadístico ANOVA entre los resultados obtenidos de las

diferentes mezclas asfálticas (agregado pétreo natural, reciclado de concreto

previamente estabilizado y sin estabilizar) conforme a los porcentajes de sustitución.

20

2. MARCO REFERENCIAL

2.1. MARCO CONCEPTUAL

2.1.1. Agregado. Se considera que la definición más acertada y clara es: “Son

materiales granulares sólidos inertes que se emplean en los firmes de las

carreteras con o sin adición de elementos activos y con granulometrías

adecuadas; se utilizan para la fabricación de productos artificiales

resistentes, mediante su mezcla con materiales aglomerantes de activación

hidráulica (cementos, cales, etc.) o con ligantes asfálticos”14.

Con respecto a los tipos de agregado pétreo, estos pueden determinarse de

acuerdo a la procedencia y a la técnica empleada para su aprovechamiento,

por lo que es posible clasificarlos en los siguientes tipos:

a) Agregados Naturales. Son aquellos que se utilizan solamente después de

una modificación de su distribución de tamaño para adaptarse a las

exigencias según su disposición final.

b) Agregados de Trituración. Son aquellos que se obtienen de la trituración

de diferentes rocas de cantera o de las granulometrías de rechazo de los

agregados naturales.

c) Agregados Artificiales. Son los subproductos de procesos industriales,

como ciertas escorias o materiales procedentes de demoliciones, utilizables

y reciclables. En esta clasificación se encuentran los agregados tipo RC&D´s.

d) Agregados Marginales. Los agregados marginales engloban a todos los

materiales que no cumplen alguna de las especificaciones vigentes.15

Los agregados para ser usados en las mezclas asfálticas densas en caliente

(MDC) deben cumplir los requisitos de la tabla 450-3 de las Especificaciones

14 Smith M. R. and L. Collins, 1994, citado por PADILLA RODRIGUEZ, Alejandro. Análisis de la

resistencia a las deformaciones plásticas de mezclas bituminosas densas de la normativa mexicana mediante el ensayo de pista. Tesina, Universitat Politécnica de Catalunya Barcelonatech, 2004, pág. 5. 15 PADILLA RODRIGUEZ, Alejandro. Análisis de la resistencia a las deformaciones plásticas de

mezclas bituminosas densas de la normativa mexicana mediante el ensayo de pista. Tesina, Universitat Politècnica de Catalunya Barcelonatech, 2004, pág. 5.

21

Generales de Construcción de Carreteras del Instituto Nacional de Vías –

INVIAS capítulo 4, articulo 450-13.

2.1.2. Agregado grueso – fracción gruesa. Según el artículo 400-13 de las

Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras del Instituto

Nacional de Vías – INVIAS, en el numeral 400.2 Materiales16, el agregado

grueso y/o fracción gruesa se describe como la porción del agregado retenida

en el tamiz del 4.75 mm (No. 4) es decir, el material correspondiente a la

grava, tal como lo define la Sección 100 – Suelos (INV E-102) de las Normas

de Ensayo de materiales para Carreteras - INVIAS:

Grava: Partículas de roca que pasan el tamiz de 75 mm (3”) de abertura y quedan

retenidas en el tamiz de 4.75 mm (No.4). Presenta las siguientes subdivisiones.

o Gruesa: pasa el tamiz de 75 mm (3”) y queda retenida sobre el tamiz de

19 mm (3/4”).

o Fina: pasa el tamiz de 19 mm (3/4”) y queda retenida sobre el tamiz de

4.75 mm (No.4).17

2.1.3. CAL. Definir el concepto en el ámbito de la construcción ha sido

principalmente en la terminología de acabados y/o estabilizaciones de

suelos, sin embargo, es necesario un concepto más específico en cuanto a

su composición y clasificación, por lo cual se estable que:

La cal es un término genérico que designa todas las formas físicas en las que

puede aparecer el óxido de calcio y el óxido de magnesio (CaO y MgO). Existen

varios tipos de cal; la ilustración 1 (Tipos de cal) las generaliza de la siguiente

forma:

• Cales aéreas: Cales constituidas principalmente por óxido o hidróxido de

calcio que endurecen lentamente al aire bajo el efecto del dióxido de

carbono presente en el aire. En general, no endurecen bajo el agua, pues

no poseen propiedades hidráulicas. Pueden ser cales vivas o cales

hidratadas.

• Cales vivas (Q): Cales aéreas constituidas principalmente por óxido de

calcio y de magnesio, producidos por la calcinación de caliza y/o dolomía.

Las cales vivas tienen una reacción exotérmica en contacto con el agua.

16 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS (INVIAS). República de Colombia, Ministerio de Transporte.

Especificaciones generales de construcción de carreteras. Artículo 400-13. Bogotá D.C. 2013. Numeral 400.2. pág. 400-1 17 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS (INVIAS). República de Colombia, Ministerio de Transporte.

Normas de ensayo para materiales de carreteras. Sección 100. INVE- 102-13. Bogotá D.C. 2013. Numeral 2.1. Pág. E 102-1.

22

Las cales vivas se presentan en distintas granulometrías que van desde

terrones a material finamente molido. Incluyen las cales cálcicas y las cales

dolomíticas.

• Cales hidratadas (S): Cales aéreas, cálcicas o dolomíticas resultantes del

apagado controlado de las cales vivas. Se producen en forma de polvo

seco, de pasta o de lechada.

• Cales cálcicas (CL): Cales constituidas principalmente de óxido de calcio o

de hidróxido de calcio, sin adición de materiales puzolánicos o hidráulicos.

• Cales dolomíticas (DL): Cales constituidas principalmente por óxidos o

hidróxidos de cal y de magnesio, sin adición de materiales puzolánicos o

hidráulicos.

• Cales dolomíticas semihidratadas: Cales dolomíticas hidratadas,

constituidas principalmente por hidróxido de calcio y por óxido de

magnesio.

• Cales dolomíticas totalmente hidratadas: Cales dolomíticas hidratadas

constituidas principalmente por hidróxido de calcio y por hidróxido de

magnesio.

• Cal hidráulica natural (NHL): Cal hidráulica natural es una cal con

propiedades hidráulicas, resultando de la cocción de piedras arcillosas o

silíceas (incluyendo la tiza) más o menos calizas, con reducción a polvo

por apagado, con o sin molienda. Tiene propiedades de configuración y

endurece cuando se mezcla con agua y por reacción con dióxido de

carbono del aire (carbonatación). Las propiedades hidráulicas resultan

exclusivamente de la composición química especial de la materia prima

natural. Se permiten hasta el 0,1% de agentes. La cal hidráulica natural no

contiene ningún otro aditivo. Hay tres clases según hidraulicidad.

• Cal hidráulica (HL): Cal hidráulica es una mezcla de cal y otros materiales

como cemento, escoria de alto horno, cenizas volantes, llenante calizo

(carga) y otros materiales adecuados. Tiene la característica de fraguar

bajo el agua. Pero el dióxido de carbono atmosférico también contribuye al

proceso de endurecimiento. No es necesario declarar los ingredientes. Hay

tres clases según hidráulicidad.

• Cal Formulada (FL): Cal formulada es una de cal con propiedades

hidráulicas, compuesta principalmente de cal aérea (CL) o cal hidráulica

natural (NHL) con adición de material puzolánico o hidráulico. Tiene la

característica de fraguar cuando se mezcla con agua y de endurecer

también por reacción con dióxido de carbono del aire (carbonatación).

Aparte del grado de hidráulicidad (FL5, FL3,5, FL2) hay los subgrupos A,

B y C en cada una, según porcentajes de cal libre, que pueden ser más

23

altos en esta cal que en las anteriores, sobre todo si se basa en cal aérea.

Su composición se tiene que declarar en porcentajes en los envases.18

La cal ha sido el principal conglomerante de la construcción en morteros,

revestimientos y pinturas, estabilización de suelos, reducción del índice de

plasticidad de suelos, morteros para cimentación, revestimientos interiores y

exteriores, lechadas, pinturas e impermeabilizantes, elaboración de piezas

en concreto, restauración de monumentos históricos, elaboración de adobes,

y otros. De acuerdo a la empresa CIBAO19 y a la Asociación Nacional de

Fabricantes de Cales y Derivados de España (ANCADE)20, las principales

aplicaciones son:

• La aérea aporta mayor trabajabilidad y flexibilidad debido a una

mayor finura que la hidráulica, pero ésta última tiene mayor

resistencia, tolera las transferencias de humedades y sales

minerales, tiene endurecimiento inicial que la permite ser trabajable

en diferentes ambientes. Proporciona protección contra calores,

hielo y aguas pluviales durante las primeras 72 horas de cura.

Impermeable, más resistente a la compresión, más resistente a sales

minerales y capaz de endurecerse incluso debajo del agua, sin la

presencia de aire.

• Revestimientos exteriores e interiores se realizan con cal hidráulica

natural teniendo en cuenta que presentan mayor resistencia

mecánica, impermeabilidad y mejor respuesta ante factores

ambientales.

• Para lechadas y pinturas se usan lechadas de la cal aérea o

hidráulica para mejorar la adherencia en las superficies a pintar.

Estabilización de suelos y conservación de asfaltos: Los suelos

tratados con estos productos reducen notablemente su índice

plástico y contracción lineal, aumentando el valor relativo de soporte

y resistencia a la comprensión de manera permanente. En las

mezclas calientes de asfalto funciona como un agente anti-

desgarrante, de relleno y modifica la viscosidad, con lo que se logra

18 CYMPER.COM. Tipos de cal utilizadas en la construcción [online], 12 agosto 2015, [citado 19

noviembre 2018]. Disponible en: https://www.cymper.com/blog/tipos-de-cal-utilizadas-en-la-construccion/ 19 CEMENTOS CIBAO. La cal según sus aplicaciones y su uso [online], 25 agosto 2017, [citado 20

noviembre 2018]. Disponible en: https://www.cementoscibao.com/la-cal-segun-aplicaciones-usos/ 20 EUROPEAN LIME ASSOCIATION. Cal hidratada. Un aditivo probado para la durabilidad de los

pavimentos asfálticos [online]. 09 febrero 2011 [citado 20 noviembre 2018]. Disponible en: http://ancade.es/files/publicaciones/documentos/calhidratadaenasfaltos(1).pdf

24

reducir la sensibilidad de la humedad y aumentar el endurecimiento

inicial. Esto evita el envejecimiento prematuro de la carpeta asfáltica.

2.1.4. Estabilización. “La estabilización consiste en agregar un producto químico

o aplicar un tratamiento físico logrando así que se modifiquen las

características de los suelos”21, también se tiene que:

Es la corrección de una deficiencia para darle una mayor resistencia al terreno

o bien, disminuir su plasticidad. Para procesos de estabilización, comúnmente

se emplean los siguientes materiales:

• Cal. Económica para suelos arcillosos (disminuye plasticidad).

• Cemento Pórtland para arenas o gravas finas (aumenta la resistencia).

• Productos asfálticos. Para material triturado sin cohesión (emulsión, muy

usada)

• Cloruro de sodio. Para arcillas y limos (impermeabilizan y disminuyen los

polvos)

• Cloruro de calcio Para arcillas y limos (impermeabilizan y disminuyen los

polvos)

• Escorias de fundición. Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor

resistencia, impermeabilizan y prolongan la vida útil.

• Polímeros. Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor resistencia,

impermeabilizan y prolongan la vida útil.

• Hule de neumáticos. Comúnmente en carpetas asfálticas, dan mayor

resistencia, impermeabilizan y prolongan la vida útil. 22

2.1.5. Generación de residuos de construcción y demolición (RCD). Para tener

mejor conocimiento de la generación de RCD, debemos entender su

definición, las fuentes y causas de su generación y los diferentes tipos.

2.1.5.1. Definición de residuos de construcción y demolición. A pesar de que no

hay una definición establecida para los residuos de construcción y

demolición, a continuación, se plantean algunas de ellas propuestas por

diferentes autores:

21 APUNTES IGENIERIA CIVIL. Forma de estabilización del suelo [online]. Abril 2011 [citado 28

octubre 2018] Disponible en: http://apuntesingenierocivil.blogspot.com/2011/04/formas-de-estabilizacion-del-suelo.html 22 Ibid.

25

• Para Wang, son “residuos que surgen de las actividades de

construcción, remodelación y demolición”.23

• Hao afirma que son “Materiales excedentes derivados de

excavaciones, construcciones civiles y edificios, trabajos en vías,

actividades de remodelación y demolición”.24

• Con Clark tenemos que son “residuos de materiales de construcción,

embalaje y escombros que resultan de las operaciones de

construcción, remodelación, reparación y demolición de casas,

edificios industriales y comerciales, y otras estructuras”.25

• Ekanavake lo define como “cualquier material, aparte de materiales

de la tierra, los cuales necesitan ser transportados a otra parte de los

sitios de construcción o utilizados dentro del sitio de construcción para

propósitos de llenos, incineración, reciclaje, reutilización o

compostaje”.26

• Para Shen son “residuos generados de varias actividades de

construcción incluidas excavación, construcción civil y de edificios,

limpieza de sitios, actividades de demolición, trabajos en vías y

renovación de edificios”.27

• Zhao lo define como “suelo material y otros generados por cualquier

clase de actividades de construcción, incluyendo el desarrollo,

rehabilitación y remodelación de proyectos de construcción”.28

Estas definiciones presentan diferencias debido a los límites que

consideran, ya sea en el proceso de construcción, en cuanto a la actividad

23 WANG, J., et al. Critical success factors for on-site sorting of construction waste: A china study.

Resources, Conservation and Recycling, v 54, (2010) pp 931-936, Citado por: ALDANA J. y Serpell, A. Temas y tendencias sobre residuos de construcción y demolición: un meta-análisis. Revista de la Construcción. 2012; 11. ISSN 0718-915X. Disponible en: http://dx.doi.org/10.4067/S0718-915X2012000200002 24 HAO, J.L.; HILLS, M.J. y HUANG, T. A simulation model using system dynamic method for

construction and demolition waste management in Hong Kong. Construction Innovation, 2007, v 7 (1). Pag. 7-21, Citado por: Ibid. 25 CLARK, C.; JAMBECK, J. y TOWNSEND, T. A review of Construction and Demolition Debris

Regulations in the United States. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 2006, v 36 (2), Pag. 141-186. Citado por: Ibid. 26 EKANAYAKE, L.L. y OFORI, G. Building waste assessment score: design-based tool. Building and

Environment, 2004, v 39 (7), Pag. 851-861, Citado por: Ibid. 27 SHEN, L.Y., et al. Material wastage in construction activities – a Hong Kong survey. Proceedings of the 1st CIB-W107 International Conference – Creating a Sustainable Construction Industry in Developing Countries, 2000, Pag. 125-131, Citado por: Ibid. 28 ZHAO, W.; LEEFTINK, R.B. y ROTTER, V.S. Evaluation of the economic feasibility for the recycling

of construction and demolition waste in China – The case of Chongqing. Resources, Conservation and Recycling, 2009, v 54 (6), Pág. 377-389, Citado por: Ibid.

26

dentro del rubro, estados de la materia o en la perspectiva del ciclo de

vida de los recursos y productos a través del medio edificado. Por lo tanto,

proponemos definir RC&D como lo define Aldana, “cualquier material en

estado líquido, sólido y/o gaseoso que resulta durante el proceso de

extracción de materias primas y producción de materiales y/o servicios

que se utilizan para el medio edificado y su posterior demolición y que

terminan en la atmosfera, en un botadero o en cualquier otro sitio de

disposición legal o ilegal con o sin técnicas apropiadas de manejo”.29

2.1.5.2. Fuentes y causas de generación de residuos de construcción y

demolición. Es importante conocer las fuentes de generación de residuos

de construcción puesto que como dice Bossink, “son principalmente

errores humanos en diseños, adquisiciones, manipulación de materiales,

operación, residuales y otros”.30

Las causas de generación de residuos de construcción y demolición pueden

presentarse, en su gran mayoría, en dos etapas del ciclo en desarrollo de los

proyectos: diseño y construcción.

Si bien las fuentes y causas que más se reportan se dan en las etapas de

diseño y construcción, dentro del ciclo de vida del proyecto, existen otras

etapas en las que también se pueden generar una buena cantidad de

residuos como lo son la de operación y término de la vida útil y su posterior

demolición del medio edificado. Estas últimas etapas llegan a cobrar más

importancia en cuanto al volumen potencial de residuos considerando los

escases de los espacios aptos para la construcción donde se tendrán que

derribar estructuras concebidas y que tendrán que ser renovadas cuando

lleguen a su vida útil produciendo una gran cantidad de residuos de

construcción y demolición.31

29 ALDANA J. y Serpell, A. Temas y tendencias sobre residuos de construcción y demolición: un

meta-análisis. Revista de la Construcción. 2012; 11. ISSN 0718-915X. Disponible en: http://dx.doi.org/10.4067/S0718-915X2012000200002 30 BOSSINK, B. Construction Waste: Quantifi cation and Source Evaluation. Journal of construction

Engineering and management. (1996), Citado por: ALDANA J. y Serpell, A. Temas y tendencias sobre residuos de construcción y demolición: un meta-análisis. Revista de la Construcción. 2012; 11. ISSN 0718-915X. Disponible en: http://dx.doi.org/10.4067/S0718-915X2012000200002 31 ALDANA, Op cit.

27

2.1.5.3. Tipos de residuos de construcción y demolición. Existen diferentes

materiales que se utilizan en la construcción y que no tienen un

aprovechamiento del 100%. En la Tabla 1 se presentan los materiales

que más se reportan en la literatura como residuos de construcción y

demolición (RCD).32

Tabla 1 Materiales de construcción y demolición más citados en la literatura (Aldana J., 2012)

Material Número de citaciones

Hormigón 55

Madera 45

Ladrillos 42

Plástico 26

Metal 25

Acero 22

Placas de yeso - cartón 20

2.1.6. Resolución 472 del 28/02/2017. “Por la cual se reglamenta la gestión

integral de los residuos generados en las actividades de construcción y

demolición – RCD y se dictan otras disposiciones”33

En la cual, en consecuencia del incremento en la generación de RCD y a su

inadecuada gestión (para la respectiva reducción, aprovechamiento y

reciclaje); plantea disposiciones encaminadas al fortalecimiento de la misma,

siendo aplicable a cualquier tipo de persona (natural o jurídica) que pudiese

generar, recolectar, transportar, almacenar, aprovechar y disponer RCD.

Lo anterior, mediante lo establecido en el capítulo 5 de la resolución en el

cual se relacionan las obligaciones de todos los actuantes en la gestión

integral del RCD, particularmente en el artículo 19, metas de

aprovechamiento de RCD, en el cual se exige un porcentaje mínimo del 2%

(pequeños generadores) de RCD en función de la cantidad de materiales

usados en obra.

32 Ibid. 33 COLOMBIA. MINISTERIO DE AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE. Resolución 472 (28,

febrero, 2017). Por la cual se reglamenta la gestión integral de los residuos generados en las actividades de construcción y demolición – RCD y se dictan otras disposiciones. Bogotá D.C., 2017.

28

2.1.7. Resolución 1115 del 26/09/2012. “Por medio de la cual se adoptan los

lineamientos Técnico - Ambientales para las actividades de aprovechamiento

y tratamiento de los residuos de construcción y demolición en el Distrito

Capital”34.

La presente resolución tiene una modificación, muestra que desde el 2013 cada obra se ve obligada a la reutilización de desechos reciclados. De lo contrario la empresa debe demostrar las razones por las cuales no es posible reutilizar dicho material. La obra debe tener un control especifico de la cantidad y tipos de desechos que general ésta misma y mantener informado a la Secretaría Distrital de Ambiente. El inventario es mensual y debe contener varios puntos específicos; adicionalmente se debe hacer la debida separación según sus características técnicas antes de entregarlo a los gestores y transportarlos a sus debidos lugares de acopio. También especifica las obligaciones donde se realiza el tratamiento o aprovechamiento de los RCD, de igual forma los transportadores tienen sus obligaciones. La calidad del material reciclado debe cumplir las especificaciones necesarias según el caso para poder ser usado.

2.1.8. Concreto. Según el título C de la NSR10, concreto se define como “mezcla

de cemento Portland o cualquier otro cemento hidráulico, agregado fino,

agregado grueso y agua, con o sin aditivos”.35

2.1.9. Concreto Reciclado. Teniendo en cuenta que es uno de los componentes

principales en los Residuos de Construcción y Demolición, es decir en un alto

volumen, éste se define como:

Concreto proveniente de la demolición de estructuras o del concreto sobrante

de algunos procesos en que muchas veces se solidifica y se dispone como

escombro, se clasifica en grueso o fino. Éste varía según su procedencia, ya

que presenta restos embebidos de acero, plástico, vidrio, madera, etc. Su

obtención generalmente sigue los siguientes pasos:

a. Separación de los contaminantes. Los contaminantes pueden ser el material

embebido ya descrito, asfalto, ladrillo, selladores de juntas, y todo aquello

diferente al concreto.

34 COLOMBIA. MINISTERIO DE AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE. Resolución 1115 (22,

septiembre, 2012). Por medio de la cual se adoptan los lineamientos Técnico - Ambientales para las actividades de aprovechamiento y tratamiento de los residuos de construcción y demolición en el Distrito Capital. Bogotá D.C. 2012 35 COMISIÓN ASESORA PERMANENTE PARA EL RÉGIMEN DE CONSTRUCCIONES SISMO

RESISTENTES. Reglamento Colombiano De Construcción Sismo Resistente NSR-10. Título C. Capitulo C.2. pág. C-28

29

b. Ruptura y transporte, se transporta en vehículos de carga a la planta de

trituración.

c. Trituración de fragmentos. Varía según la maquinaria utilizada, las

trituradoras más usadas son tipo cono, de mandíbula entre otras. 36

2.1.10. Cemento asfáltico. Utilizado para pavimentos flexibles, el INVIAS lo

define como “El cemento asfáltico es un producto bituminoso semisólido a

temperatura ambiente, preparado a partir de hidrocarburos naturales

mediante un proceso de destilación, el cual contiene una baja proporción de

productos volátiles, posee propiedades aglomerantes y es esencialmente

soluble en tricloroetileno.”37 En la tabla 410-1 del capítulo 4 del INVIAS, se

observan las especificaciones de este cemento.

2.1.11. Concreto asfáltico. Mezclas utilizadas para realizar pavimento

flexible, cuya definición, según Rondón Quintana, es:

En Colombia estas mezclas son conocidas como MDC (Mezclas Densas en

Caliente), MSC (Mezclas Semidensas en Caliente), MGC (Mezclas Gruesas

en Caliente) y MAM (Mezclas de Alto Modulo) (Invias, 2013, art. 450-13). De

acuerdo con el IDU (2011, art. 510) la nomenclatura mencionada

anteriormente cambia por MD, MS, MG Y MAM respectivamente.

Internacionalmente son conocidas como mezclas HMA. Son mezclas que

presentan agregados pétreos con granulometría bien gradada y con tamaños

de partículas sólidas diferentes (gravas, arenas, finos, llenante mineral),

mezcladas con cemento asfaltico. Estas mezclas deben fabricarse,

extenderse y compactarse a alta temperatura (Fabricarse entre 140 y 190 ºC

aproximadamente, dependiendo de la viscosidad del asfalto). Se

caracterizan por presentar un bajo contenido de vacíos con aire en volumen

(entre 3% a 9% por lo general) son mezclas de alta calidad, las cuales

pueden ser utilizadas para conformar cualquier subcapa dentro de la capa

asfáltica (rodadura, base intermedia o base asfáltica).38

36 ARGOS 360 EN CONCRETO. Agregados Reciclados: ¿Qué y Para Qué? [online]. 19 noviembre

2013, [Consultado 9 abril 2019]. Disponible en: https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/agregados-reciclados-que-y-para-que 37 INVIAS, Op cit., Artículo 410 – 13. Numeral 410.2.1. pág. 410-1 38 RONDON QUINTANA, Hugo Alexander y REYES LIZCANO, Fredy Alberto. Pavimentos:

Materiales, Construcción y Diseño. Mezclas asfálticas. Bogotá D.C. Ecoe Ediciones, 2015. Pág. 56. ISSBN 978-9158-771-175-2

30

2.1.12. Mezcla asfáltica densa en caliente MDC-25. Tipo de mezcla

asfáltica en caliente de gradación continua (concreto asfáltico), clasificada de

acuerdo a su granulometría.

• MATERIALES CONFORMANTES: Agregados pétreos y llenante

mineral: Deben cumplir las especificaciones establecidas en el

artículo 400.2.1 de las Especificaciones generales de construcción de

carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras del

Instituto Nacional de Vías – INVIAS, capítulo 4 Pavimentos Asfálticos

y requisitos de calidad establecidos en el artículo 400.5.3, de acuerdo

al requisito de nivel de tránsito de la vía a construir y el tipo de capa.

Estos requisitos se relacionan en la tabla 2.

Tabla 2 Requisitos de los agregados para mezclas asfálticas en caliente de gradación continua. Fuente: Capítulo 4 – artículo 450, Especificaciones generales de construcción de

carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras – INVIAS. Tabla 450-3

Continúa

31

Tomada de: Capítulo 4 – artículo 450, Especificaciones generales de construcción de

carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras - INVIAS

Ahora bien, dependiendo del tipo de mezcla el agregado posee una

gradación específica, la cual se debe encontrar dentro de las franjas

granulométricas para mezclas asfálticas en caliente de graduación

continua (tabla 450-6, Capítulo 4 – artículo 450, Especificaciones

generales de construcción de carreteras y normas de ensayo para

materiales de carreteras – INVIAS). Para el presente estudio, se

llevará a cabo el análisis de la mezcla densa en caliente MDC-25,

para la cual tenemos la franja granulométrica establecida en la tabla

3:

Tabla 3 Granulometría mezcla MDC-25.

TIPO DE

MEZCLA

TAMIZ (mm/U.S. Standard)

37.5 25 19 12.5 9.5 4.75 2.00 0.425 0.180

0.075

1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” No.4 No.10 No.40 No.80

No.200

% PASA

DENSA MDC-25 - 100 80-

95

67-

85

60-

77

43-

59 29-45 14-25 8-17

4-8

Fuente: Elaboración propia

32

En el gráfico 1 se muestra la representación gráfica de dicha franja

granulométrica: Gráfico 1. Franja granulométrica MDC-25

Fuente: Elaboración propia

• MATERIAL BITUMINOSO: Seleccionado en función de: las

características climáticas de la zona, tipo de capa (rodadura,

intermedia y de base) y condiciones de operación de la carretera, el

cual puede ser asfalto convencional o asfalto modificado con

polímeros.

2.1.13. Diseño de mezcla asfáltica método Marshall. Conforme a la Norma

de Ensayo para materiales de carreteras del INVIAS INV E-748-13, este

diseño consiste en la fabricación de probetas cilíndricas de mezcla asfáltica,

de 4“de diámetro y una altura nominal de 2 ½”, las cuales pueden ser

empleadas para la determinación de estabilidad y flujo de la mezcla, análisis

de densidad y vacíos, resistencia a la tensión indirecta, fatiga, creep y módulo

resiliente entre otros.

Se realiza el procedimiento de elaboración de probetas descrito en el numeral

5 de la norma INV E-748-13, en el cual se relaciona:

1. Número de probetas: Preparación de un número mínimo de tres

probetas por cada contenido de asfalto (incrementos del 0,5% entre

ellos), de manera que el resultado obtenido sea de un contenido

óptimo.

2. Cantidad de materiales: Para cada probeta se requieren

aproximadamente 1200 g de ingredientes; por lo tanto, para una serie

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25

PO

RC

ENTA

JE P

ASA

ABERTURA TAMIZ (mm)

LÍMITE SUPERIOR

LÍMITE INFERIOR

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de muestras de una gradación dada (en este caso MDC-25), es

conveniente disponer de aproximadamente 23 kg de agregados y

alrededor de 4 litros de cemento asfáltico. Adicionalmente, se requiere

una cantidad extra para el análisis granulométrico y determinación de

gravedades específicas.

3. Preparación de los agregados: Deberán secarse a una temperatura

constante, para posteriormente ser tamizados y separados en

fracciones de diferentes tamaños. Generalmente y conforme a

recomendación de la norma, se emplean las siguientes porciones:

• 25.0 a 19.0 mm – 1” a 3/4”

• 19.0 a 9.5 mm – ¾” a 3/8”

• 9.5 a 4.75 mm – 3/8” a No. 4

• 4.75 a 2.36 mm – No. 4 a No. 8

• Pasa de 2.36 mm - (Pasa No. 8)

4. Determinación de las temperaturas de mezcla y compactación: La

temperatura a la cual se debe calentar el cemento asfáltico para

elaborar las mezclas deberá ser la necesaria para que presente una

viscosidad de 170 ± 20 cP. La temperatura para la compactación de

las probetas deberá será la correspondiente a una viscosidad del

cemento asfáltico de 280 ± 30 cP.

5. Preparación de mezclas: Es posible realizarlas conforme a la cantidad

requerida para cada probeta o para el juego de tres probetas para

cada porcentaje de ligante. En primera instancia se pesa el material a

emplear de forma que la probeta cuente con la altura y diámetro

requerido, para posteriormente calentar los agregados en una placa

de calentamiento u horno a una temperatura entre el rango

establecido para la temperatura de mezcla y no mayor a 28°C.

Posteriormente, se colocan en un recipiente de mezclado, para

realizar una mezcla en seco de todos los tamaños durante

aproximadamente 5seg, para luego, con ayuda de un cráter en el

centro de la mezcla, realizar el vertimiento de la cantidad requerida de

asfalto, para lo cual los materiales se deben encontrar en la

temperaturas indicadas en el numeral anterior. Deben mezclarse lo

más rápido posible hasta obtener una mezcla completa y homogénea

(aproximadamente 60seg si es sólo una probeta).

Luego, se procede a colocar dicha mezcla en un horno ventilado,

dentro de recipientes metálicos cerrados a una temperatura superior

a la temperatura de compactación.

34

6. Compactación de las probetas: De forma simultánea a la preparación

de la mezcla, se realiza preparación previa del conjunto de molde,

collar, placa base y martillo de compactación limpiándolos y

calentándolos en un baño de agua hirviendo o en el horno a una

temperatura comprendida entre 90-150°C, para posteriormente incluir

el material de mezcla asfáltica por porciones, no sin antes emplear

papel filtro con forma circular en el molde. Luego de colocar la mezcla,

se procede a golpear con la espátula caliente 15 veces en el perímetro

y 10 en el interior a una temperatura mencionada en el numeral 4.

Se pone de nuevo el collar y el conjunto de sujetador sobre el pedestal

de compactación, se coloca otro papel filtro sobre la superficie y se

aplican entre 50 y 75 golpes según se especifique con el tránsito de

diseño, empleando para el martillo una caída de libre de 457,2mm o

18”. Se mantiene el martillo perpendicular a la base del molde durante

la compactación. Se hace lo mismo con la cara invertida de la muestra.

Se deja enfriar la muestra hasta que no produzca deformación al

sacarla, a menos que con ayuda de una bolsa plástica y el extractor

se saque de inmediato del molde, se identifique la muestra y se deje

por una noche reposando.

2.1.14. Porcentaje de Vacíos con Aire en Mezclas Asfálticas

Compactadas Densas y Abiertas I.N.V. E – 736 – 13. Ensayo usado para

la determinación del porcentaje de vacíos ocupados por el aire en las mezclas

asfálticas densas y abiertas compactadas; siendo este uno de los criterios

utilizados tanto en los métodos de diseño y en la evaluación de la

compactación alcanzada en la colocación y compactación de las mezclas

asfálticas.

En el presente estudio se tuvo como objeto determinar el porcentaje de

vacíos para mezclas densas, por lo tanto, se realizó el procedimiento descrito

en el numeral 5.1 de la norma INV E-736-13:

• Determinar la gravedad específica bulk de la mezcla compactada,

mediante el procedimiento descrito en alguna de las normas INV E-

722, INV E-734 o INV E-802.

• Determinar la gravedad específica máxima, según las normas INV E-

735 o INV E-803, sobre una mezcla asfáltica de idénticas

35

características (en cuanto a los agregados y su granulometría, así

como en cuanto al tipo y contenido de asfalto).

Obteniendo con estos dos valores el porcentaje de vacíos con aire en la

mezcla asfáltica compactada respecto al volumen total, con la siguiente

ecuación (2):

𝑉𝐴 = [1 −𝐺𝑏𝑢𝑙𝑘

𝐺𝑚𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎] 𝑥 100 (2)

2.1.15. Análisis volumétrico de mezclas asfálticas compactadas en

caliente I.N.V. E – 799 – 13. Norma que proporciona los procedimientos

para llevar a cabo el análisis volumétrico de especímenes compactados de

mezcla asfáltica en caliente; lo anterior, mediante la determinación de las

siguientes características volumétricas:

• Porcentaje de volumen de vacíos con aire – Va.

• Porcentaje de volumen de vacíos en el agregado mineral – VAM.

• Vacíos llenos de asfalto – VFA

• Volumen efectivo de ligante asfáltico – Vbe

• Contenido de asfalto efectivo

• Relación de polvo

Características obtenidas a partir de la determinación de los porcentajes, en

masa, de cemento asfáltico y agregado pétreo empleado en la elaboración

de la mezcla. Seguido a lo anterior, se calculan las gravedades: específica

del cemento asfáltico y gravedades específicas bulk del agregado grueso y

fino de la mezcla de forma individual, para así obtener la gravedad específica

del agregado combinado con la mezcla; posteriormente, las gravedades:

específica máxima de la mezcla (INV E-735 o INV E-803), específica bulk de

cada espécimen, específica efectiva del agregado pétreo; para así

determinar dichas características con las fórmulas relacionadas en el

numeral 4 de la norma (sub numerales 4.4, 4.7, 4.8, 4.9. 4.10, 4.11, 4.12,

4.13 y 4.14).

2.1.16. Estabilidad y Flujo de Mezclas Asfálticas en caliente empleando

el equipo Marshall I.N.V. E – 748 – 13. Ensayo usado para conocer la

resistencia a la deformación plástica de especímenes cilíndricos de mezclas

asfálticas para pavimentos. Es empleado para mezclas que tengan cemento

asfaltico y agregados pétreos con tamaño máximo o igual a 1”.

Consiste en la elaboración de probetas cilíndricas de 4 y 2,5 pulgadas de

diámetro y altura respectivamente. Este puede efectuarse de dos maneras,

36

A y B; el método A consiste en emplear un marco de carga con un anillo de

carga y un dial para medir la deformación (flujo) y el método B usa un

registrador de carga-deformación combinado con una celda de carga y un

transductor lineal diferencial variable (TLDV) u otro dispositivo de registro

automático de la deformación.

Con estas probetas también es posible realizar los ensayos de tensión

indirecta, fatiga, creep y módulo resiliente. Si se desea emplear los resultados

para el diseño de mezcla asfáltica, los resultados deben ser obtenidos del

promedio de al menos tres especímenes para cada contenido de ligante

asfáltico.

Los materiales y/o equipos necesarios para el ensayo son los siguientes:

• Dispositivo para moldear probetas.

• Extractor de probetas.

• Martillos de compactación.

• Pedestal de compactación.

• Sujetador para el molde.

• Elementos de calefacción.

• Mezcladora.

• Mordazas.

• Máquina de compresión.

• Medidor de la estabilidad.

• Medidor de deformación (flujo).

• Baño de agua.

• Equipo misceláneo: Bandejas metálicas, recipientes con tapa,

termómetros blindados, balanza, tamices, guantes, crayolas -

marcadores.

Como se relacionó previamente, es necesario realizar probetas con

diferentes contenidos de asfalto, realizando un análisis gráfico de los

resultados de estabilidad, flujo, densidad, vacíos totales con aire y vacíos

totales con asfalto versus estos contenidos, identificando así el contenido

óptimo de asfalto. Posterior a la realización de probetas conforme al

procedimiento descrito en el numeral 5 de la norma INV E-748-13, se procede

a llevar a cabo el ensayo de estabilidad y flujo.

Ensayo de estabilidad y flujo: Se debe realizar dentro de las 24 horas

siguientes a la compactación de probetas. Se colocan las probetas en baño

de agua durante 30-40 minutos o en el horno durante 120-130 minutos,

manteniendo el baño o el horno a una temperatura de 60±1°C.

37

Se limpian las barras guías y el interior de las mordazas, la mordaza debe

tener movimiento libre y debe estar a una temperatura entre 20 a 40°C.

Retirada la probeta del baño, se montan las mordazas, la superior con el

medidor de deformación situándolo en el centro en la prensa. Se aplica la

carga sobre la probeta con la prensa a una rata de deformación constante de

50 ±5mm por minuto (2±0,15” /min) hasta que ocurra la falla, es decir, cuando

ocurra la máxima carga y luego disminuye o decrece (procedimiento máximo

debe tardar 30 segundos).

Si el espesor de la probeta es diferente a 63.5 mm, el valor registrado deberá

ser corregido multiplicándolo por el factor que corresponda a la tabla 748-1

de la especificación, factor de corrección de la estabilidad medida.

El informe deberá contener la siguiente información:

• Tipo de muestra ensayada (laboratorio o núcleo).

• Valor promedio de la máxima carga en Newtons de por lo menos tres

especímenes.

• Valor promedio del flujo en 0,25mm de tres especímenes.

• Temperatura de ensayo.

Adicionalmente, dentro del diseño preliminar de la mezcla asfáltica en

caliente por este método, es necesario realizar la verificación del

cumplimiento de los criterios para el mismo; en este caso, los relacionados

en las tablas 450-10 y 450-11 de las Especificaciones generales de

construcción de carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras

– INVIAS.

2.1.17. Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas de

concreto asfáltico utilizando la prueba de tracción indirecta I.N.V. E –

725 – 13. Ensayo empleado para la preparación y prueba de especímenes

de concreto asfáltico, con el fin de medir el efecto del agua sobre su

resistencia a la tracción indirecta. Permite evaluar el efecto de la humedad

sobre mezclas elaboradas con o sin aditivos mejoradores de adherencia,

sean líquidos o sólidos pulvurentos, como la cal hidratada y el cemento

Portland.

Los equipos y/o elementos a emplear en este ensayo son:

• Elementos para preparación y compactación

• Bomba de vacío o aspirador de agua

• Manómetro o indicador de vacío

38

• Recipiente

• Balanza

• Tres baños de agua

• Prensa Marshall

• Franjas de carga

Posterior a la elaboración de los especímenes de ensayo y/o probetas

conforme a lo descrito en el numeral 5 de la norma I.N.V. E-725-13, se realiza

el procedimiento descrito a continuación:

• Se determina la gravedad específica máxima medida de la mezcla

conforme a la norma INV E-735.

• Se determina la altura de cada espécimen, como se indica en la

norma INV E-744

• Se determina la gravedad específica bulk de los especímenes

compactados, conforme a la norma INV E-733.

• Se calcula el porcentaje de vacíos con aire respecto al volumen total

de cada espécimen (norma INV E-736)

• Se dividen los especímenes en dos subgrupos, de tal forma que el

promedio de los vacíos con aire en los dos sea aproximadamente

igual. Se guarda a temperatura ambiente el subgrupo que va a ser

probado en seco.

• Se satura parcialmente con agua destilada a temperatura ambiente el

subgrupo que va ser probado húmedo.

o Se determina el volumen del espécimen parcialmente

saturado, de acuerdo a la norma INV E-733. Se determina el

volumen de agua absorbida, restando la masa seca en el aire

del espécimen.

o Se calcula el grado de saturación conforme al numeral 7.6.4

de la presente norma.

• Se acondicionan los especímenes parcialmente saturados,

sumergiéndolos en un baño de agua destilada.

• Se mide la altura de los especímenes acondicionados en condición

húmeda, de acuerdo con la norma INV E-744, se determina su

volumen por el método de la norma INV E-733.

• Se ajusta la temperatura del subgrupo conservado en seco,

colocando los especímenes en un baño de agua a 25 ± 1°C durante

20 minutos.

39

• Se determina la resistencia a la tensión de ambos subgrupos

conforme al procedimiento descrito en el numeral 7.11 de la presenta

norma.

2.2. ANTECEDENTES

Según el último boletín del DANE para el 2019; Colombia demostró que aunque

hubiera una disminución del 1% en la fabricación de concreto premezclado respecto

al año 2018, la producción de cemento gris aumentó 2,5% en el 201939; indicando

que la construcción del país sigue en crecimiento. En cuanto a la fabricación de

mezclas asfálticas, el aumento de construcciones de carreteras, calles, caminos,

puentes, carreteras sobreelevadas, túneles y construcción de subterráneos en dicho

material, incrementó en un porcentaje de aproximadamente 11,6% en el 2019 frente

al mismo periodo del año anterior40. Por tanto, la demanda de asfaltó aumentó

39.020 toneladas en el 2019 respeto al 2018 según cifras de ECOPETROL41. Esto

quiere decir que hay también un aumento en la generación de desechos debido a

las nuevas obras. La preocupación de la cantidad de desechos generados por la

construcción y demolición de obras es inquietante, de tal manera que desde el 2017,

varias empresas colombianas han realizado investigaciones para reincorporar al

ciclo económico este material. “constructoras como Colpatria, y fabricantes de

materiales como Cemex y Cementos Argos han creado proyectos especiales para

cumplir con la ley, y además contribuir al medio ambiente”42. Esta gran generación

de desechos de construcción también es evidente en la Unión Europea (U.E.), tal

como lo menciona Eduardo Pavón Gonzáles43, en el año 2017 existía entre un 25%

39 Indicadores económicos alrededor de la construcción (IEAC) [online]. Bogotá D.C.: DANE. 09

diciembre 2019 [citado 2 enero 2020]. Pag 7. Disponible en:

https://www.dane.gov.co/files/investigaciones/boletines/pib_const/Bol_ieac_IIItrim19.pdf 40 Indicador de inversión en obras civiles (IIOC) [online]. Bogotá D.C.: DANE. 13 diciembre 2019

[citado 2 enero 2020]. Pag 12. Disponible en:

https://www.dane.gov.co/files/investigaciones/boletines/obras/bol_obr_civi_IIItrim19.pdf 41 Portafolio. Megaproyectos impulsaron la venta de asfalto de Ecopetrol [online]. EN PORTAFOLIO.

04 septiembre 2019 [citado 2 enero 2020]. Disponible en :

https://www.portafolio.co/negocios/megaproyectos-impulsaron-la-venta-de-asfalto-de-ecopetrol-

533250 42 BOLAÑOS, Laura Fernanda. Los escombros que quedan de las obras también se reciclan [online].

EN La república. 16 agosto 2018 [citado 2 enero 2020]. Disponible en: https://www.larepublica.co/responsabilidad-social/los-escombros-que-quedan-de-las-obras-tambien-se-reciclan-2760303 43 PAVON GONZALES, Eduardo. El Protocolo de gestión de RCD en la UE reúne a los principales

actores del sector en busca de soluciones [online]. EN Profesionales hoy. 30 noviembre 2017 [citado 2 enero 2020]. Disponible en: https://profesionaleshoy.es/demolicion-y-reciclaje/2017/11/30/el-

40

y un 30% de RCD en la U.E., por lo cual el plan 2018/20 promovía que para el año

2020, el 70% de los residuos fueran reutilizados. Debido a este plan de la Unión

Europea y la mencionada preocupación, se han realizado varias investigaciones

para incorporar el RCD y RCA en la economía circular.

Lo anterior ha requerido estudiar la reutilización de residuos de construcción y

demolición (RCD) y agregado reciclado de concreto (RCA) en la fabricación de

concreto hidráulico y asfaltico. Por ello, en el presente capitulo mencionamos

algunos estudios. Primero nos referiremos al uso del RCD y después se

mencionarán los estudios del RCA.

Palomino y Maldonado44 reemplazaron RCD en estado de saturación (estado en el

cual el agregado en su interior se encuentra totalmente lleno de agua además de

tener una superficie totalmente húmeda) en los porcentajes de 50%,75% y 100%,

para la elaboración de concreto hidráulico de 3000 PSI- 21 MPa, con relación agua

cemento (A/C) 0,68, evaluando la resistencia a la compresión de los cilindros a 7,

14 y 28 días. Se concluyó que el concreto tiene mejor resistencia cuando el material

es homogéneo, es decir, cuando se reemplaza el 100% de los agregados naturales

por RCD. Adicionalmente, se observó que saturar el RCD disminuye el material

adherido a las partículas del agregado, mejorando las propiedades mecánicas del

concreto y recomendando la sustitución de 75% para concreto hidráulico. Por otro

lado, los residuos de construcción y demolición (RCD) también son usados en capas

asfálticas de rodadura como lo muestra Rosario et al. 45, que a pesar de su posible

mayor costo debido a su limpieza, manejo, dificultad en la compactación y mayor

consumo de energía al momento de usarlos en mezclas asfálticas; analizaron las

variables de densidad en seco, humedad y deformaciones para verificar su

respuesta y/o capacidad de carga, observaron que la capacidad de carga de éstos

materiales es satisfactoria cumpliendo con los resultados inclusive de una mezcla

asfáltica con agregado pétreo natural, siempre y cuando el agregado reciclado

cuente con una composición equivalente a: 75% concreto reciclado, 20% asfalto

(RAP), 5% cerámica y no posea contenido de impurezas.

Castro y Martínez46 reemplazaron totalmente (100%) el material pétreo natural por

RCD adicionando a la mezcla llenante mineral sostenible (ceniza) y agregaron el

protocolo-de-gestion-de-rcd-en-la-ue-reune-a-los-principales-actores-del-sector-en-busca-de-soluciones/6356 44 PALOMINO PINZON, Álvaro José y MALDONADO GUINEA, Álvaro Camilo. Op. cit. 45 ROSARIO HERRADOR, Rosario, et al. Use of Recycled Construction and Demolition Waste

Aggregate for Road Course Surfacing. Journal of Transportation Engineering 2012;138. ISSUE 2. Disponible en: DOI: 10.1061/(ASCE)TE.1943-5436.0000320. 46 CASTRO VANEGAS, Rafael Ricardo y MARTINEZ MARTINEZ, Jorge Armando. Aprovechamiento

de los residuos de construcción y demolición (RCD) para ser utilizados como agregados en el diseño de mezclas asfálticas en caliente. Ingeniería Civil. Bogotá D.C. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. 2016.

41

cemento asfaltico en diferentes proporciones (desde 4,5% hasta llegar a 6%

variando cada 0,5). La mezcla en estudio fue MDC-19 con cemento asfáltico (CA)

80-100, para nivel de tránsito 3. Se observó que con RCD, la mezcla no cumplía las

especificaciones para este nivel de tránsito a causa de la baja estabilidad y mayor

rigidez de la requerida, la cual indicaba no falla por fatiga a temprana edad; no

obstante, los valores de porcentaje de vacíos (%Va), vacíos en el agregado (VMA)

y vacíos llenos de asfalto (VFA), entran dentro de los parámetros de la norma. Se

concluyó que es posible usar la mezcla para niveles de tránsito 2 (NT2) y no es

recomendable reemplazar el 100% del agregado. Entonces, teniendo en cuento lo

anterior, Ubaque y Rocancio47 sustituyeron el agregado natural por RCD en

proporciones de 100, 40, 30, 20 y 10 por ciento, en una mezcla densa fría

(específicamente MDF 20), determinando que el 100% de reemplazo no cumplía

ningún requisito normativo, el único reemplazo de RCD que cumplía fue para 10%.

De forma adicional, se identificó que en tamaños menores de 1/2" del RCD, se

encuentra punto crítico al desgaste de abrasión.

Para finalizar el análisis del uso del RCD en mezclas asfálticas, Pérez, Pasadin y

Medina48 reemplazaron la fracción gruesa y emplearon como llenantes cal hidratada

y cemento portland, sustituyendo en diferentes proporciones el agregado natural por

RCD; se observó que la cal absorbe mayor contenido de humedad y al parecer

presentó reacción con el mortero del RCD dado que generó decremento o

detrimento en el comportamiento mecánico de las mezclas, adicionalmente, al usar

la cal como llenante, la estabilidad disminuía y la deformación incrementaba al

aumentar el contenido de RCD. En cambio, las mezclas cuyo llenante era cemento,

dejaba la mezcla más rígida que con la cal. Para ambos casos se presentó

disminución de la resistencia a la compresión bajo inmersión. Lo anterior atribuido

principalmente a la porosidad del mortero adherido a las partículas.

Ahora, haciendo referencia al uso del RCA en mezclas de concreto hidráulico, se

encontró estudio realizado por Garzón49, quien reemplazó el 50% y 100% de

agregado pétreo natural por RCA, variando la relación A/C (0,48; 0,53 y 0,58) y

adicionando contenido de cenizas volantes en un 0% y 40% (este último con el

objetivo de disminuir la porosidad y aumentar la impermeabilidad). En éste se

identificó que al reemplazar el 100% del agregado, la mezcla requiere mayor

relación A/C, adicionalmente, en este reemplazo de 100%, los cilindros que

47 UBAQUE BENAVIDES, Sergio Mauricio y ROCANCIO CABREJO, Nancy Viviana. Dosificación

óptima de agregado de aprovechamiento obtenido de la mezcla de agregado pétreo y de triturado del concreto proveniente de RCD para la implementación en asfalto denso en frio. Tecnología en Construcciones Civiles. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Bogotá D.C. 2018. 48 PÉREZ, I; PASADIN, A.R. y MEDINA, L. Hot mix asphalt using C&D waste as coarse aggregates.

Materials and Design 2012; 36:840-846. Disponible en: doi: 10.1016/j.matdes.2010.12.058 49 GARZÓN PIRE, William. Estudio de durabilidad al ataque de sulfatos del concreto con agregado

reciclado. Magister en Construcción. Bogotá D.C. Universidad Nacional de Colombia. 2013.

42

presentaron menor variación de expansión fueron aquellos que tenían relación A/C

de 0,53 sin adicionar cenizas volantes. Por lo anterior, se concluyó que, pese a que

la ceniza volante controla muy bien la expansión, también es un factor indispensable

la relación agua cemento que se utilice.

Pretratando el RCA con un sellamiento como lo hacen Beltrán y Borrego50 con 6

diferentes lechadas pobres (2 variando relación A/C y 4 variando relación

agua/humo de sílice – A/Cen. -) cuyos objetivos principales eran atacar la absorción

y afectar el comportamiento mecánico del concreto, se recubrió el RCA antes de

adicionarlo a la mezcla. El volumen de recubrimiento se estableció basándose en la

granulometría del material para un total de 20kg. La estabilización se realizó por

volumen y la aplicación del tratamiento se ejecutó de manera lenta en un periodo

de tiempo de 10min, sumergidas durante 3 y 7 días. De estos casos, dieron mejores

resultados los tratamientos a los 7 días sumergidos, aumentando la gravedad

específica y disminuyendo la absorción del RCA. El agregado estabilizado con A/C

igual a 1,2 (T3) fue la estabilización que más aumento la gravedad específica, y el

RCA tratado con relación A/Cen. igual a 1 (T2), fue la que más disminuyó la

absorción. Concluyeron que a mayor relación de agua-cementante, menor

absorción y mejor resistencia en los agregados, aumentando esta resistencia el

material sumergido a los 7 días. En cuanto a los concretos realizados, se reemplazó

el 50% de agregado natural con relación A/C 0,59, fallando los cilindros a 7 y 28

días. Determinaron que el asentamiento para todos los tratamientos cumple, pero

las dosificaciones con agregado tratado T3 y T2 tienen menor asentamiento y mejor

resistencia a la compresión.

Como ya se ha mencionado en los capítulos anteriores, se ha visto la importancia

de los estudios acerca de usar el agregado reciclado para incentivar la construcción

sostenible. “El agregado de concreto reciclado (RCA), el agregado de ladrillos

reciclados (RBA), el agregado de vidrio reciclado (RGA), los materiales de

construcción recuperados (RBM) y los desechos de construcción y demolición

(RCD) han sido investigados como agregado usado en mezclas asfálticas. Se

demostró que estos tipos de agregados reciclados podían ser utilizados en la

mezcla asfáltica y presentaron resultados satisfactorios”51. Sin embargo, el uso del

agregado reciclado de concreto (RCA) continúa presentado inconvenientes y/o

falencias dentro de dichas mezclas.

50 BELTRÁN TOBÓN, Gustavo Adolfo y BORREGO SÁNCHEZ, Carlos Daniel. Comportamiento

mecánico de concreto con agregado reciclado tratado con lechadas pobres. Ingeniería Civil. Bogotá D.C. Universidad Javeriana. 2014. 51 ZHU J, et al. Investigation of asphalt mixture containing demolition waste obtained from earthquake-

damaged buildings. Construction and Building Materials 2012; 29:466–75. Disponible en: doi: 10.1016/j.conbuildmat.2011.09.023. pág. 466.

43

Pasadin y Pérez52 en su artículo de resumen sobre mezclas bituminosas con

agregado reciclado de concreto, explican que el mayor problema de éste es el

mortero adherido. Sabiendo que una partícula de RCA se compone de agregado

natural y mortero adherido, se observó que entre ellos difieren en las siguientes

características: edad, composición, porosidad, textura, contenido y espesor. Esto

hace que el mortero tenga una adhesión relativamente débil con el agregado natural

que recubre, degradando las características de la partícula de RCA. En las

conclusiones de varias referencias bibliográficas del artículo referenciado, las

mezclas densas en caliente (MDC) con RCA cumplen con la estabilidad Marshall y

flujo requerido para soportar cargas de tráfico medio-bajo, esto, reemplazando el

agregado natural por RCA en porcentajes de 30 a 50 por ciento (preferiblemente

fracción gruesa debido a que la fracción fina al tener mayor contenido de mortero,

ocasiona perdida general de propiedades del agregado) y teniendo en cuenta un

buen proceso de selección: tipo de agregado natural, origen del RCA, tratamiento y

tipo de mineral utilizado. Además, se observó que el uso del RCA mejora la rigidez

de la mezcla, comprobándose que a altas temperaturas, la rigidez depende del

ligante y a bajas temperaturas, de los áridos; por esta misma razón, usar mezclas

asfálticas con RCA en lugares con bajas temperaturas, empeora el rendimiento

degradando la resistencia. Ahora bien, en el ensayo Marshall la mezcla presenta

fuertes cambios volumétricos al momento de compactarse debido al mortero; este

último también ocasiona mayor consumo de asfalto, el cual es directamente

proporcional al incremento de cantidad del RCA en la mezcla. Este contenido óptimo

de asfalto puede cambiar por tres aspectos: “El tipo de RCA empleado (porcentaje

de impurezas), el tamaño de fracción sustituida (tiene más mortero adherido la

fracción fina que la gruesa) y/o especificaciones técnicas del país (en España 3,5%;

en Florida 5%).”53

El uso de RCA también generó diminución en la densidad de la mezcla y aumentó

su absorción y en el ensayo por susceptibilidad al daño por humedad se evidencia

un mecanismo de fallo asociado a la descomposición del árido atribuido a las

partículas débiles en el mortero, yeso y ladrillo. Así pues, se estableció la necesidad

de realizar un tratamiento y/o estabilización al RCA previo a su utilización dentro de

la mezcla asfáltica.

En varios estudios han planteado diferentes estabilizaciones y/o tratamientos, en la

mayoría de éstos la metodología utilizada para estudiar las mezclas asfálticas con

RCA, fue reemplazar el agregado natural por RCA tratado en diferentes

proporciones, variando el contenido de asfalto y diseñando la mezcla con método

Marshall. Algunos de ellos son:

52 PASADIN, A.R. y PÉREZ, I. 2015 Op cit. 53 PÉREZ, Ignacio, et al. Op cit.

44

• Tratamiento térmico54, cuyo objetivo fue transformar el carbonato de calcio

inherente (calcita) en óxido de calcio (cal libre) a través de un proceso de

calcinación, se realizó para el 45% del RCA sustituido. Investigaron la

factibilidad de la sustitución parcial de agregado pétreo natural, por agregado

reciclado de concreto (RCA) en una mezcla asfáltica en proporciones de 6%,

45% sin tratar y 45% de RCA tratado. Encontraron que el cemento asfaltico

optimo era 5,3%; 6,5% y 7% respectivamente (CA 60-70). Se realizó el

diseño con el método Marshall W3B concluyendo que las tres mezclas

cumplen las especificaciones. Las mezclas que tiene mayor porcentaje de

sustitución lograron mejor rendimiento, y el RCA tratado dio mayor

resistencia denotando que la cal libre producida en el concreto tratado, podría

haber ayudado a mejorar el desempeño de la fluencia. Sin embargo, este

proceso de calcinación dio lugar a una cierta pérdida de masa, así como una

cierta descomposición de los agregados.

• Para verificar el potencial del agregado de concreto reciclado pretratado con

residuos de aceite55 con el objetivo de reducir el consumo de asfalto y mejorar

el desempeño de la mezcla asfáltica, se reemplazó este RCA en una mezcla

MDC. El desempeñó se evaluó con el porcentaje óptimo de asfalto

incorporando un 40% de RCA grueso sin tratar, un 40% de RCA grueso

pretratado, un 20% de RCA agregado fino, un 20% de RCA fino pretratado.

El tratamiento del RCA consistía en tres pasos principalmente: RCA

precalentado en un recipiente de mezcla, el vertimiento de una cantidad

específica de aceite y transferir el RCA tratado al horno y curarlo en un

periodo de tiempo, para posteriormente ser sustituidos. Los resultados

obtenidos mostraron que el pretratamiento del RCA disminuyó el contenido

óptimo de asfalto, el cual disminuyó en mayor medida al aumentar el

porcentaje de reemplazo en la mezcla. Adicionalmente, también mejoró la

vida a la fatiga y rendimiento a la baja temperatura; sin embargo, presentó

un efecto negativo en el daño por la humedad, resistencia a la deformación

permanente y el módulo dinámico.

• El recubrimiento de RCA con pasta de cemento con escoria56, tenía el

objetivo de disminuir la cantidad de vacíos (alta porosidad) y la debilidad del

agregado debido a la trituración que tiene éste al momento de producirlo. El

54 Wong YD y Sun DD, Lai D. Value-added utilization of recycled concrete in hotmix asphalt. Waste

Management 2007; 27:294–301. Disponible en: doi: 10.1016/j.wasman.2006.02.001 55 MA, Jianmin, et al. Potential of recycled concrete aggregate pretreated with waste cooking oil

residue for hot mix asphalt. Journal of Cleaner Production 2019; 221:469-479. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.256 56 LEE, Cheng-Hsiao; DU, Jia-Chong y SHEN, Der-Hsien. Evaluation of pre-coated recycled concrete

aggregate for hot mix asphalt. Construction and Building Materials 2012; 28:66.

45

tratamiento demostró mejora en la abrasión por solidez y resistencia a la

compresión, reduciendo el porcentaje de perdida en la máquina de los

ángeles, en la mezcla aumentando rigidez y menos formación de surcos. Los

mejores resultados se obtuvieron para el recubrimiento de 0,25mm de

espesor. Observaron también que a medida que aumentaba la relación de

espesor, aumentaba la resistencia a la tracción indirecta; sin embargo, esta

resistencia disminuyó a altas temperaturas.

• RCA cubierto de resina de silicona liquida patentada57, el RCA tratado fue

proveniente de los edificios derrumbados del terremoto de Wenchuan, el cual

contenía 28,46% de cerámica y ladrillo, debido a esto, este tratamiento buscó

mejorar la alta absorción y bajar la resistencia a la fragmentación.

Para lograr el pretratamiento, el agregado reciclado grueso (mayor de 4,75

mm) se sumergió en resina de silicona líquida durante 1 hora y se mantuvo

en el horno a 60 °C durante 24 horas para solidificar el recinto de silicona.

La silicona reforzó el RCA disminuyendo la perdida por abrasión y trituración,

esto resulta porque la silicona rellena los poros del RCA y además recubre

su superficie, por lo cual disminuye la absorción y la gravedad especifica

aparente, esta última no resulta conveniente al no cumplir el valor de la

norma. Esta capa de resina de silicona refuerza el agregado reciclado y

dentro de la mezcla mejora la resistencia, absorción, adhesión con el asfalto

y la morfología de la superficie del agregado reciclado; perfeccionando de

manera efectiva la resistencia a la humedad y flexibilidad en bajas

temperaturas. En cuanto a la deformación permanente, el pretratamiento

presenta un efecto negativo en altas temperaturas.

• Introducir las mezclas sueltas en el horno entre 0 a 4 horas a la temperatura

de mezclado antes de la compactación58, cuyo objetivo era mejorar la

resistencia a los daños por humedad, en efecto, se evidenció mejora en esta

resistencia. Se concluyó que, a mayor tiempo de envejecimiento (más tiempo

dentro del horno) y contenido de RCA, mayor era la penetración y/o consumo

de asfalto debido a la porosidad del mortero adherido en las partículas de

RCA. Adicionalmente se identificó que la rugosidad del RCA dificulta la

compactación de la mezcla aumentando el contenido de vacíos.

57 Zhu J, et al. Investigation of asphalt mixture containing demolition waste obtained from earthquake-

damaged buildings. Construction and Building Materials 2012; 29:466–75 58 PASADIN, A.R. y PÉREZ, I. Effect of ageing time on properties of hot-mix asphalt containing

recycled concrete aggregates. Construction and Building Materials 2014; 52:284-293. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.11.050

46

• Al recubrir el RCA con emulsión asfáltica (5% respecto al peso del RCA)

previo de introducirlo a la mezcla59, sustituyendo el agregado pétreo natural

en diferentes porcentajes (específicamente la fracción gruesa) por RCA

recubierto, y variando el cemento asfaltico; se evaluó el desempeño de

resistencia a la acción del agua. Se concluyó que hay baja resistencia al agua

debido a tres factores: bajo contenido de sílice el cual reduce afinidad con el

aglutinante, porosidad debido al mortero adherido y el porcentaje de perdida

en la máquina de los ángeles que puede generar fisuras en la mezcla. Sin

embargo, comparado con la mezcla fabricada con RCA sin tratar, mejora la

resistencia a daños por humedad porque los poros del RCA son tapados y

mejora la trabajabilidad de la mezcla debido a una compatibilidad química

entre el material aglutinante y el RCA. En cuanto a propiedades de la mezcla

como módulo resiliente, resistencia a la deformación permanente y la fatiga

se ven resultados similares a las mezclas sin RCA, connotando un

funcionamiento adecuado del tratamiento.

• El RCA doblemente recubierto (DCRCA)60 para mejorar su resistencia y

durabilidad, se evaluó dentro de una mezcla asfáltica MDC sustituyéndolo en

porcentajes de 0%, 20%, 40% y 60%. La primera capa fue con pasta de

escoria de cemento (CSP) para penetrar los poros más profundos del RCA

con el objetivo de obstruirlos, y la segunda capa con Sika Tite-BE fue

aplicada para sellar dichos poros. Inicialmente se evaluó el espesor óptimo

de la primera capa estudiando 4 diferentes (0,05mm, 0,1mm, 0,2mm y

0,4mm), de los cuales, debido a los resultados escogieron 0,1mm para en

seguida aplicarle la segunda capa con Sika Tite-BE.

Las mezclas con DCRCA según el diseño Marshall, mostraron valores de

estabilidad más altos que RCA sin revestimiento e incluso del agregado

natural. Sin embargo, dichas mezclas requieren mayor porcentaje óptimo de

asfalto; el RCA sin revestir requiere mayor porcentaje que el RCA tratado.

Las mezclas de DCRCA mostraron una aceptable resistencia a la

deformación permanente. Sin embargo, las mezclas con DCRCA siguen

teniendo la deformación que no cumple según norma.

59 PASADIN, A.R. y PÉREZ, I. Mechanical properties of hot-mix asphalt made with recycled concrete

aggregates coated with bitumen emulsion. Construction and Building Materials 2014; 55:350-358. Disponible en: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.01.053 60 KAREEM, Abbaas I; NIKRAZ, Hamid y ASADI, Hossein. Performance of hot-mix asphalt produced

with double coated recycled concrete aggregates. Construction and Building Materials 2019; 205: 425–433. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.023

47

Las mezclas asfálticas hechas con DCRCAs mostraron una mayor vida de

fatiga que la mezcla de control. Esto fue porque mostraron una mejor rigidez,

lo cual demuestra mejor adherencia entre áridos y el betún. Parece que entre

más se añade DCRCA, más larga es la vida de fatiga de la mezcla logrando

un mayor número de ciclos de carga.

La adición de DCRCA no tiene una gran influencia en el módulo dinámico de

la MDC. El DCRCA podría considerarse como agregado alternativo.

• El tratamiento de RCA con cal hidratada previo a su utilización en una mezcla

densa en caliente61 buscaba mejorar su porosidad y reactividad. Se empleó

entonces una lechada de cal hidratada de concentración del 1,5%, para

sumergir el material de RCA por un periodo de 24 horas y posteriormente ser

secado a una temperatura constante de 110°C por un lapso de 4 horas en el

horno para así ser el sustituyente del agregado pétreo natural dentro de la

mezcla, adicionalmente se incluyó polvo de asfalto a la fabricación de la

mezcla. Se realizaron sustituciones del 0%, 20%, 40%, 60%, 80% y 100%

en términos del peso del agregado pétreo natural. Para todas las mezclas se

utilizó el porcentaje óptimo de asfalto de 4,4%.

Se concluyó que el tratamiento con cal hidratada puede mejorar la calidad

mecánica de la superficie del árido, teniendo en cuenta que el emplearlo

dentro de la mezcla aumenta la resistencia y estabilidad; sin embargo, se

genera un aumento en la deformación permanente y en el contenido de

vacíos en consecuencia de la porosidad del mortero adherido.

Adicionalmente, esta alta porosidad del RCA sin tratar genera un mayor

consumo de asfalto, por lo que, al realizar el tratamiento previo, se denotó

una disminución en este consumo. Los valores de VMA evidenciaron que el

RCA tratado tiene un contenido de vacío mayor que el RCA no tratado y los

especímenes tratados tienen mayor gravedad especifica bulk que los RCA

sin tratar, lo que es contradictorio. Esto puede atribuirse a que las partículas

de cal hidratada entran y permanecen principalmente en la región superficial

del agregado tratado.

Se identifica que el tratamiento previo con cal hidratada mejora las

características y/o principales falencias del RCA para ser empelado como

agregado dentro de la mezcla; sin embargo, se recomienda evaluar su uso

en condiciones de cargas livianas o bajas para obtener el máximo

rendimiento.

61 ALBAYATI, Amjad, et al. A sustainable pavement concrete using warm mix asphalt and hydrated

lime treated recycled concrete aggregates. Sustainable Materials and Technologies 2018; 18: e00081. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.susmat.2018.e00081

48

Connotando que en los estudios realizados se reporta en la mayoría de ocasiones

aumento de la resistencia mecánica de las mezclas debido a los materiales

empleados para modificar las propiedades de las mezclas asfálticas, también se

observa la tendencia en los asfaltos modificados de presentar menor susceptibilidad

térmica, mayor resistencia a fluir y rigidez.

49

3. METODOLOGÍA

El presente estudio fue cuantitativo y de carácter experimental, debido a que se

relaciona la causa-efecto entre la estabilización química del RCA y la variación de

la resistencia de las mezclas asfálticas al emplear reciclado de concreto con y sin

estabilización química.

El emplear cal para la estabilización requirió de un análisis empírico al realizar

identificación visual preliminar de su adherencia al agregado (reciclado de

concreto); esto quiere decir que la población corresponde a la mezcla asfáltica

densa en caliente MDC-25, cuya muestra concierne a la fracción gruesa (¾ y ½ de

pulgada) del agregado de la mezcla asfáltica MDC-25.

El alcance del presente estudio fue de tipo cuantitativa, por medio de dos ensayos

básicos ya mencionados (Marshall y tracción indirecta), se analizó la resistencia de

la mezcla densa en caliente MDC-25 reemplazando la fracción gruesa del agregado

pétreo natural, con concreto reciclado sin estabilizar y con concreto reciclado

estabilizado químicamente con cal hidratada (Cal 85 – Producto Caltek) en dos

dosificaciones diferentes de relación cal:agua, 1:1 y 1:2. Este análisis se hizo con

respecto a los requerimientos establecidos por la normatividad INVIAS para el nivel

de transito 3 (NT3).

Para dar cumplimiento a los objetivos planteados, permitir una adecuada utilización

de los recursos y una optimización del tiempo se desarrollaron las siguientes etapas:

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

Durante el desarrollo del proyecto se ejecutó una fase de revisión bibliográfica para

profundizar en el estado del conocimiento sobre el tema. Las principales fuentes de

consulta fueron artículos publicados en revistas indexadas nacionales e

internacionales, libros texto y de investigación y reportes finales de proyectos de

investigación.

CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES

En esta etapa se seleccionó como ligante asfáltico para la fabricación de las

mezclas un cemento asfáltico (CA) 60-70 producido en Barrancabermeja por

ECOPETROL. Este CA fue escogido debido a que es el más utilizado y producido

en Colombia. El agregado pétreo para la fabricación de las mezclas provino de la

planta de asfaltos CONCRESCOL S.A., el cual es un material que cumple con los

requisitos mínimos de calidad exigidos por las especificaciones INVIAS (2013). En

las Tablas 4 y 5 se presentan los ensayos que se ejecutaron sobre estos materiales,

50

cemento asfáltico y agregado pétreo natural respectivamente, con el fin de

caracterizarlos siguiendo los lineamientos especificados por INVIAS (2013).

Tabla 4 Ensayos de caracterización a ejecutar sobre el CA 60-70. Fuente: propia

Ensayo Método

Penetración (25°C, 100 g, 5 s) INV. E-706 Índice de penetración INV. E-724

Viscosidad dos temperaturas INV. E-717 Ductilidad (25°C, 5cm/min) INV. E-702 Peso específico de asfaltos INV E-707 Puntos de inflamación y de

combustión INV. E-709

Punto de ablandamiento INV E-712

RTFOT (ensayo de película delgada, INV. E-721)

Pérdida de masa INV. E-721

En el Anexo 1 se adjuntan los resultados de la caracterización del cemento asfáltico.

Tabla 5 Ensayos de caracterización sobre el agregado pétreo. Fuente propia

Ensayo Método

Resistencia al desgaste en la máquina de los Ángeles

INV. E-218, 219

Micro-Deval INV. E-238

10% de finos en seco INV. E-224

Caras fracturadas INV. E-227

Partículas planas y alargadas INV. E-240

Adicionalmente, se realizó la caracterización del agregado reciclado de concreto

conforme a los ensayos de la tabla 5 (Ver Anexo 2), proveniente de GRANULADOS

RECICLADOS GRECO SAS (Bogotá), para su posterior empleo en la fracción

gruesa de la mezcla asfáltica MDC-25. De los ensayos establecidos en el Capítulo

4 – artículo 450, Especificaciones generales de construcción de carreteras y normas

de ensayo para materiales de carreteras – INVIAS, tabla 450-3, solo se realizaron

los mencionados en la tabla 5 teniendo en cuenta que los demás no aplicaban

conforme al alcance y objetivos del presente estudio.

ESTABILIZACIÓN DEFINITIVA DE AGREGADO PROVENIENTE DEL RCA CON

CAL

Con el fin de infiltrar el aditivo químico dentro de los poros de la fracción gruesa del

agregado de reciclado de concreto (RCA), se fabricaron lechadas del aditivo con

agua, para lo cual se realizaron siete (7) proporciones diferentes variando los

51

contenidos agua y cal, la estabilización se realizó por peso. Se sumergieron en estas

lechadas el reciclado de concreto durante una hora (1hora), siendo mezclado el

material manualmente cada 5 minutos. Luego, se realizó un lavado superficial para

retirar los excesos de cal y se procedió a secar al horno el material estabilizado por

un tiempo no menor de veinticuatro (24) horas, con el objetivo de que secara el

aditivo dentro de los poros del reciclado.

Las dosificaciones de cal:agua (C:A) empleadas para las lechadas objeto de

estudio, fueron:

• 1,2:1

• 1:1

• 1:1,5

• 1:2

• 1:2,5

• 1:3

• 1:4

Seguido esto, se realizaron los ensayos de gravedad específica-absorción (INV E-

223-13) y desgaste en la máquina de los ángeles (INV E-218-13), con el fin de

determinar las dos relaciones de cal:agua con mejores resultados, es decir, donde

el material reciclado y estabilizado experimentara menor absorción y mayor

resistencia en la máquina de Los Ángeles. El ensayo de gravedad especifica se

realizó tres veces consecutivas, denominándolos ensayos 1,2, y 3, esto con el

objetivo de disminuir el error presentado en estos procesos y así seleccionar las

dosificaciones con mejores características.

Conforme a lo anterior, se estabilizó una mayor cantidad de reciclado de concreto

con las relaciones cal:agua de mejores características, para así realizar su

respectiva caracterización (conforme a los ensayos descritos en la tabla 5) y

emplear la misma como sustituto de los agregados naturales en la fracción gruesa

de la mezcla asfáltica MDC-25 (Ver Anexo 2).

ENSAYO MARSHALL Y TRACCIÓN INDIRECTA - MEZCLA DE CONTROL PARA

DEFINIR PORCENTAJE DE ASFALTO OPTIMO

Una vez caracterizados los materiales, se fabricaron las mezclas asfálticas

conforme a la Norma de Ensayo para materiales de carreteras del INVIAS INV E-

748-13. Inicialmente, con el fin de obtener el porcentaje óptimo de asfalto de la

mezcla de control o de referencia (agregado pétreo natural y asfalto CA 60-70) se

fabricaron tres briquetas compactadas a 75 golpes por cara para porcentajes de

asfalto de 4,5%, 5,0%, 5,5% y 6,0%, siguiendo los lineamientos establecidos en la

especificación INV. E-748-13.

52

Sobre estas muestras se realizó el ensayo Marshall (INV. E-748-13) y se determinó

su composición volumétrica (vacíos con aire, vacíos en agregados minerales – VMA

y llenos de asfalto – VFA) y su resistencia bajo caga monotónica (estabilidad – E,

flujo – F y relación E/F), para así obtener el porcentaje óptimo de asfalto. (Ver Anexo

3)

Una vez identificado el contenido óptimo de asfalto, fueron fabricadas otras seis

briquetas Marshall con dicho contenido para realizar el ensayo de tracción indirecta

(INV. E-725-13) sobre muestras secas (3 briquetas) y sumergidas en agua (3

briquetas), con el fin de evaluar el daño por humedad, calculando la relación entre

la condición saturada y seca (TIS/TID). La granulometría de las mezclas es la

establecida por INVIAS (2013) para mezclas tipo MDC-25 (ver Tabla 3). Esta

granulometría fue escogida debido a que es la más utilizada para construir capas

de base asfáltica en pavimentos flexibles. Adicionalmente, esta mezcla permite

sustituir agregados pétreos de mayor tamaño en comparación con mezclas del tipo

MDC-19 y MDC-10. Las temperaturas de fabricación y compactación de las

briquetas fueron escogidas con base en el ensayo de viscosidad realizado al CA 60-

70, cumpliendo con el rango especificado para mezclas del tipo denso (viscosidad

de mezcla de 170 cp. y de compactación de 280 cp.). En total en esta fase se

fabricaron 12 briquetas para el ensayo Marshall y 6 para el ensayo de tracción

indirecta (18 en total). (Ver Anexo 3)

La granulometría de las mezclas es la establecida por INVIAS (2013) para mezclas

tipo MDC-25 (ver Tabla 3). Esta granulometría fue escogida debido a que es la más

utilizada para construir capas de base asfáltica en pavimentos flexibles.

Adicionalmente, esta mezcla permite sustituir agregados pétreos de mayor tamaño

en comparación con mezclas del tipo MDC-19 y MDC-10. Las temperaturas de

fabricación y compactación de las briquetas fueron escogidas con base en el ensayo

de viscosidad realizado al CA 60-70, cumpliendo con el rango especificado para

mezclas del tipo denso (viscosidad de mezcla de 170 cp y de compactación de 280

cp). En total en esta fase se fabricaron 12 briquetas para el ensayo Marshall y 6

para el ensayo de tracción indirecta (18 en total).

EVALUACIÓN DE LA MEZCLA CON REEMPLAZO DEL MATERIAL PÉTREO POR

RECICLADO DEL CONCRETO SIN ESTABILIZAR Y ESTABILIZADAS CON CAL

Reemplazando parte de la fracción gruesa del agregado pétreo por reciclado de

concreto, se fabricaron nuevas briquetas Marshall empleando el contenido óptimo

de asfalto determinado en la fase anterior (5%). Se analizaron tres mezclas

diferentes dependiendo de los porcentajes de sustitución, los cuales fueron: 0% de

RCA; 12,5% (sustitución del tamiz 3/4”) y 11,5% (sustitución del tamiz ½”), para

material sin estabilizar y estabilizado. Estos tamaños fueron escogidos teniendo en

53

cuenta que son los tamaños predominantes en el reciclado de concreto (calculados

por masa).

Se sustituyó el agregado pétreo natural por concreto reciclado estabilizado con

lechada de cal hidratada (Cal85 – Producto Caltek) en las dos dosificaciones

seleccionadas (cal:agua 1:1 y 1:2), en búsqueda de disminuir la absorción y tener

mayor resistencia en la máquina de Los Ángeles (factores que son su mayor

inconveniente al ser empleados dentro de la mezcla asfáltica).

Se fabricaron tres briquetas por cada mezcla de estudio compactadas a 75 golpes

por cara, para la ejecución del ensayo Marshall (INV. E-748-13) y tracción indirecta

(estabilidad y flujo – INV E-725-13).

En total en esta fase fueron fabricadas 54 briquetas Marshall: 2 sustituciones de

agregado x 3 briquetas x 3 RCA (estabilizado y sin estabilizar) para el ensayo

Marshall, y 6 briquetas x 2 sustituciones x 3 RCA (estabilizado y sin estabilizar) para

el ensayo de tracción indirecta. (Ver Anexo 3).

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Con los resultados obtenidos en la fase de evaluación de la mezcla con reemplazo

del material pétreo por reciclado del concreto sin estabilizar y estabilizadas con cal,

se realizó el análisis de varianza (ANOVA) tipo F-test con una confiabilidad del 95%.

Este método es una herramienta fundamental en el análisis de modelos de regresión

lineal y diseños de experimentos debido a que permite evaluar la importancia de

uno o más factores al comparar las medias de la variable de respuesta en los

diferentes niveles de los factores. En el presente estudio se tendría como único

factor la mezcla asfáltica MDC-25, con las variantes de: Mezcla de control, mezcla

cuya sustitución se realiza por RCA sin estabilizar y mezcla con RCA estabilizado

(dos dosificaciones), para finalmente analizar las variables de respuesta mecánica

de las mezclas (Marshall y tracción indirecta).

Por lo tanto, teniendo en cuenta la significancia estadística entre el valor F y F crítico,

valor que representa la variabilidad debida a diferentes fuentes, se determinó si las

sustituciones realizadas del agregado natural por RCA (con y sin estabilización con

cal) en las mezclas asfálticas generan una variación representativa e importante

(desde el punto de vista estadístico) con la hipótesis nula que todas las variantes

presentarían el mismo comportamiento. Se ha elegido este análisis porque

comparando los resultados uno a uno aumentaría la probabilidad global de cometer

un error y se concluiría mal respecto al funcionamiento de la estabilización química

del RCA.

54

INFORMES

Esta etapa se desarrolló en varios procesos y/o etapas anteriores debido a que

durante el transcurso del estudio se elaboraron los documentos respectivos para la

publicación y divulgación de los resultados, basados en la revisión bibliográfica

consultada y los resultados periódicos que se obtuvieron de la fase experimental.

Se remitieron informes parciales al director del trabajo de grado para su respectiva

revisión y el documento final en donde se presentan los análisis de los resultados y

las conclusiones del estudio.

55

4. ANALISIS DE RESULTADOS

4.1. CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES

4.1.1. Agregado pétreo natural

En la tabla 6 se presentan los resultados de la caracterización del agregado

natural, entregados por el laboratorio PINZ – LAB LABORATORIO DE

SUELOS, PAVIMENTOS Y MATERIALES. Se observa que cumple los

requisitos mínimos de calidad exigidos por la especificación INVIAS (2013)

para la fabricación de mezclas de concreto asfáltico.

Tabla 6. Caracterización agregado pétreo natural

ENSAYO MÉTODO REQUISITO RESULTADO

GRAVEDAD ESPECÍFICA AGREGADO DE 1"

AASHTO T84-00 AASHTO T85-91

2,51

GRAVEDAD ESPECÍFICA APARENTE AGREGADO DE 1"

2,61

ABSORCIÓN AGREGADO DE 1" 1,75%

GRAVEDAD ESPECÍFICA AGREGADO DE 3/4" 2,52

GRAVEDAD ESPECÍFICA APARENTE AGREGADO DE 3/4"

2,65

ABSORCIÓN AGREGADO DE 3/4" 1,85%

GRAVEDAD ESPECÍFICA AGREGADO DE 1/2" 2,48

GRAVEDAD ESPECÍFICA APARENTE AGREGADO DE 1/2"

2,65

ABSORCIÓN AGREGADO DE 1/2" 2,20%

GRAVEDAD ESPECÍFICA ARENA DE RÍO 2,51

GRAVEDAD ESPECÍFICA APARENTE ARENA DE RÍO

2,64

ABSORCIÓN ARENA DE RÍO 1,68%

EQUIVALENTE DE ARENA AASHTO T176-02 50% mínimo 76%

CARAS FRACTURADAS A UNA CARA ASTM D5821-01 75% mínimo 87%

LÍMITES LÍQUIDO Y PLÁSTICO ASTM D4318-00 0% 0%

ÍNDICE DE ALARGAMIENTO NLT 354-91 10% mínimo 9,50%

ÍNDICE DE APLANAMIENTO NLT 354-92 10% mínimo 9,50%

ATAQUE DE SULFATO DE MAGNESIO ASTM C88-99a 18% mínimo 12,90%

MICRODEVAL AASHTO T327-05 25% mínimo 22,30%

10% DE FINOS (RESISTENCIA EN SECO) DNER ME 096-98

90 kN mínimo 115 kN

10% DE FINOS (RELACIÓN HÚMEDO/SECO) 75% mínimo 83%

RESISTENCIA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES AASHTO T96-02 35% mínimo 24,60%

Fuente: Entregado por laboratorio PINZ – LAB LABORATORIO DE SUELOS, PAVIMENTOS Y

MATERIALES

56

4.1.2. Agregado RCA sin estabilizar y estabilizado.

Los gráficos 2-5 presentan los resultados obtenidos del ensayo de gravedad

específica y absorción (INV E-223-13) para las dosificaciones C:A planteadas. Este

ensayo se realizó tres veces (ensayo 1, 2 y 3) con el objetivo de obtener un valor

promedio de los resultados correspondientes a gravedad específica bulk (densidad

relativa) y porcentaje de absorción. En el Anexo 2 se relacionan las tablas de

resultados correspondientes a los gráficos 2-5.

Para el ensayo 3, se identificó una variación alta en cuanto a los valores obtenidos

de densidad relativa y absorción (ver gráficos 2-3). Lo anterior, se atribuye a

posibles fallas que presentó el horno en el periodo de secado del material, por lo

que se incrementó el valor correspondiente al material seco al horno. Por tanto, sólo

se tuvieron en cuenta los resultados obtenidos en los ensayos 1, 2 y su respectivo

promedio, para seleccionar las dosificaciones con mejor o más adecuado

comportamiento.

En los gráficos se evidencia que no existe una relación de proporcionalidad directa

entre las magnitudes de gravedad específica y absorción con respecto a las

dosificaciones de C:A. Lo anterior es tal vez debido a la heterogeneidad del RCA.

Sin embargo, la tendencia general observada es que la gravedad específica tiende

a incrementar ligeramente cuando se adiciona la cal, mientras que la absorción

disminuye. Lo anterior es debido principalmente a que parte de la cal se adhiere a

la partícula del RCA, ocupando parte de sus poros superficiales.

Gráfico 2. Resultados gravedad específica bulk - RCA sin estabilizar y estabilizado con dosificaciones de estudio

Fuente: Elaboración propia

2,15

2,17

2,19

2,21

2,23

2,25

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Gra

ved

ad e

spec

ífic

a b

ulk

RELACIÓN CAL: AGUA

Ensayo 1

Ensayo 2

Ensayo 3

57

Gráfico 3. Resultados % Absorción - RCA sin estabilizar y estabilizado con dosificaciones de estudio

Fuente: Elaboración propia

Gráfico 4. Resultados gravedad específica bulk - RCA sin estabilizar y estabilizado con dosificaciones de estudio - AJUSTE RESULTADOS Y PROMEDIO

Fuente: Elaboración propia

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

% A

BSO

RC

IÓN

RELACIÓN CAL: AGUA

Ensayo 1

Ensayo 2

Ensayo 3

2,16

2,17

2,18

2,19

2,2

2,21

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3

Gra

ved

ad e

spec

ífic

a b

ulk

RELACIÓN CAL: AGUA

Ensayo 1

Ensayo 2

Promedio

58

Gráfico 5. Resultados porcentaje Absorción - RCA sin estabilizar y estabilizado con dosificaciones de estudio - AJUSTE RESULTADOS Y PROMEDIO

Fuente: Elaboración propia

El gráfico 6 presenta los resultados del ensayo de desgaste en la máquina de los

Ángeles (INV E-218-13). El procedimiento y los resultados de los ensayos

pueden consultarse en el Anexo 2 del presente documento. Al igual que en el

ensayo de gravedad específica y absorción, los resultados muestran que no

existe ninguna correlación de proporcionalidad directa entre la pérdida por

abrasión y la relación C:A. Sin embargo en términos generales, se observa una

tendencia a disminuir ligeramente la pérdida por abrasión, a medida que

incrementa C:A. Como el porcentaje de la pérdida por abrasión no varió

significativamente (inferior al 1,5%), los resultados de este ensayo no se tuvieron

en cuenta para la escogencia de la dosificación C:A necesaria para continuar con

las siguientes fases de estudio. La escogencia de C:A se realizó, teniendo como

criterio los resultados presentados en los gráficos 2-5. Los valores seleccionados

fueron las dosificaciones 1:2 y 1:1. En dichas proporciones, se observa la menor

dispersión de los resultados, así como la tendencia a aumentar la gravedad

específica y disminuir la absorción. Adicionalmente, se obtuvo facilidad respecto

a la dosificación y manejabilidad de la mezcla para realizar la respectiva

estabilización de las partículas del RCA.

6,0

6,3

6,6

6,9

7,2

7,5

7,8

8,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3

AB

SOR

CIÓ

N (

%)

RELACIÓN CAL: AGUA

Ensayo 1

Ensayo 2

Promedio

59

Gráfico 6. Resultados porcentaje pérdida RCA sin estabilizar y estabilizado con dosificaciones de estudio - Ensayo Máquina De Los Ángeles

Fuente: Elaboración propia

Una vez definidas las dosificaciones de C:A, fueron ejecutados sobre las partículas

del RCA con y sin estabilización, los demás ensayos de caracterización. En las

tablas 7 a 11, se relaciona el resumen de los resultados obtenidos para la

caracterización del RCA sin estabilizar (0:0) y el RCA estabilizado con las

dosificaciones seleccionadas, verificando el cumplimiento de los requisitos

establecidos en el Capítulo 4 – artículo 450, Especificaciones generales de

construcción de carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras –

INVIAS. Tabla 450-3.

Tabla 7. Resultados ensayos INV E-218-13 RCA Estabilizado dosificaciones de estudio – comparación normatividad INVIAS

Dosificación C:A % Pérdida Máximo %

pérdida Cumplimiento

0:0 34,92% 25/35/35 CUMPLE

1:1 35,26% 25/35/35 NO CUMPLE

1:2 34,14% 25/35/35 CUMPLE Fuente: Elaboración propia

Tabla 8. Resultados ensayos INV E-238-13 RCA Estabilizado dosificaciones de estudio – comparación normatividad INVIAS

Dosificación C:A % Pérdida Máximo %

pérdida Cumplimiento

0:0 20,87% 20/25/25 CUMPLE

1:1 15,66% 20/25/25 CUMPLE

1:2 13,05% 20/25/25 CUMPLE Fuente: Elaboración propia

33,3

33,6

33,9

34,2

34,5

34,8

35,1

35,4

35,7

36,0

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Pér

did

a (%

)

Relación CAL:AGUA

60

Tabla 9. Resultados ensayos INV E-224-13 RCA Estabilizado dosificaciones de estudio – comparación normatividad INVIAS

Dosificación C:A

f (kN) m (%) %

Pérdida Valor en seco, mínimo (kN)

Relación húmeda/seco,

Mínima (%) Cumplimiento

0:0 139,00 88,11% 11,89% 110/90/75 75/75/75 CUMPLE

1:1 164,60 88,05% 11,94% 110/90/75 75/75/75 CUMPLE

1:2 162,00 89,54% 10,46% 110/90/75 75/75/75 CUMPLE Fuente: Elaboración propia

Tabla 10. Resultados ensayo INV E-240-13 RCA sin estabilizar, estabilizado dosificaciones 1:1 y 1:2

Dosificaciones C:A

1:1 % Máximo partículas planas y alargadas

CUMPLIMIENTO 1

Tamaño 1/2"

Total partículas: 100

Planas Alargadas Ambas Ninguna

10% CUMPLE (Und) 15 16 3 69

(%) 15% 16% 3% 69%

Tamaño 3/4"

Total partículas: 100

Planas Alargadas Ambas Ninguna

10% CUMPLE (Und) 23 4 0 73

(%) 23% 4% 0% 73%

Dosificaciones C:A

1:2 % Máximo partículas planas y alargadas

CUMPLIMIENTO 0,5

Tamaño 1/2"

Total partículas: 100

Planas Alargadas Ambas Ninguna

10% CUMPLE (Und) 11 15 0 74

(%) 11% 15% 0% 74%

Tamaño 3/4"

Total partículas: 100

Planas Alargadas Ambas Ninguna

10% CUMPLE (Und) 16 3 0 81

(%) 16% 3% 0% 81%

Dosificaciones C:A

0:0 % Máximo partículas planas y alargadas

CUMPLIMIENTO 0

Tamaño 1/2"

Total partículas: 100

Planas Alargadas Ambas Ninguna

10% CUMPLE (Und) 10 28 1 61

(%) 10% 28% 1% 61%

Tamaño 3/4"

Total partículas: 100

Planas Alargadas Ambas Ninguna

10% CUMPLE (Und) 13 2 0 85

(%) 13% 2% 0% 85% Fuente: Elaboración propia

61

Tabla 11. Resultados ensayos INV E-227-13 RCA sin estabilizar y estabilizado dosificaciones de estudio

Dosificación C:A Tamaño % partículas fracturadas

% mínimo Cumplimiento

0:0 1/2" 100%

45/40/35 CUMPLE

3/4" 98%

1:1 1/2" 100%

3/4" 99%

1:2 1/2" 97%

3/4" 100%

Fuente: Elaboración propia

Comparando los resultados obtenidos del RCA (sin y con estabilización) con los del

agregado natural se evidencia lo siguiente: i) las partículas del RCA presentan

menor gravedad específica y mayor absorción que las del agregado natural, como

producto principalmente del mortero adherido en el RCA. ii) con respecto a la

resistencia al desgaste por abrasión y al fracturamiento de partículas no existe una

tendencia clara en los resultados, ya que el agregado natural presenta mayor

resistencia al desgaste en la máquina de Los Ángeles en comparación con el RCA,

pero las partículas del RCA presentan mayor resistencia en los ensayos Micro-Deval

y 10% de finos. iii) ambos tipos de partículas (RCA y agregado natural) presentan

geometrías ideales (partículas redondeadas con caras fracturadas y ausencia de

formas alargadas y aplanadas).

62

4.1.3. Cemento asfáltico

En la tabla 12 se relaciona el resumen de los resultados de los ensayos realizados conforme a la normatividad INVIAS (2013). Se observa que cumple con los requisitos mínimos de calidad que exige la especificación para la fabricación de mezclas de concreto asfáltico.

Tabla 12. Resultados caracterización cemento asfáltico 60-70

Ensayo Método Unidad Requisito

Valor Mínimo Máximo

Ensayos sobre el CA original

Penetración (25°C, 100 g, 5 s) ASTM D-5 0.1 mm 60 60 62.5 Índice de penetración NLT 181/88 - -1.2 +0.6 -0.7 Punto de ablandamiento ASTM D-36-95 ° C 48 54 52.5 Viscosidad absoluta (60°C) ASTM D-4402 Poises 1500 - 1750 Gravedad específica AASHTO T 228-04 - - - 1.012 Viscosidad a 135° C AASHTO T-316 Pa-s - - 0.36 Ductilidad (25°C, 5cm/min) ASTM D-113 cm 100 - >105

Ensayos sobre el residuo del CA luego del RTFOT

Pérdida de masa ASTM D-2872 % - 0.8 0.47 Penetración (25°C, 100 g, 5 s), en porcentaje de la penetración original

ASTM D-5 % 50 - 72

Incremento en el punto de ablandamiento ASTM D-36-95 ° C - 9 5 Fuente: Rondón y Reyes, 2015

En el gráfico 7 se presenta el comportamiento reológico del asfalto empleado desde

la relación viscosidad-temperatura.

Gráfico 7. Evolución de la viscosidad con la temperatura

Fuente: Rondón y Reyes, 2015

63

4.2. DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA DE CONTROL

La Tabla 13 presenta los resultados del ensayo INV. E-736-13, ejecutado

sobre las mezclas asfálticas.

Tabla 13. Porcentaje de vacíos, vacíos llenos de asfalto y vacíos en el agregado mineral

CA [%] Vacíos [%] VFA [%] VMA [%]

4,50 6,65 60,40 16,79

5,00 4,26 72,94 15,73

5,50 3,27 79,48 15,92

6,00 2,26 85,95 16,11 Fuente: Elaboración propia

En los gráficos del 8-10 se incluye la representación gráfica de los resultados

obtenidos para el porcentaje de vacíos, vacíos llenos de asfalto y vacíos en

el agregado mineral de las briquetas elaboradas con los diferentes

porcentajes de asfalto.

Gráfico 8. Representación gráfica porcentaje de vacíos en función del porcentaje de contenido de

asfalto

Fuente: Elaboración propia

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5

Vac

íos

(%)

Cemento Asfáltico (%)

64

Gráfico 9. Representación gráfica porcentaje de vacíos llenos de asfalto en función del porcentaje de contenido de asfalto

Fuente: Elaboración propia

Gráfico 10. Representación gráfica porcentaje de vacíos en agregado mineral en función del

porcentaje de contenido de asfalto

Fuente: Elaboración propia

La Tabla 14 presenta los resultados del ensayo Marshall (INV. E-748-13)

ejecutado sobre las mezclas asfálticas.

55,00

60,00

65,00

70,00

75,00

80,00

85,00

90,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5

Vac

íos

llen

os

de

asf

alto

-V

FA

Cemento Asfáltico (%)

14,50

15,00

15,50

16,00

16,50

17,00

4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5

Vac

íos

en

agr

ega

do

min

era

l -V

MA

(%

)

Cemento Asfáltico (%)

65

Tabla 14. Estabilidad, flujo y relación E/F corregida vs porcentaje CA 60-70

CA [%] Estabilidad [kg] E/F [kg/mm] Estabilidad [kN] E/F [kN/mm] Flujo [mm]

4,5% 13,34 3,43 12,98 3,34 3,89

5,0% 16,09 4,64 15,74 4,54 3,47

5,5% 14,82 4,07 14,59 4,01 3,64

6,0% 13,41 3,30 13,25 3,26 4,06 Fuente: Elaboración propia

En los gráficos del 11-13 se incluye la representación gráfica de los

resultados obtenidos para la estabilidad, flujo y relación de estabilidad/flujo

de las briquetas elaboradas con los diferentes porcentajes de asfalto:

Gráfico 11. Estabilidad mezclas asfálticas en función del porcentaje de contenido de asfalto

Fuente: Elaboración propia

12,98

15,74

14,59

13,25

12,00

12,50

13,00

13,50

14,00

14,50

15,00

15,50

16,00

4,5% 5,0% 5,5% 6,0%

Esta

bili

dad

(kN

)

Cemento Asfáltico (%)

66

Gráfico 12. Flujo mezclas asfálticas en función del porcentaje de contenido de asfalto

Fuente: Elaboración propia

Gráfico 13. Relación Estabilidad/Flujo mezclas asfálticas en función del porcentaje de contenido de asfalto

Fuente: Elaboración propia

Conforme al análisis gráfico del diseño Marshall, se eligió como porcentaje

óptimo de contenido de asfalto el 5,0% para continuar el presente estudio, en

vista de que presentó el mejor comportamiento. En primer lugar, cumplió las

Especificaciones generales de construcción de carreteras y normas de

3,89

3,47

3,64

4,06

3,20

3,30

3,40

3,50

3,60

3,70

3,80

3,90

4,00

4,10

4,20

4,5% 5,0% 5,5% 6,0%

Flu

jo (

mm

)

Cemento Asfáltico (%)

3,34

4,54

4,01

3,26

3,00

3,20

3,40

3,60

3,80

4,00

4,20

4,40

4,60

4,80

4,5% 5,0% 5,5% 6,0%

E/F

(kN

/mm

)

Cemento Asfáltico (%)

67

ensayo para materiales de carreteras – INVIAS (2013). Tabla 450-10, para el

nivel de tránsito 3 (NT3):

• Porcentaje de vacíos (%): dentro del rango establecido 4,0-6,0.

• Vacíos llenos de asfalto (%): dentro del rango establecido 65-75.

• Vacíos en los agregados minerales (% mínimo – Tamaño máximo

19mm): mayor a 15%. Porcentaje en el cual, se tiene un valor del

15,73% (el menor de los diferentes porcentajes de contenido de

asfalto), garantizando un espesor durable de película de asfalto,

mejor manejabilidad y facilidad en la compactación de la mezcla.

En segundo lugar, las briquetas fabricadas con este porcentaje presentaron

mayor estabilidad, menor flujo (deformación) y por lo tanto una mayor

relación estabilidad/flujo, frente a los otros porcentajes de contenido de

cemento asfáltico.

4.3. EVALUACIÓN RESISTENCIA MEZCLAS ASFÁLTICAS BAJO CARGA

MONOTÓNICA

4.3.1. Ensayo Marshall (INV. E-748-13).

En el presente capítulo se relaciona el resumen de los resultados obtenidos para

las mezclas de estudio: de control (sin realizar ningún tipo de sustitución), y

realizando las sustituciones establecidas, las cuales fueron RCA sin estabilizar en

los tamaños de ¾” y ½” y RCA estabilizado (C:A de 1:1 y 1:2) en estos mismos

tamaños. Se verificó el cumplimiento o no de los requisitos establecidos en el

Capítulo 4 – artículo 450, Especificaciones generales de construcción de carreteras

y normas de ensayo para materiales de carreteras – INVIAS (2013, Tablas 450-10

y 450-11). Para cada ensayo se realizó su representación gráfica y su respectivo

análisis ANOVA. El análisis ANOVA se presenta comparando la variación de los

resultados obtenidos entre la mezcla de control y las mezclas en las cuales se

realizaron las sustituciones del material sin estabilizar y estabilizado con las

dosificaciones seleccionadas. Adicionalmente, se compararon los resultados

obtenidos entre la mezcla cuyo reemplazo de agregado se realizó sin estabilizar

versus las mezclas en las cuales se realizaron las sustituciones del material

estabilizado.

En la tabla 15 se presentan los resultados obtenidos de la composición volumétrica

de las mezclas. La representación esquemática de los mismos se presenta en los

gráficos 14-16. En las tablas 16-18 se presenta el resumen del análisis ANOVA,

relacionando los valores F, los cuales comparados con el valor crítico F (7,71)

68

evidencian si la variación de los resultados fue representativa (color verde) o no fue

representativa (color rojo), con respecto a la mezcla de control. Se observa, que la

mezcla MDC-25 aumenta los vacíos con aire y disminuye el VFA cuando se

sustituyen las partículas de ¾” y ½” del agregado natural por RCA sin estabilizar, y

dichos cambios fueron estadísticamente significativos basados el análisis ANOVA.

Lo anterior es un indicador de aumento en la porosidad de las mezclas debido

principalmente a la mayor absorción que presentan las partículas del RCA en

comparación con las del agregado natural. Adicionalmente, la gravedad específica

del RCA es menor, y por ende, al sustituir en masa, se está ingresando en volumen

una mayor cantidad de partículas de RCA para recubrir con asfalto. Por otro lado se

observa, que al estabilizar las partículas de 3/4” con cal, estas disminuyen dichos

vacíos con aire y aumentan el VFA, lo que induce a pensar que la cal cumplió su

función de adherirse y recubrir parte de los poros superficiales de estas partículas

del RCA. A pesar de lo anterior, al disminuir el tamaño de las partículas del RCA a

½”, la cal no tuvo este efecto esperado. Se observa que no hubo ningún cambio

significativo en la composición volumétrica de las mezclas cuando se estabilizaron

las partículas de ½” con cal. Las mezclas que sustituyeron la fracción de 3/4” por

RCA (con y sin estabilización) cumplieron con los requisitos mínimos de calidad para

ser utilizadas como capas de base asfáltica en vías para bajos (NT1) y medios (NT2)

volúmenes de tránsito de acuerdo con lo establecido por INVIAS (2013). Caso

contario ocurrió cuando se sustituyeron las partículas de ½”, en donde no se da

cumplimiento a los requisitos mínimos de calidad establecidos por INVIAS (2013).

El VMA de las mezclas asfálticas de todas las sustituciones de RCA cumplen con la

normatividad INVIAS (2013) (variando desde 16,10% a 18,88%), y aunque en todas

se presentó un incremento, en el caso de las sustituciones de la fracción de 3/4”

estabilizada, este incremento no fue significativo estadísticamente.

Tabla 15. Consolidado porcentaje de vacíos, vacíos llenos de asfalto y vacíos en el agregado mineral de las Mezclas de estudio

Mezcla Densidad

bulk [g/cm3] Vacíos [%] VFA [%] VMA [%]

Control - MDC-25 2,32 4,26 72,94 15,73

3/4" Sin estabilizar 2,27 5,72 66,27 16,95

1/2" Sin estabilizar 2,22 7,91 58,12 18,88

3/4" Estabilizado relación 1:1

2,30 4,84 70,23 16,21

3/4" Estabilizado relación 1:2

2,31 4,71 70,79 16,10

1/2" Estabilizado relación 1:1

2,24 7,25 60,48 18,33

1/2" Estabilizado relación 1:2

2,25 7,00 61,40 18,11

Fuente: Elaboración propia

69

Gráfico 14 Resultados porcentaje de vacíos Mezclas de Estudio

Fuente: Elaboración propia

Gráfico 15. Resultados vacíos llenos de asfalto - VFA mezclas de estudio (%)

Fuente: Elaboración propia

4,26

5,72

7,91

4,84 4,71

7,257,00

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

Control MDC-25

3/4" Sinestabilizar

1/2" Sinestabilizar

3/4"Estabilizadorelación 1:1

3/4"Estabilizadorelación 1:2

1/2"Estabilizadorelación 1:1

1/2"Estabilizadorelación 1:2

Vac

íos

(%

)

Relación Cal:Agua- Tamaño

72,94

66,27

58,12

70,23 70,79

60,4861,40

55

60

65

70

75

Control MDC-25

3/4" Sinestabilizar

1/2" Sinestabilizar

3/4"Estabilizadorelación 1:1

3/4"Estabilizadorelación 1:2

1/2"Estabilizadorelación 1:1

1/2"Estabilizadorelación 1:2

% V

FA

Relación Cal:Agua- Tamaño

70

Gráfico 16. Resultados vacíos en el agregado mineral - VMA mezclas de estudio (%)

Fuente: Elaboración propia

Tabla 16. Valor F - Análisis ANOVA porcentaje de vacíos - Va

Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por

tamaño y dosificación)

Mezcla de control

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 3/4"

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 1/2"

3/4" Sin estabilizar 20,49

1/2" Sin estabilizar 244,95

3/4" Estabilizado relación 1:1 1,85 3,39

3/4" Estabilizado relación 1:2 1,79 6,27

1/2" Estabilizado relación 1:1 159,15 7,91

1/2" Estabilizado relación 1:2 65,51 7,30 Fuente: Elaboración propia

Tabla 17. Valor F - Análisis ANOVA porcentaje de vacíos llenos de asfaltos - VFA

Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por tamaño y

dosificación)

Mezcla de control

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 3/4"

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 1/2"

3/4" Sin estabilizar 22,89

1/2" Sin estabilizar 234,36

3/4" Estabilizado relación 1:1 1,98 3,58

3/4" Estabilizado relación 1:2 1,83 6,36

1/2" Estabilizado relación 1:1 154,09 8,42

1/2" Estabilizado relación 1:2 72,86 7,27 Fuente: Elaboración propia

15,73

16,95

18,88

16,2116,10

18,3318,11

15

16

17

18

19

Control MDC-25

3/4" Sinestabilizar

1/2" Sinestabilizar

3/4"Estabilizadorelación 1:1

3/4"Estabilizadorelación 1:2

1/2"Estabilizadorelación 1:1

1/2"Estabilizadorelación 1:2

% V

MA

Relación Cal:Agua- Tamaño

71

Tabla 18. Valor F - Análisis ANOVA porcentaje de vacíos en el agregado mineral - VMA

Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por tamaño y

dosificación)

Mezcla de control

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 3/4"

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 1/2"

3/4" Sin estabilizar 18,46

1/2" Sin estabilizar 235,24

3/4" Estabilizado relación 1:1 1,66 3,07

3/4" Estabilizado relación 1:2 1,56 5,74

1/2" Estabilizado relación 1:1 155,95 6,93

1/2" Estabilizado relación 1:2 64,06 6,64 Fuente: Elaboración propia

En la tabla 19 se presentan los resultados obtenidos para evaluar la resistencia bajo

carga monotónica. La representación esquemática de dichos resultados se presenta

en los gráficos 17-19. En las tablas 20-22 se presenta el resumen del análisis

ANOVA. Se observa que la resistencia bajo carga monotónica, evaluada

principalmente a través de la relación E/F, no tuvo cambios significativos con

respecto a la mezcla de control, en ninguna de las sustituciones realizadas del

agregado natural por RCA. Es decir, el RCA (con y sin estabilizar), no generó

cambios en dicha resistencia. Todas las mezclas cumplen con los requisitos de

resistencia (E, F y E/F) para ser utilizadas como capas de base asfáltica en vías

para bajos (NT1) y medios (NT2) volúmenes de tránsito de acuerdo con lo

establecido por INVIAS (2013).

Tabla 19. Estabilidad, flujo y relación E/F corregida vs Mezcla de estudio

Mezcla E [kN] F [mm] E/F [kN/mm]

Control - MDC-25 16,09 3,47 4,64

3/4" Sin estabilizar 17,91 3,89 4,60

1/2" Sin estabilizar 17,39 4,02 4,33

3/4" Estabilizado relación 1:1 16,57 3,30 5,03

3/4" Estabilizado relación 1:2 16,92 3,60 4,70

1/2" Estabilizado relación 1:1 17,62 3,60 4,90

1/2" Estabilizado relación 1:2 17,16 3,68 4,66 Fuente: Elaboración propia

72

Gráfico 17. Resultados Estabilidad mezclas asfálticas de estudio

Fuente: Elaboración propia

Gráfico 18. Resultados Flujo mezclas asfálticas de estudio

Fuente: Elaboración propia

16,09

17,91 17,3916,57

16,9217,62

17,16

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

ControlMDC-25

3/4" Sinestabilizar

1/2" Sinestabilizar

3/4"Estabilizadorelación 1:1

3/4"Estabilizadorelación 1:2

1/2"Estabilizadorelación 1:1

1/2"Estabilizadorelación 1:2

Esta

bili

dad

(kN

)

Relación Cal: Agua- Tamaño

3,47

3,894,02

3,30

3,60 3,603,68

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

ControlMDC-25

3/4" Sinestabilizar

1/2" Sinestabilizar

3/4"Estabilizadorelación 1:1

3/4"Estabilizadorelación 1:2

1/2"Estabilizadorelación 1:1

1/2"Estabilizadorelación 1:2

Flu

jo (

mm

)

Relación Cal:Agua- Tamaño

73

Gráfico 19. Resultados Relación Estabilidad/Flujo mezclas asfálticas de estudio

Fuente: Elaboración propia

Tabla 20. Valor F – Análisis ANOVA Estabilidad

Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por

tamaño y dosificación)

Mezcla de control

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 3/4"

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 1/2"

3/4" Sin estabilizar 24,76

1/2" Sin estabilizar 6,23

3/4" Estabilizado relación 1:1 1,50 43,92

3/4" Estabilizado relación 1:2 5,11 40,18

1/2" Estabilizado relación 1:1 11,65 0,25

1/2" Estabilizado relación 1:2 8,17 0,32 Fuente: Elaboración propia

Tabla 21. Valor F - Análisis ANOVA Flujo

Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por

tamaño y dosificación)

Mezcla de control

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 3/4"

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 1/2"

3/4" Sin estabilizar 20,00

1/2" Sin estabilizar 33,80

3/4" Estabilizado relación 1:1 1,00 15,08

3/4" Estabilizado relación 1:2 1,80 24,50

1/2" Estabilizado relación 1:1 1,80 50,00

1/2" Estabilizado relación 1:2 3,57 16,00 Fuente: Elaboración propia

4,64 4,60

4,33

5,03

4,70

4,90

4,66

3,0

3,3

3,5

3,8

4,0

4,3

4,5

4,8

5,0

5,3

ControlMDC-25

3/4" Sinestabilizar

1/2" Sinestabilizar

3/4"Estabilizadorelación 1:1

3/4"Estabilizadorelación 1:2

1/2"Estabilizadorelación 1:1

1/2"Estabilizadorelación 1:2

E/F

(kN

/mm

)

Relación Cal:Agua- Tamaño

74

Tabla 22. Valor F – Análisis ANOVA Relación Estabilidad/Flujo

Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por

tamaño y dosificación)

Mezcla de control

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 3/4"

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 1/2"

3/4" Sin estabilizar 0,06

1/2" Sin estabilizar 2,38

3/4" Estabilizado relación 1:1 2,86 5,50

3/4" Estabilizado relación 1:2 0,13 1,04

1/2" Estabilizado relación 1:1 1,98 11,24

1/2" Estabilizado relación 1:2 0,01 3,33 Fuente: Elaboración propia

4.3.2. Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas de concreto

asfáltico utilizando la prueba de tracción indirecta – INV E-725-13.

En las tablas 23 y 24 se presentan los resultados del ensayo de tracción indirecta.

La representación esquemática de dichos resultados se presenta en los gráficos 20-

22. Las tablas 25-26 presentan los resultados del análisis ANOVA. Con respecto a

la mezcla de control, se observan aumentos significativos de la resistencia a la

tracción indirecta bajo condición seca, cuando se emplea el RCA como sustituto de

las fracciones ¾” y ½” del agregado natural, y dicho incremento es mayor, cuando

se estabilizan las partículas de 3/4” con dosificación 1:1. A pesar de lo anterior, se

observa adicionalmente, que la cal no genera cambios significativos en la respuesta

de las mezclas en este ensayo. Para el caso del ensayo de tracción indirecta bajo

condición húmeda, sólo las mezclas que sustituyeron el agregado natural por RCA

sin estabilizar generaron un incremento significativo en dicha propiedad. Es decir,

la cal no contribuyó tampoco a aumentar la resistencia de las mezclas en esta

condición. Incluso se observa, que las mezclas que emplearon RCA estabilizado

con cal como sustituto del agregado natural, disminuyeron notablemente su

resistencia al daño por humedad (ver valores de RRT en la tabla 24), y no cumplen

con el requisito mínimo (RRT=80%) establecido por la especificación INVIAS

(2013).

75

Tabla 23. Resistencia promedio (kPa) Condición Seca Vs. Condición Saturada SECA SATURADA

Control - MDC-25 1081,64 954,58

3/4" Sin estabilizar 1282,60 1101,34

1/2" Sin estabilizar 1311,27 1187,17

3/4" Estabilizado relación 1:1 1417,08 1036,66

3/4" Estabilizado relación 1:2 1249,87 943,31

1/2" Estabilizado relación 1:1 1344,46 997,37

1/2" Estabilizado relación 1:2 1296,11 1026,80

Fuente: Elaboración propia

Tabla 24. Relación de resistencia a la tensión RRT – Verificación cumplimiento Especificaciones INVIAS

MEZCLA Relación de resistencia a

tensión - RRT (%) Cumplimiento

Control - MDC-25 88,3 CUMPLE

3/4" Sin estabilizar 85,9 CUMPLE

1/2" Sin estabilizar 90,5 CUMPLE

3/4" Estabilizado relación 1:1

73,2 NO CUMPLE

3/4" Estabilizado relación 1:2

75,5 NO CUMPLE

1/2" Estabilizado relación 1:1

74,2 NO CUMPLE

1/2" Estabilizado relación 1:2

79,2 NO CUMPLE

Fuente: Elaboración propia

76

Gráfico 20. Resultados resistencia promedio grupo especímenes condición seca

Fuente: Elaboración propia

Gráfico 21. Resultados resistencia promedio grupo especímenes condición saturada

Fuente: Elaboración propia

1081,6

1282,61311,3

1417,1

1249,9

1344,5

1296,1

800,0

900,0

1000,0

1100,0

1200,0

1300,0

1400,0

1500,0

Control -MDC-25

3/4" Sinestabilizar

1/2" Sinestabilizar

3/4"Estabilizadorelación 1:1

3/4"Estabilizadorelación 1:2

1/2"Estabilizadorelación 1:1

1/2"Estabilizadorelación 1:2

Re

sist

en

cia

Pro

m. (

kPa)

Relación Cal: Agua - Tamaño sutituido en la mezcla

954,6

1101,3

1187,2

1036,7

943,3

997,4

1026,8

800,0

850,0

900,0

950,0

1000,0

1050,0

1100,0

1150,0

1200,0

Control -MDC-25

3/4" Sinestabilizar

1/2" Sinestabilizar

3/4"Estabilizadorelación 1:1

3/4"Estabilizadorelación 1:2

1/2"Estabilizadorelación 1:1

1/2"Estabilizadorelación 1:2

Re

sist

en

cia

Pro

m. (

kPa)

Relación Cal: Agua - Tamaño

77

Gráfico 22. Resultados resistencia promedio grupo especímenes condición seca versus condición saturada

Fuente: Elaboración propia

Tabla 25. Valor F – Análisis ANOVA Tracción Indirecta - Condición seca

Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por

tamaño y dosificación)

Mezcla de control

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 3/4"

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 1/2"

3/4" Sin estabilizar 13,80

1/2" Sin estabilizar 11,23

3/4" Estabilizado relación 1:1 47,99 10,09

3/4" Estabilizado relación 1:2 14,13 0,74

1/2" Estabilizado relación 1:1 20,33 0,24

1/2" Estabilizado relación 1:2 23,13 0,07 Fuente: Elaboración propia

800,00

900,00

1000,00

1100,00

1200,00

1300,00

1400,00

1500,00

Control -MDC-25

3/4" Sinestabilizar

1/2" Sinestabilizar

3/4"Estabilizadorelación 1:1

3/4"Estabilizadorelación 1:2

1/2"Estabilizadorelación 1:1

1/2"Estabilizadorelación 1:2

Re

sist

en

cia

Pro

m. (

kPa)

Relación Cal: Agua - Tamaño sutituido en la mezcla

Seco

SATURADO

78

Tabla 26. Valor F – Análisis ANOVA Tracción Indirecta - Condición saturada

Mezclas asfálticas de estudio (Sustituciones por

tamaño y dosificación)

Mezcla de control

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 3/4"

Mezcla Sin Estabilizar

tamaño 1/2"

3/4" Sin estabilizar 13,57

1/2" Sin estabilizar 51,47

3/4" Estabilizado relación 1:1 3,69 1,67

3/4" Estabilizado relación 1:2 0,19 18,75

1/2" Estabilizado relación 1:1 2,84 45,37

1/2" Estabilizado relación 1:2 4,04 17,98 Fuente: Elaboración propia

79

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Con base en los resultados obtenidos en el presente estudio se puede concluir lo

siguiente:

Con respecto a los ensayos de caracterización de los agregados, las partículas del

RCA (con y sin estabilización) presentan menor gravedad específica y mayor

absorción que las del agregado natural, principalmente por la presencia del mortero

adherido en el RCA. Para el caso de la resistencia al desgaste por abrasión y al

fracturamiento de partículas, no existe una tendencia clara en los resultados, ya que

el agregado natural presenta mayor resistencia al desgaste en la máquina de Los

Ángeles en comparación con los RCAs, pero las partículas de los RCAs presentan

mayor resistencia en los ensayos Micro-Deval y 10% de finos. Por otro lado, las

partículas del RCA y del agregado natural presentan geometrías ideales

(redondeadas con caras fracturadas y ausencia de formas alargadas y aplanadas).

Adicionalmente, se evidenció que los RCAs pueden ser utilizados en la fabricación

de mezclas que sean utilizadas como capas de base asfáltica en vías para bajos y

medios volúmenes de tránsito (INVIAS, 2013).

Con respecto al efecto de la cal en el RCA se concluye, que ayudó ligeramente a

aumentar la gravedad específica y disminuir la absorción del RCA, pero dichos

cambios no fueron significativos estadísticamente. Es decir, no hubo una influencia

significativa de la cal sobre dichas propiedades en el RCA.

En términos generales, las mezclas MDC-25 que sustituyeron parte de la fracción

gruesa (tamaños de ¾” y ½”) del agregado natural por el RCA sin estabilizar con cal

aumentaron significativamente su porosidad (aumento del contenido de vacíos y

disminución del VFA). Lo anterior fue debido principalmente a que las partículas del

RCA presentan mayor absorción, y a que la gravedad específica del RCA es menor,

y por ende, al sustituir en masa, se está ingresando en volumen una mayor cantidad

de partículas de RCA para recubrir con asfalto. A pesar de lo anterior, la resistencia

bajo carga monotónica en el ensayo Marshall fue similar en las mezclas que

emplearon agregado natural (mezcla de control) y aquellas que usaron RCA sin

estabilizar. Es decir, dicha resistencia no se vio afectada cuando aumentaron los

vacíos con aire en las mezclas con RCA, lo que sugiere que las partículas de RCA

ayudaron a aumentar la relación E/F. Lo anterior es tal vez debido a que las mezclas

con RCA presentaban mayor cantidad de partículas en comparación con las

mezclas de control (como producto de la menor gravedad específica del RCA),

generando un mayor número de contactos intergranulares. Para el caso del ensayo

de tracción indirecta, la resistencia bajo carga monotónica en condición seca y

húmeda fue mayor cuando se sustituyó el agregado natural por el RCA sin

estabilizar a pesar que estas mezclas eran más porosas. Lo anterior pudo deberse

80

a que el asfalto se adhirió más fácilmente al RCA como producto de su mayor

absorción.

Cuando se empleó el RCA estabilizado con cal, se observa que las mezclas MDC-

25 que emplearon las partículas de 3/4”, disminuyeron los vacíos con aire y

aumentaron el VFA, lo que induce a pensar que la cal cumplió su función de recubrir

parte de los poros superficiales del RCA. Sin embargo, dicha disminución de la

porosidad no contribuyó significativamente en la resistencia bajo carga monotónica

en el ensayo Marshall. Incluso se reporta una disminución en la resistencia a

tracción indirecta bajo condición húmeda, y en la resistencia al daño por humedad,

comparadas con las mezclas que usaron RCA sin estabilizar. Es decir, la cal no tuvo

una buena influencia en la resistencia al daño por humedad. Lo anterior es tal vez

debido a que la cal no está lo suficientemente adherida a las partículas del RCA y

al ser sometidas las mezclas al ensayo, el agua ayuda a que se desprenda la

interface cal-asfalto.

Al parecer el mejor comportamiento de las mezclas con RCA (con y sin

estabilización) se obtiene cuando se sustituyen las partículas más gruesas del

agregado natural (3/4”). Se observa que no hubo ningún cambio significativo en la

composición volumétrica de las mezclas cuando se estabilizaron las partículas de

½” con cal. Para el caso del ensayo Marshall, las mezclas que sustituyeron la

fracción de 3/4” por RCA (con y sin estabilización) cumplieron con los requisitos

mínimos de calidad para ser utilizadas como capas de base asfáltica en vías para

bajos (NT1) y medios (NT2) volúmenes de tránsito de acuerdo con lo establecido

por INVIAS (2013). Caso contario ocurrió cuando se sustituyeron las partículas de

½”, en donde no se da cumplimiento a los requisitos mínimos de calidad

establecidos por INVIAS (2013). Para el caso del ensayo de tracción indirecta, la

mezcla de control y aquellas que utilizaron el RCA sin estabilizar, dan cumplimiento

a los valores mínimos de RRT establecidos por la especificación INVIAS (2013).

Caso contrario ocurre cuando la MDC-25 emplea RCA estabilizado con cal.

Se recomienda para fases futuras del proyecto: a) utilizar otros tipos de cal o aditivos

que se adhieran y recubran de mejor forma los agregados del RCA (tener en cuenta

para tal fin criterios económicos y ambientales); b) realizar mayores sustituciones

del agregado natural por RCA (p.e., sustituir ambas fracciones de ¾” y ½” al mismo

tiempo); c) realizar una fase experimental más amplia, realizando ensayos de

caracterización dinámica (p.e., ensayos de módulo resiliente, resistencia a las

deformaciones permanentes y fatiga); d) evaluar una otras variables como es el tipo

y contenido de asfalto, el tipo de RCA y agregado natural, entre otras.

81

REFERENCIAS

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