ljniversidad de chile facultad de, ciencias ... · recomendaciones 96 7. bibliografÍa y...

lJNIVERSIDAD DE CHILE . .FACULTAD DE, CIENCIAS FISICASYMATElVlATICASDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIV1L

ESTUDIO DE LA UTILIZACIÓN DE CAUCHO DE NEUMÁTICOS EN MEZCLAS

ASFÁLTICAS EN CALIENTE MEDIANTE PROCESO SECO

MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

NÁYADE IRENE RAMÍREZ PALMA

PROFESOR GUÍA:GABRIELA MUÑOZ ROJAS

MIEMBROS DE LA COMISIÓN:DAVID CAMPUSANO BROWNFEDERICO DELFÍN ARIZTÍA

SANTIAGO DE CHILE

DICIEMBRE 2006

i

CONTENIDO

Pág.

1. INTRODUCCIÓN 1

1.1 INTRODUCCIÓN GENERAL 1

1.2 OBJETIVOS 4

2. MARCO TEÓRICO 5

2.1 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE 5

2.1.1 PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS 5

2.2 MÉTODO DE DISEÑO 8

2.3 ASFALTOS MODIFICADOS 11

3. MODIFICACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MEDIANTE LA

INCORPORACIÓN DE CAUCHO DE NEUMÁTICOS DESECHADOS 12

3.1.1 CARACTERISTICAS DE LOS NEUMÁTICOS 12

3.2 NEUMÁTICOS DESECHADOS 14

3.2.1 PROCESO AMBIENTAL 15

3.2.2 TRITURACIÓN CRIOGÉNICA 16

3.3 APLICACIÓN DE GRANOS DE CAUCHO EN LAS MEZCLAS

ASFÁLTICAS 18

3.3.1 PROCESO POR VÍA HÚMEDA 19

3.3.1.1 Modificación del ligante 20

3.3.1.2 Especificaciones para el proceso por vía húmeda según Dirección de

Vialidad 21

3.3.2 PROCESO POR VÍA SECA 25

3.3.2.1 Tecnologías para el uso de caucho reciclado mediante vía seca 27

3.4 CARACTERÍSTICAS DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

MODIFICADAS CON CAUCHO 29

3.5 EXPERIENCIAS EXTRANJERAS Y NACIONALES UTILIZANDO CAUCHO

RECICLADO 30

3.5.1 TRAMO EXPERIMENTAL I (Ruta X –65, km 22.270-22.770) 31

3.5.2 TRAMO EXPERIMENTAL II (Ruta 60 CH, km 66.000-67.500) 33

4. DESARROLLO EXPERIMENTAL 36

4.1 CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES 36

ii

4.1.1 AGREGADOS PÉTREOS 36

4.1.2 LIGANTE ASFÁLTICO 39

4.1.3 MEZCLA DE ÁRIDOS 41

4.2 DISEÑO MARSHALL DE LA MEZCLA PATRÓN 43

4.3 PREPARACIÓN DE LA MEZCLA MEDIANTE PROCESO POR VÍA

SECA 48

4.3.1 CAUCHO UTILIZADO 48

4.3.2 GRANULOMETRÍA DE LA MEZCLA MEJORADA CON CAUCHO 50

4.3.3 DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE ÓPTIMO DE CAUCHO 51

4.3.4 METODOLOGÍA PARA LA CONFECCIÓN DE LA MEZCLA

MEJORADA CON CAUCHO 51

4.4 DETERMINACIÓN DEL TIEMPO Y TEMPERATURA DE DIGESTIÓN 52

4.5 ESTUDIO DEL EFECTO DE LA TEMPERATURA Y TIEMPO DE

DIGESTIÓN EN LOS PARÁMETROS MARSHALL 59

4.5.1 DENSIDAD 59

4.5.2 ESTABILIDAD 61

4.5.3 FLUIDEZ 62

4.5.4 HUECOS EN LA MEZCLA TOTAL 64

4.5.5 VACÍOS EN EL AGREGADO MINERAL 66

4.6 DISEÑO FINAL 68

4.6.1 PARÁMETROS MARSHALL 69

4.6.2 DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE ASFALTO PARA EL

DISEÑO 75

4.7 VERIFICACIÓN DEL PORCENTAJE DE CAUCHO DE DISEÑO 77

4.7.1 RESISTENCIA A COMPRESION DIAMETRAL 77

4.7.2 MODULO RESILIENTE 80

4.7.2.1 Módulo Resiliente según Norma CEN 12697-26 82

4.7.2.2 Módulo Resiliente según Norma ASTM D4123-82 84

4.7.3 RESISTENCIA A LA FATIGA 89

4.7.4 RESULTADOS FINALES 92

5 CONCLUSIONES 93

5.1 GENERALES 93

5.2 ESPECÍFICAS 94

iii

6. RECOMENDACIONES 96

7. BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS 98

ANEXOS 102

iv

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 2.1. Martillo Marshall 9

Figura 2.2. Equipo Marshall 10

Figura 3.1. Acumulación de neumáticos a la orilla del camino 14

Figura 3.2. Esquema de fabricación de asfalto modificado con caucho mediante el proceso

por vía húmeda 20

Figura 3.3. Esquema de fabricación de la mezcla asfáltica con caucho por vía seca 26

Figura 4.1. Curva distribución granulométrica agregados 38

Figura 4.2. Curva distribución granulométrica mezcla IV-A-12 42

Figura 4.3. Probetas Marshall sin desmoldar 44

Figura 4.4. Variación de la Densidad respecto al porcentaje de cemento asfáltico, para

mezcla patrón 45

Figura 4.5. Variación de la Estabilidad respecto al porcentaje de cemento asfáltico, para

mezcla patrón 45

Figura 4.6. Variación de la Fluidez respecto al porcentaje de cemento asfáltico, para mezcla

patrón 46

Figura 4.7. Variación de los Huecos en la mezcla respecto al porcentaje de cemento

asfáltico, para mezcla patrón 46

Figura 4.8. Variación de Vacíos en el agregado mineral respecto al porcentaje de cemento

asfáltico, para mezcla patrón 47

Figura 4.9. Curva distribución granulométrica caucho 49

Figura 4.10. Conjunto de compactación 52

Figura 4.11. Resultados mezclas C1 y C2 55

Figura 4.12. Resultados mezclas C3 y C4 56

Figura 4.13. Resultados mezclas C5, C6 y C7 57

Figura 4.14. Resultados mezclas con 1% de caucho con tiempo de digestión de dos

horas 58

Figura 4.15. Variación de la densidad respecto al porcentaje de cemento asfáltico, para

mezclas con 0.5% de caucho, tiempo de digestión de dos horas y diferentes temperaturas de

digestión 60

v


mezclas con temperatura de digestión de 150ºC por dos horas 61

Figura 4.17. Variación de la Estabilidad respecto al porcentaje de cemento asfáltico, para


digestión 62

Figura 4.18. Variación de la fluidez respecto al porcentaje de cemento asfáltico, para


digestión 63

Figura 4.19. Variación de los huecos en la mezcla respecto al porcentaje de cemento

asfáltico, para mezclas con 0.5% de caucho, tiempo de digestión de dos horas y diferentes

temperaturas de digestión 65


asfáltico, para mezclas con temperatura de digestión de 150ºC por dos horas 66

Figura 4.21. Variación de vacíos en el agregado mineral respecto al porcentaje de cemento

asfáltico, para mezclas con 0.5% de caucho, tiempo de digestión de dos horas y diferentes

temperaturas de digestión 67


asfáltico, para mezclas con temperatura de digestión de 150ºC por dos horas 68


mezclas sin caucho y a 170º C por dos horas 70

Figura 4.24. Variación de la estabilidad respecto al porcentaje de cemento asfáltico, para





asfáltico, para mezclas sin caucho y a 170ºC por dos horas 74


asfáltico, para mezclas sin caucho y a 170º C por dos horas 75

Figura 4.28. Variación de la resistencia a la compresión diametral respecto al porcentaje de

caucho 76

Figura 4.29. Equipo Nottingham Asphalt Tester NU-10 81

Figura 4.30. Marco de Carga para Ensayes de Módulo Resiliente 81

vi

Figura 4.31. Variación del Módulos Resiliente a distintas temperaturas respecto al

porcentaje de caucho 83

Figura 4.32. Variación del Módulo Resiliente con relación a la frecuencia de aplicación de

carga a una temperatura de 25ºC 86

Figura 4.33. Variación del Módulo Resiliente con relación a la frecuencia de aplicación de

carga a una temperatura de 40ºC 86

Figura 4.34. Variación del Módulo Resiliente con relación al incremento en el porcentaje

de caucho, para una temperatura de 25ºC 88

Figura 4.35. Variación del Módulo Resiliente con relación al incremento en el porcentaje

de caucho, para una temperatura de 40ºC 88

Figura 4.36. Marco de Carga para Ensaye de Fatiga 90

Figura 4.37. Curva de Fatiga para mezclas con distinto porcentaje de adición de

caucho 91

vii

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 3.1. Terminología asociada con el uso del caucho en las mezclas asfálticas 18

Tabla 3.2. Granulometría SemiGap Graded 22

Tabla 3.3. Requerimientos del caucho triturado en migas 23

Tabla 3.4. Requisitos del ligante asfalto-caucho después de la reacción según ASTM 24

Tabla 3.5. Requisitos Mezcla con Asfalto-Caucho 24

Tabla 3.6. Granulometría del caucho usado en Ruta X-65 32

Tabla 4.1. Densidades y absorción del agregado pétreo 37

Tabla 4.2. Granulometría agregado pétreo 38

Tabla 4.3. Cubicidad de partículas agregado pétreo grueso 39

Tabla 4.4. Índice de Plasticidad agregado pétreo 39

Tabla 4.5. Resistencia al desgaste de agregado pétreo grueso 39

Tabla 4.6. Resultados cemento asfáltico 41

Tabla 4.7. Densidades y absorción de la mezcla de agregados 41

Tabla 4.8.Granulometría Semidensa según Manual de Carreteras Vol. 5 y mezcla de

trabajo 42

Tabla 4.9. Requisitos para Mezclas Asfálticas según especificaciones del M.C.-V.5 43

Tabla 4.10. Parámetros Marshall de la mezcla patrón 44

Tabla 4.11. Granulometría del caucho suministrado por PROBISA 49

Tabla 4.12. Granulometría del caucho utilizada 49

Tabla 4.13. Distribución Granulométrica en peso de mezclas con caucho 50

Tabla 4.14. Distribución Granulométrica en volumen de mezclas con caucho 50

Tabla 4.15. Resultados ensaye Inmersión-Compresión 54

Tabla 4.16. Resultados mezclas con 1% de caucho con tiempo de digestión de dos

horas 58

Tabla 4.17. Resultados de Densidad 59

Tabla 4.18. Resultados de Estabilidad Marshall 61

Tabla 4.19. Resultados de Fluidez Marshall 63

Tabla 4.20. Resultados de huecos en la mezcla total 64

Tabla 4.21. Resultados de vacíos en el agregado mineral 66

viii

Tabla 4.22. Resultados de Densidad para mezclas con temperatura de digestión

de 170ºC 69

Tabla 4.23. Resultados de Estabilidad Marshall para mezclas con temperatura de digestión

de 170ºC 71

Tabla 4.24. Resultados de Fluidez Marshall para mezclas con temperatura de digestión

de 170ºC 72

Tabla 4.25. Resultados de huecos en la mezcla total para mezclas con temperatura de

digestión de 170ºC 73

Tabla 4.26. Resultados de vacíos en el agregado mineral para mezclas con temperatura de

digestión de 170ºC 74

Tabla 4.27. Parámetros Marshall para evaluar el porcentaje de asfalto 76

Tabla 4.28. Resultados de las mezclas con 5.5% de cemento asfáltico 77

Tabla 4.29. Resultados mezclas con distinto porcentaje de caucho 78

Tabla 4.30. Resultados Módulo Resiliente a 25ºC según Norma CEN 12697-26 82

Tabla 4.31. Resultados Módulo Resiliente a 40ºC según Norma CEN 12697-26 82

Tabla 4.32. Resultados Módulo Resiliente según Norma ASTM D4123-82 85

Tabla 4.33. Resultados Ensaye de Fatiga 91

TABLA A.1: Resultados mezcla patrón (P1) 103

TABLA A.2: Resultados mezcla fabricada con temperatura de digestión de 150ºC por dos

horas con 1.0% de caucho (C1) 103



TABLA A.4: Resultados mezcla fabricada con temperatura de digestión de 160ºC por una

hora con 1.0% de caucho (C3) 104









1

1. INTRODUCCIÓN

1.1 INTRODUCCIÓN GENERAL

Los neumáticos desechados constituyen un grave problema medioambiental en

Chile y en el mundo. Las principales dificultades generadas por este residuo, tienen que ver

con su disposición final, dado que la mayoría de los neumáticos fuera de uso, se encuentran

botados a la orilla del camino, en sitios eriazos o en vertederos clandestinos, ocupando gran

espacio. La acumulación de neumáticos incrementa la posibilidad de incendios y la posible

emanación de gases tóxicos, además de contribuir a la proliferación de roedores, insectos y

otros posibles focos de infecciones.

La solución al problema que plantean los neumáticos fuera de uso, pasa

necesariamente por la búsqueda de vías capaces de valorizar adecuadamente este residuo

bajo condiciones económicas aceptables y en cantidades suficientes como para hacer frente

al elevado número de toneladas que se generan anualmente. Desde el punto de vista de la

reutilización como materia prima, se debe tener presente que en un neumático, alrededor de

un 60% de su composición son cauchos naturales o sintéticos, con posibilidades de ser

utilizados en otras aplicaciones.

El caucho granulado reciclado de neumáticos se obtiene a través de la trituración de

éstos y la separación de los componentes que los constituyen, principalmente el acero y las

fibras textiles. La trituración del neumático se realiza principalmente por dos métodos, uno

a temperatura ambiente y otro, criogénico. El primero de ellos, consiste en un proceso

puramente mecánico de trituración, donde los distintos tamaños de los granos de caucho

dependen de las etapas a las que se haya sometido. En segundo lugar, en la trituración

criogénica, los neumáticos se someten a baja temperatura, con lo cual el caucho se vuelve

frágil y fácil de destrozar en pequeñas partículas. A través de los procesos nombrados, se

obtiene migas de caucho con determinadas granulometrías para distintas aplicaciones.

En la actualidad, la instalación en el país de plantas recicladoras de neumáticos y

procesadoras del caucho, se encuentra por el momento sólo en etapa de proyecto, esperando

algún incentivo para realizar esta gran inversión. Esto implica que, desde un punto de vista

2

económico, los precios para obtener el caucho sean altos, pues sólo se consigue

importándolo desde países como Brasil o China.

Las mezclas asfálticas utilizadas en pavimentos, pueden incorporar una parte

importante del caucho de contenido en los neumáticos desechados. La adición de caucho

proveniente de neumáticos a las mezclas asfálticas es una forma de reciclar tales desechos y

mejorar las propiedades del pavimento. Las mezclas asfálticas modificadas con caucho

permiten obtener un pavimento con mejores respuestas a los cambios térmicos, así como

también se aumenta la resistencia a la fisuración por fatiga y al envejecimiento,

aumentando la vida útil del pavimento y disminuyendo los costos de mantenimiento. Por

otro lado, el incorporar caucho a las mezclas, reduce el nivel de ruido generado por el

tráfico al contacto con el pavimento y ayuda a la preservación del medio ambiente al

reciclar los neumáticos.

Las formas más comunes de incorporación de caucho de neumáticos en desuso

dentro de las mezclas asfálticas, son la vía húmeda y la vía seca. En la primera de ellas, el

caucho es mezclado directamente con el ligante, de igual forma que un asfalto modificado,

para añadir posteriormente los agregados. En la vía seca, los granos de caucho se añaden

como una fracción de áridos, sustituyendo parte de la fracción fina de la mezcla, antes de la

incorporación del ligante.

El grado de aporte de la incorporación del caucho molido en la mejora de las

propiedades de las mezclas, depende de varios factores, dentro de los cuales se pueden

incluir la tecnología de la incorporación (vía seca o húmeda), naturaleza del caucho, su

granulometría y el tamaño de las partículas, porcentaje de adición y el tiempo de reacción

para el proceso húmedo y para el caso de la incorporación por vía seca, el tiempo de

digestión.

La utilización de caucho en mezclas asfálticas no es reciente. Varios países, como

USA, Canadá, Brasil y España entre otros, han incorporado este tipo de mezclas en tareas

de conservación y construcción de pavimentos. En Chile, el estudio de las mezclas asfalto

caucho se ha venido investigando desde el año 1999. Con el apoyo del MOP y del Instituto

Chileno del Asfalto, la empresa Probisa realiza un estudio del mejoramiento del asfalto en

3

base a reciclados de neumáticos (2000) y en el año 2002, un memorista de la Universidad

de Chile efectúa un estudio en laboratorio acerca de la factibilidad técnica de las mezclas

asfálticas modificadas con caucho, utilizando el método húmedo. Cabe destacar la

existencia de dos tramos de prueba realizados por la Dirección de Vialidad utilizando

asfalto caucho a través del proceso húmedo, el primero de ellos es un tramo de la ruta X-65

en la XI región, realizado en el mes de mayo del 2004, y el segundo, en la rehabilitación de

la ruta 60-CH, en la V región, llevado a cabo en el mes de marzo del año 2005. (Ver

referencia Nº[1])

El presente trabajo se enmarca dentro de una iniciativa de investigación de parte del

Laboratorio Nacional de Vialidad y lo que se pretende es estudiar el efecto de la

incorporación de caucho de neumáticos desechados dentro de mezclas asfálticas en caliente

utilizando la vía seca, a través de ensayos en laboratorio, y compararlas con los estudios y

experiencias realizadas en Chile mediante el proceso húmedo y con mezclas asfálticas

tradicionales. Con este trabajo, se espera obtener una caracterización de las mezclas

asfálticas con caucho mediante proceso seco, lo que permitiría proponer normativas para la

Dirección de Vialidad, especialmente dentro del Manual de Carreteras.

4

1.2 OBJETIVOS

Objetivos generales

• Estudiar el comportamiento mecánico de las mezclas asfálticas a las cuales se les ha

incorporado caucho como material granular fino.

Objetivos específicos

• Tomar conocimiento de la realidad nacional e internacional acerca del tema y de los

proyectos ya realizados usando los distintos procesos de incorporación de caucho

dentro de las mezclas asfálticas.

• Caracterizar el caucho proveniente del reciclaje de neumáticos, para establecer

proporciones a usar dentro de la granulometría del árido de la mezcla.

• Realizar ensayos que permitan evaluar las propiedades de la mezcla en la cual será

utilizado el caucho como material granular fino.

• Proponer especificaciones para mezclas asfalto caucho mediante el proceso seco.

5

2. MARCO TEÓRICO

2.1 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

La mezcla asfáltica la constituye un material pétreo recubierto con una película de

asfalto, uniformemente combinados, en proporciones previamente especificadas. Las

cantidades relativas de estos materiales, determinan las propiedades y características de la

mezcla.

Las mezclas asfálticas pueden fabricarse en caliente o en frío, siendo más comunes

las primeras. Se denominan “mezclas en caliente”, pues para lograr que los áridos se

mezclen homogéneamente con el asfalto, ambos componentes se llevan a temperaturas

altas, sobre los 100ºC, para obtener una buena trabajabilidad de la mezcla. El proceso de

mezclado se realiza en una Planta Asfáltica, y luego se transporta la mezcla al sitio de

pavimentación y se coloca por medio de una pavimentadora o finisher, asegurándose que la

superficie se encuentre preparada correctamente. Una vez extendida, se somete a un

proceso de compactación, que hace que esta mezcla tenga propiedades resistentes al

desgaste producido por el paso de los vehículos, y a su vez, pueda traspasar la solicitación

del peso de ellos hacia las capas más profundas, absorbiendo una parte de esta solicitación.

A través de este proceso, se obtiene una superficie suave y bien consolidada.

2.1.1 PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS

Las propiedades fundamentales que deben tener las mezclas asfálticas son las

siguientes:

� Durabilidad, propiedad de la mezcla que hace que el pavimento sea capaz de

resistir la desintegración debido al tránsito y al clima. Éste último, afecta

principalmente al asfalto de la capa superficial por estar en contacto con el sol,

el aire y el agua, pues produce que este material, pierda las propiedades

aglutinantes, se oxide, se endurece y envejece, afectando la vida útil del

pavimento.

6

� Estabilidad, se refiere a la capacidad de la mezcla asfáltica para resistir las

cargas de tránsito sin que se produzcan deformaciones. Esta propiedad depende

de la cohesión de la mezcla y de la fricción interna.

La fricción interna es aportada por el material pétreo y depende del tamaño del

árido y de la rugosidad de sus caras. Las mezclas con materiales más gruesos y

de caras angulosas tendrán mayor estabilidad que mezclas con materiales

finos.

La cohesión es la fuerza aglutinante de la mezcla que depende

fundamentalmente de la capacidad que tenga el asfalto de mantener unidas las

partículas del agregado. Esta propiedad varía inversamente con la temperatura y

aumenta con el contenido de asfalto hasta llegar a un óptimo, luego hace un

efecto lubricador.

La pérdida de estabilidad en un pavimento se traduce en ahuellamientos y

ondulaciones.

� Flexibilidad, capacidad de la mezcla de adaptarse a las deformaciones por

asentamientos de la base y subrasante sin agrietarse.

� Resistencia a la fatiga, capacidad del pavimento asfáltico de soportar esfuerzos

provocados por el tránsito en repetidas pasadas.

� Impermeabilidad, las mezclas deben ser en lo posible totalmente

impermeables, de manera que el agua superficial no pueda atravesar hacia las

capas inferiores, evitando con ello que éstas puedan perder capacidad de

soporte.

� Resistencia al deslizamiento, capacidad del pavimento asfáltico de ofrecer

resistencia al resbalamiento o deslizamiento, especialmente cuando está

húmedo.

� Trabajabilidad, se refiere a la capacidad que tenga la mezcla de colocarse y

compactarse con facilidad.

7

El objetivo principal en el diseño de mezclas asfálticas es encontrar la combinación

más económica de agregados y asfalto, que le dé a la mezcla las propiedades antes vistas.

En resumen, podría decirse que lo que se busca con el diseño de las mezclas es

cumplir con lo siguiente:

1. Asfalto suficiente para asegurar un pavimento durable a través del total

recubrimiento de los agregados y trabazón de las partículas, bajo una adecuada

compactación.

2. Estabilidad suficiente de la mezcla para satisfacer los requerimientos de servicio

y las demandas del tráfico sin deformación o desplazamiento.

3. Porcentaje de huecos en la mezcla total compactada suficiente para absorber la

consolidación producto del amasado del tránsito.

4. Adecuada trabajabilidad para permitir una operación de construcción eficiente

en la colocación de la mezcla para pavimentación.

8

2.2 MÉTODO DE DISEÑO

El diseño de una mezcla asfáltica consiste básicamente en seleccionar una

granulometría y un porcentaje de asfalto de modo que, una vez fabricada y puesta en

terreno, cumpla las propiedades para la cual fue diseñada. Los métodos de dosificación

tienen como fin determinar el porcentaje de asfalto óptimo para una combinación

determinada de agregados de acuerdo a las propiedades seleccionadas.

Previo al diseño de la mezcla, es necesario que todos los materiales constituyentes,

agregados y asfaltos, sean analizados para decidir si son aptos o no para formar parte del

pavimento a construir.

El método de diseño más utilizado en Chile para las mezclas en caliente, es el

Método Marshall, el cual está basado en el empleo de ensayos mecánicos.

El Método Marshall es aplicable a mezclas en caliente con cementos asfálticos y

que contengan agregados con tamaño máximo igual o inferior a 25 mm. Este procedimiento

puede usarse tanto para el diseño en laboratorio como para el control de terreno.

El desarrollo del método implica la confección de una serie de probetas

normalizadas de 2½” de altura y 4” de diámetro, las cuales difieren en el porcentaje de

ligante. Suelen utilizarse al menos cinco contenidos de cemento asfáltico, variando entre

uno y otro en 0.5%, tratando de estar por encima y por debajo del óptimo esperado. Para

cada contenido de ligante, se fabrican al menos tres probetas.

Las probetas se preparan de acuerdo a un procedimiento específico de

calentamiento, mezclado y compactación. Las temperaturas de mezclado y de

compactación dependen del cemento asfáltico que se utilice para fabricar las probetas.

La compactación del material dentro de los moldes se realiza a través del martillo

Marshall, que es un dispositivo de acero, formado por una base plana y circular de 3 87 ” de

diámetro, equipado con un peso de 10 [lb] (4.54 [kg]) y construido de modo de obtener una

9

altura de caída de 18”. Las probetas se compactan con 75 golpes por cara, o como se

especifique según el tránsito de diseño.

Figura 2.1. Martillo Marshall

Las dos características principales de este método de diseño son el análisis

Densidad-Huecos y el ensaye de Fluidez y Estabilidad de las probetas.

La estabilidad de la probeta es el valor de la carga máxima en Newton que alcanzará

al ensayarla a compresión lateral en la máquina de ensaye Marshall, la cual está diseñada

para aplicar carga a las probetas a través de unas mordazas semicirculares a una velocidad

de deformación de 51 mm por minuto. La fluidez es la deformación, en cuartos de

milímetros, que ocurre desde el instante en que se aplica la carga hasta lograr la carga

máxima.

10

Figura 2.2. Equipo Marshall

Con los valores obtenidos, y en base a los criterios definidos en el Manual de

Carreteras en función del tipo de tránsito y el empleo de la mezcla, ya sea como carpeta de

rodado, carpeta intermedia o capa base, se obtiene el porcentaje óptimo de asfalto y la

mezcla de agregados pétreos que garantizan una buena estructura.

11

2.3 ASFALTOS MODIFICADOS

Existen situaciones en las cuales las mezclas asfálticas no son capaces de resistir la

acción conjunta del tránsito y clima, por lo cual se hace necesario desarrollar mezclas más

resistentes, mejorando sus propiedades mecánicas, haciendo énfasis en la durabilidad, el

ahuellamiento y la fatiga.

El asfalto es susceptible a la temperatura. Por ser un material viscoelástico, presenta

cambios continuos en sus características según el rango de temperaturas de operación: es

rígido a bajas temperaturas y fluido a altas. El principal objetivo al utilizar agentes

modificadores en el cemento asfáltico es lograr propiedades reológicas no obtenidas en los

asfaltos producidos con técnicas convencionales de refinación, principalmente las que

tienen que ver con la sensibilidad térmica.

Los beneficios que se pueden obtener al modificar el asfalto son:

� Aumentar la durabilidad del pavimento.

� Disminuir la susceptibilidad térmica, de modo que se aumente la rigidez a altas

temperaturas de servicio, mejorando la resistencia de las mezclas a la

deformación permanente y, por otro lado, se reduzca la fragilidad del asfalto

expuesto a bajas temperaturas, previniendo la fisuración térmica.

� Aumentar la resistencia a fatiga de las mezclas.

� Mejorar la adhesión del asfalto con los agregados pétreos.

� Mejorar la cohesión, brindando mejor retención de los agregados.

� Reducir el envejecimiento en servicio, ampliando la vida útil de las mezclas

asfálticas, ya que se mantienen las ventajas iniciales.

En general, la incorporación de polímeros en las mezclas asfálticas ha permitido

mejorar sus propiedades, como disminución de la deformabilidad y mayor resistencia a las

solicitaciones del tránsito. Los polímeros son sustancias orgánicas de alto peso molecular

que logran hidratarse e hincharse al interactuar con el betún asfáltico.

Los polímeros más utilizados son los plastómeros EVA (etileno acetato de vinilo),

los elastómeros SBS (estireno-butadieno-estireno) y el caucho molido.

12

3. MODIFICACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MEDIANTE LA

INCORPORACIÓN DE CAUCHO DE NEUMÁTICOS DESECHADOS

Uno de los polímeros utilizados para modificar el ligante y las mezclas asfálticas es

el caucho. Este puede ser especialmente fabricado o provenir de la recuperación de piezas

en desuso, como es el caso de los neumáticos.

3.1 CARACTERISTICAS DE LOS NEUMÁTICOS

Las principales componentes de los neumáticos son cauchos naturales y sintéticos

(SBS, SBR) y negro de humo. En menor cantidad, se encuentran el acero, textiles y

aditivos, entre los que se destacan aceites, óxido de zinc activado con cadmio, dióxido de

titanio, sulfuro, sílica, resinas fenólicas y ácidos grasos.

El caucho natural se elabora a partir del látex, que es una resina blanca lechosa que

se da en el árbol Hevea, más conocido como árbol del caucho, el cual se encuentra en

selvas húmedas tropicales de Brasil, Colombia o Tailandia. Este látex es una dispersión

acuosa que contiene entre un 25% a un 40% de caucho. Las cualidades que el caucho

natural aporta a los neumáticos son: la maleabilidad, gran resistencia mecánica y

adherencia de éstos sobre cualquier tipo de superficie, cualidades que hacen que en la

actualidad aún siga siendo un elemento indispensable para la industria de los neumáticos,

donde se consume aproximadamente el 70% de la producción mundial.

El caucho sintético fue desarrollado en los años 30, para contrarrestar la falta de

caucho natural. Las propiedades del caucho sintético son similares a las del natural, pero

tiene otras ventajas sobre éste, como por ejemplo, mayor resistencia a la abrasión, alta

adherencia al suelo y alta resistencia a la temperatura, más aún que el caucho natural.

En general, gran parte del caucho sintético es usado para la fabricación de los

neumáticos de automóviles, pero para los de camiones y buses, es necesaria una proporción

más grande de caucho natural, con el objeto de controlar mejor la generación de calor.

Como dato adicional, se tiene que las llantas de los automóviles contienen

aproximadamente 16% de caucho natural y 31% de sintético.

13

La combinación de cauchos naturales y sintéticos, se realiza de modo de que los

primeros, proporcionen elasticidad y los segundos, estabilidad térmica. Esta combinación

de efectos favorece la durabilidad y la capacidad de adaptarse a las nuevas exigencias del

tránsito.

El negro de humo es obtenido por combustión o descomposición térmica parcial de

gases naturales o hidrocarburos pesados. Este elemento en las llantas permite conseguir

unas mezclas más resistentes a la rotura y a la abrasión, dándoles el característico color

negro.

14

3.2 NEUMÁTICOS DESECHADOS

Cada año millones de neumáticos son desechados en todo el mundo. El principal

inconveniente con los neumáticos usados es su disposición final, dado que la mayoría de

ellos terminan en sitios eriazos o en vertederos clandestinos. El almacenamiento ocupa un

espacio considerable, aparte del peligro por la posibilidad de incendios y además por ser un

terreno ideal para la proliferación de roedores e insectos que a menudo son transmisores de

enfermedades. La quema directa provoca graves problemas ambientales ya que produce

emisión de gases que contienen partículas nocivas para el entorno. En los vertederos,

imposibilitan la compactación y ocasionan problemas de estabilidad por degradación

química parcial que sufren, generando inseguridad en los mismos.

Figura 3.1. Acumulación de neumáticos a la orilla del camino.

Se ha estimado que un 80% de los neumáticos desechados proceden de automóviles

o camionetas, un 20% de los vehículos pesados, y alrededor del 1% restante son

neumáticos especiales para motocicletas, aviones, equipos de construcción y vehículos

especiales.

15

En Chile no existe ningún método de reciclaje de los neumáticos. La única solución

que se ha dado a mayor escala, es el uso como combustible en los hornos de cementeras,

como reemplazo de parte del carbón necesario para la producción de clinker. En etapa de

estudio, se encuentra el proyecto de la instalación de una planta procesadora de neumáticos

en la planta de Codelco, ubicada en Calama.

En la actualidad, se utilizan diversos métodos para valorizar los neumáticos

desechados, a través de la obtención de granos de caucho, los cuales se usan como materia

prima en la elaboración de mezclas asfálticas. El caucho reciclado es obtenido a través de la

trituración de los neumáticos, separándolo de los demás componentes como el acero y las

fibras textiles.

Según el método utilizado para la producción de granos de caucho, se obtienen

diferentes características en cuanto a la forma y textura de ellos. Las técnicas de molienda

más comunes son el proceso ambiental y la trituración criogénica.

3.2.1 PROCESO AMBIENTAL

La trituración ambiental puede ser lograda de dos modos: por granulación y por

molienda. Este es un proceso puramente mecánico, donde el material entra en un molino o

granulador a temperatura ambiente, la cual aumenta considerablemente durante el proceso

debido a la fricción generada al ser desgarrado.

Los granuladores reducen el tamaño del caucho mediante corte por la acción de

cuchillas. El tamaño del producto es controlado por tamices ubicados dentro de la máquina,

los cuales pueden ser cambiados para variar el tamaño del producto final.

Otra forma es pasar el material por una serie de molinos, donde los primarios,

secundarios y finales son muy similares, y operan básicamente bajo el mismo principio,

estos usan dos rodillos grandes que van rotando, con dentaduras que cortan el material,

ubicadas en uno o ambos rodillos. La diferencia de los rodillos está en la configuración que

se les da; estos funcionan cara a cara, muy juntos y con distintas velocidades. El tamaño del

16

producto es controlado por el espacio libre entre los rodillos. El caucho, por lo general, es

pasado por 2 o 3 molinos para alcanzar varias reducciones de tamaño del grano, y así poder

separarlo de los otros componentes como fibras y acero que se encuentran en los

neumáticos. Las partículas de caucho producidas en molinos tienen formas típicas

alargadas, angostas y con una alta superficie de área.

El caucho obtenido por el proceso ambiental, se clasifica según el tamaño de las

partículas en Neumáticos cortados, Neumáticos triturados en astillas (Chips), caucho en

polvo y caucho en migas.

En general, los productos resultantes de este proceso son de alta calidad y limpio de

todo tipo de impurezas, facilitando la utilización de este material en nuevos procesos y

aplicaciones.

3.2.2 TRITURACIÓN CRIOGÉNICA

Este proceso se refiere al empleo de nitrógeno liquido u otros materiales o métodos

para congelar trozos de neumáticos o trozos de caucho antes de la reducción de tamaño,

volviéndolo frágil y quebradizo como un cristal a temperaturas por debajo de -62ºC.

El acero es separado mediante el empleo de imanes. La fibra textil es removida por

medio de aspiración y selección. El material resultante presenta aspecto brillante y limpio,

con superficies fracturadas y poco contenido de acero y fibra, debido a que la

fragmentación ocurre por las uniones entre estos materiales y el caucho.

El empleo de temperaturas criogénicas puede ser aplicado en cualquier etapa para la

reducción de tamaño de los trozos de neumáticos. Este método requiere instalaciones muy

complejas, lo que hace que sea poco rentable económicamente.

Al comparar los granos obtenidos por la trituración criogénica y ambiental, se

observa que las partículas para el primer método, son relativamente lisas y ovaladas, y para

el proceso ambiental, son irregulares en forma y textura superficial. En relación a este

17

aspecto, cabe destacar que la forma final obtenida de los granos de caucho influye en la

reacción con el cemento asfáltico, pues para partículas con alta superficie de área, como las

obtenidas con el proceso ambiental, la reacción con el ligante es rápida, en cambio, para las

partículas obtenidas a través de la trituración criogénica, al tener superficies planas y

limpias, se disminuye el nivel de reacción con el cemento asfáltico.

18

3.3 APLICACIÓN DE GRANOS DE CAUCHO EN LAS MEZCLAS

ASFÁLTICAS

El caucho proveniente de neumáticos desechados puede ser incorporado en las

mezclas asfálticas por medio de tres métodos diferentes denominados como Proceso por

Vía Húmeda, Proceso por Vía Seca y Proceso en Refinería.

En el Proceso Húmedo, el caucho actúa modificando el cemento asfáltico, mientras

que en el Proceso Seco, el caucho es usado como una porción de agregado fino. En el

Proceso en Refinería, la mezcla del caucho con el cemento asfáltico se realiza en la planta

productora de asfalto, para luego transportarlo a obra en donde se combina con los áridos

para producir la mezcla asfáltica. Cada proceso es utilizado dependiendo del producto que

se quiera obtener.

A continuación, se muestra la terminología asociada al uso de los granos de caucho

en mezclas asfálticas:

Tabla 3.1. Terminología asociada con el uso del caucho en las mezclas asfálticas.

MATERIAL VÍA PRODUCTO

Húmeda

Asfalto modificado con caucho ó Asfalto-Caucho

GRANOS DE

CAUCHO

Seca Mezcla asfáltica mejorada con caucho

19

3.3.1 PROCESO POR VÍA HÚMEDA

En este proceso, se unen los granos de caucho con el cemento asfáltico para

producir una mezcla modificada llamada asfalto-caucho, que es usada de la misma manera

que un ligante modificado. Este proceso se encuentra definido en la norma ASTM D8-88.

La fabricación de asfalto-caucho consiste en la mezcla de los granos de caucho,

usualmente de tamaño máximo 0.85 mm, con el cemento asfáltico en un estanque con

agitación. Generalmente, el porcentaje de adición de caucho es entre 18-24% con respecto

al peso del ligante.

Para promover la unión del asfalto y el caucho, es necesario establecer una

temperatura y un tiempo de reacción dentro del estanque. Usualmente, la mezcla es

formulada a temperaturas entre 180-210º C por 1 a 4 horas.

Dentro de los requerimientos del proceso húmedo, se establece que el estanque

agitador debe estar en terreno, ubicado junto a la planta asfáltica.

Una vez que el asfalto-caucho alcance los parámetros requeridos, especialmente la

viscosidad de la mezcla, se incorpora, en un proceso continuo, al mezclador de la planta

asfáltica para unirse con los agregados pétreos.

20

En el siguiente esquema, se muestra la fabricación de las mezclas asfalto-caucho por

el proceso vía húmeda:

La interaccion del caucho con el ligante

Figura 3.2. Esquema de fabricación de asfalto modificado con caucho mediante el

proceso por vía húmeda.

Una vez terminado el mezclado del asfalto-caucho con los agregados pétreos, el

concreto asfáltico obtenido se transporta al sitio de pavimentación y se coloca por medio de

una finisher tradicional. Para la compactación, generalmente se utiliza un rodillo liso doble

tambor.

El ligante asfáltico modificado con granos de caucho mediante el proceso húmedo

también puede ser utilizado como riego. El más común es el llamado SAM (Stress

Absorbing Membrane) que evita la reflexión de grietas. Cuando el riego SAM es puesto

entre capas es llamado SAMI (Stress Absorbing Membrane Interlayer), este riego de liga es

recomendado cuando la mezcla asfalto-caucho se coloca sobre pavimento antiguo de

hormigón.

3.3.1.1 Modificación del ligante. Los granos de caucho al mezclarse con el cemento

asfáltico, reaccionan con éste, hinchándose y ablandándose por la absorción de aceites

aromáticos, los cuales son componentes químicos del asfalto que le dan la consistencia para

que sea trabajable. Las partículas hinchadas se vuelven pegajosas, desarrollando

21

propiedades adhesivas. Además, a medida que se reducen los aceites aromáticos que

lubrican la mezcla, se observa un aumento en la viscosidad.

El proceso de hinchamiento de las partículas de caucho, no es del tipo química, pues

las partículas no se funden en el asfalto. El proceso se asimila a lo que sucede con una

esponja seca y dura al sumergirla en agua, pues a medida que la esponja absorbe el agua, se

hincha y ablanda.

El grado de modificación del ligante depende de ciertos factores entre los cuales se

encuentran el tamaño, textura y proporción de los granos de caucho, tipo de cemento

asfáltico, tiempo y temperatura de mezclado, grado de agitación mecánica durante la

reacción de la mezcla y el componente aromático del cemento asfáltico.

La viscosidad de la mezcla es el principal parámetro usado para supervisar la

reacción, es por esto que debe ser chequeada a diferentes intervalos de tiempo durante el

mezclado y el tiempo de reacción, hasta obtener la viscosidad requerida.

3.3.1.2 Especificaciones para el Proceso por Vía Húmeda utilizadas Dirección de

Vialidad. La Dirección de Vialidad construyó dos tramos de prueba, utilizando

especificaciones exigidas a los trabajos de construcción de capas superficiales de

pavimento con mezcla asfáltica en caliente confeccionada con ligante asfalto-caucho,

incluyendo la provisión de materiales, el transporte, la confección, distribución y

compactación de la mezcla.

A continuación se muestran los requisitos exigidos a los materiales constituyentes

de la mezcla asfáltica, entre ellos los áridos, el ligante y el caucho; así como también los

requerimientos de mezclado para la fabricación del ligante modificado y la producción de

la mezcla asfáltica por vía húmeda.

22

a. Requisitos de los Materiales

• Áridos:

La fracción gruesa y fina, y el filler deben cumplir con los requisitos de una

mezcla asfáltica en caliente según la sección 5.408 del Manual de Carreteras

Volumen 5.

o Mezcla de áridos:

Los áridos combinados deberán cumplir con la banda granulométrica

denominada SemiGap Graded, que se indica en la Tabla 2.2., cuando el

objetivo del uso del asfalto caucho sea evitar la reflexión de grietas. En otros

casos, se usa granulometrías convencionales.

Tabla 3.2. Granulometría SemiGap Graded. TAMICES

mm ASTM PORCENTAJE QUE PASA,

%

20 3/4" 100 12,5 1/2" 80-95 10 3/8" 64-79 5 Nº 4 49-57

2,5 Nº 8 43-51 0,63 Nº 30 37-45 0,30 Nº 50 30-38 0,16 Nº 100 15-24 0,08 Nº 200 9-12

• Ligante asfalto-caucho:

Este ligante se compone de asfalto base y caucho de neumático triturado.

o Asfalto base:

Este material debe cumplir los requisitos del ítem 5.408.202 del Manual de

Carreteras Volumen 5.

23

o Caucho triturado:

Deberá provenir de la trituración de los neumáticos de vehículos corrientes

usando el método ambiental o criogénico, o una combinación de ambos. Los

requerimientos son los indicados en la Tabla 2.3.

Tabla 3.3. Requerimientos del caucho triturado en migas.

REQUERIMIENTOS DEL CAUCHO TRITURADO EN MIGAS

(1) Granulometría Tamices

mm ASTM Porcentaje que pasa, %

2 Nº 10 100 0,85 Nº 20 60 – 100 0,63 Nº 30 50 – 90 0,3 Nº 50 0 – 45

0,08 Nº 200 0 – 5

(2) Contenido de Caucho Natural Mín. 30% (3) Densidad Relativa [kg/dm3] 1,10 – 1,25

o Mezcla asfalto-caucho:

- Condiciones de preparación del ligante asfalto-caucho:

Porcentaje de caucho en masa c/r al ligante total : 18 – 24%

Temperatura de reacción de la mezcla : 180 – 210°C

Tiempo de reacción (a la temperatura de reacción) : 1 – 4 horas

- Características del Estanque Mezclador:

El estanque deberá tener un sistema de calentamiento que permita

mantener temperaturas entre 180°C y 210°C, agitadores tipo aspas para

mantener en permanente agitación la mezcla asfalto-caucho durante el

periodo de reacción y el lapso adicional según sea necesario, de acuerdo al

funcionamiento integral de la planta.

24

- Requisitos del Ligante asfalto-caucho después de la reacción:

Tabla 3.4. Requisitos del ligante asfalto-caucho después de la reacción según ASTM.

Propiedades Mín. Máx. Viscosidad Brookfield a 175°C, [cP] 1.000 5.000 Penetración, 25°C, 100g, 5seg [1/10mm] 25 75 Penetración, 4°C, 200g, 60seg [1/10mm] 15 Resiliencia, 25°C [%] 20 Punto de Ablandamiento [°C] 55 PDR: Penetración Retenida, 4°C [%] 75

b. Producción de la mezcla asfáltica según proceso húmedo

1a Etapa: Preparación del ligante asfalto-caucho en un estanque provisto de un

sistema de agitación a la temperatura y tiempo necesario para lograr la

viscosidad especificada. Este estanque debe estar en terreno ubicado al lado de

la Planta de Mezcla en Caliente.

2a Etapa: Luego, en un proceso continuo, se efectuará la mezcla con los áridos y

filler en una Planta de Mezcla Asfáltica convencional. La temperatura de los

áridos deberá estar entre 180ºC y 220°C, dependiendo de la formulación en

laboratorio.

• Requisitos para la dosificación Marshall:

Tabla 3.5. Requisitos Mezcla con Asfalto-Caucho. Propiedades Mín. Máx.

Estabilidad Marshall [kN] 8 Fluencia [0,25 mm] 8 16 Huecos en la Mezcla [%] 3 6 Huecos en el Agregado Mineral (VAM) [%] 16 Huecos Llenos con Ligante [%] 70 Relación Filler / Ligante 1 1.5

25

3.3.2 PROCESO POR VÍA SECA

El proceso por vía seca es el método mediante el cual el caucho reciclado es

mezclado con los agregados, antes de adicionar el cemento asfáltico. En este proceso, se

usan los granos de caucho como un agregado en la mezcla asfáltica, los cuales pueden

sumarse como un árido más o como sustituto de una pequeña parte del agregado fino, el

cual puede estar entre el uno y tres por ciento del peso total de los agregados de la mezcla.

Si bien los granos de caucho son tratados como un árido, no pueden considerarse un

material inerte, pues interacciona con el ligante de la mezcla asfáltica. Este proceso de

interacción suele llamarse “digestión” del caucho. Mediante este proceso, el caucho pasa de

ser un árido elástico a ser un modificador del ligante en la mezcla asfáltica.

La digestión es un proceso que prolifera desde la superficie de la partícula de

caucho hacia su interior, por lo que será más rápida cuanto más fino sea el polvo de caucho,

menor su proporción dentro de la mezcla asfáltica y cuanto más elevada sea la temperatura

de la mezcla y el tiempo que se mantenga ésta caliente durante el proceso de fabricación y

puesta en obra. En laboratorio, la digestión puede simularse manteniendo la mezcla en

horno, a una temperatura en un rango 150-170° C y un tiempo de una a dos horas,

previamente a la compactación de la probeta.

Durante la digestión, no se producen reacciones importantes entre el caucho y

cemento asfáltico debido al corto tiempo de mezclado, donde éste no es suficiente para que

se produzca una reacción similar al proceso húmedo, por lo tanto, se asume que el efecto de

la reacción caucho-ligante en el proceso seco es menor y, asimismo, tiene un efecto

limitado en el comportamiento de la mezcla.

Sin el tiempo de digestión, no podría obtenerse la interacción entre el ligante y el

caucho, provocando que éste funcione como un árido elástico de granulometría muy

concentrada, lo que por un lado produce la apertura de huecos y por otro, impide la

compactación por su componente elástico. Este tiempo de curado de la mezcla es

fundamental, ya que en caso de no realizarlo correctamente, no solo no se provoca la

modificación del ligante, sino que se obtiene una mezcla de peores propiedades que una

26

tradicional. Sin digestión, se producen riesgos por deterioros prematuros de la mezcla

asfáltica en terreno. Se ha observado que el principal riesgo es por el ataque del agua a la

mezcla colocada, llevándola a desintegrarse progresivamente. Para evitar esta situación, es

necesario, durante el diseño de la mezcla asfáltica, estimar cual será la temperatura y el

tiempo de digestión mínimo para alcanzar el grado de digestión suficiente, esto puede hacer

a través del ensayo de Inmersión-Compresión, que mide el efecto del agua sobre la

cohesión de las mezclas asfálticas compactadas. (Ver referencia Nº [6])

En la siguiente figura, se muestra la fabricación de las mezclas asfálticas mejoradas

con caucho a través del proceso seco:

Figura 3.3. Esquema de fabricación de la mezcla asfáltica con caucho por vía seca.

Los granos de caucho son mezclados con los áridos, anteriormente calentados. El

cemento asfáltico es el mismo que se usa para mezclas convencionales, sin embargo, las

temperaturas de mezclado son más altas, por lo general entre 160° y 190° C, al igual que las

de compactación, que están entre 150° y 160° C.

A diferencia del proceso húmedo, este método no requiere de un equipo especial de

mezclado, solo un sistema de alimentación que proporcione la cantidad adecuada de caucho

27

y que sea suministrada en el momento indicado para que se mezcle con los agregados

cuando estos alcancen cierta temperatura y antes que el ligante sea adicionado.

Luego de mezclar el ligante con los agregados más el caucho, se le debe dar el

tiempo a esta mezcla para que suceda el proceso de digestión. Este tiempo en obra, la

mayoría de las veces está garantizado con el tiempo que toma el camión entre la planta, en

la que se elabora la mezcla y el lugar de colocación del concreto asfáltico utilizando una

extendedora tradicional.

3.3.2.1 Tecnologías para el uso de caucho reciclado mediante vía seca. Las

tecnologías más usadas en Estados Unidos para el uso de caucho reciclado mediante este

proceso, son la tecnología PlusRide y la tecnología Genérica o sistema TAK. Otra

tecnología muy popular es la desarrollada en España y es actualmente usada en muchos

países.

a. PlusRide. Esta tecnología fue originalmente desarrollada en Suecia a finales de

los años 1960, y registrada en los Estados Unidos bajo el nombre comercial

PlusRide por la firma EnviroTire. El caucho reciclado es agregado a la mezcla

en proporciones que van de 1 a 3 por ciento del peso total de los agregados. Los

granos de caucho utilizados son gruesos para sustituir algunos agregados de la

mezcla. Las partículas de caucho van desde 4.2 mm (1/4”) a 2.0 mm (tamiz

Nº10). El contenido de vacíos con aire en la mezcla asfáltica debe estar entre 2 y

4 por ciento, y por lo general son obtenidos con contenidos de ligante entre 7.5 a

9 por ciento.

b. Genérica. Este sistema fue desarrollado por el Dr. Barry Takallou a finales de

los años 1980 y a principio de los años 1990, para producir mezclas asfálticas en

calientes con granulometría densa. Este concepto emplea tanto el caucho

reciclado grueso como fino para compatibilizar la granulometría de los

agregados obteniendo una mezcla asfáltica mejorada. En este proceso, la

granulometría del caucho es ajustada para acomodar la granulometría de los

agregados. A diferencia de las mezclas PlusRide, la granulometría del caucho se

divide en dos fracciones en la que la parte fina se encarga de interactuar con el

28

cemento asfáltico mientras la parte gruesa entra a comportarse como un

agregado elástico en la mezclas asfáltica.

El caucho puede llegar a necesitar una pre-reacción o pre-tratamiento con un

catalizador para alcanzar un óptimo hinchazón de la partícula. En este sistema,

el contenido de caucho reciclado no debe exceder el 2 por ciento del peso total

de la mezcla para carpeta de rodadura.

c. Convencional. Esta tecnología fue desarrollada en España para usar el caucho

reciclado en la mejora de mezclas asfálticas empleando granulometrías

convencionales que no implican consumos elevados de cemento asfáltico, pero

que aportan menor cantidad de caucho, aproximadamente un dos por ciento del

peso total de los agregados. El caucho utilizado es generalmente de

granulometría fina, con tamaños de los granos no mayor a 0.5 mm. Estas

mezclas asfálticas han sido evaluadas dinámicamente en el laboratorio y

colocadas en la vía con buenos resultados.

29

3.4 CARACTERÍSTICAS DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

MODIFICADAS CON CAUCHO

Como se ha visto, existen distintas tecnologías de incorporación de caucho de

neumáticos en la mezcla asfáltica, pero existen ciertas ventajas que son comunes para

ambos casos. Entre estas ventajas, se encuentra la mejora en la resistencia a las

deformaciones plásticas.

En términos generales, puede decirse que cuanto más caucho se incorpora, es mayor

el contenido de ligante en la mezcla asfáltica y mayor es la resistencia a la fatiga y a la

reflexión de grietas.

Entre los principales beneficios que se obtienen usando asfalto-caucho como ligante

modificado mediante Vía Húmeda, está la reducción de la susceptibilidad térmica, además

de mejorar el comportamiento a fatiga y al envejecimiento debido a los altos contenidos de

ligante asfalto-caucho (entre 6.5 y 7.5% con respecto a los agregados), sin que se vea

perjudicada la resistencia a las deformaciones plásticas. Cabe destacar que al usar caucho

como modificador del ligante, aumenta la viscosidad, permitiendo mayor flexibilidad a

bajas temperaturas y mejor estabilidad a altas.

Dentro de las desventajas del método por Vía Húmeda, se tiene que posee un alto

costo inicial, debido a que es necesario incorporar equipos especiales en el proceso de

producción y de mezclado del ligante con el caucho. Por otro lado, el aumento de la

viscosidad produce dificultades en la manipulación y en la aplicación, junto con esto se

requieren mayores temperaturas de mezclado y de compactación.

Aunque en el proceso por Vía Seca, la reacción entre el caucho y el cemento

asfáltico es menor que para el ligante asfalto-caucho obtenido por Vía Húmeda, si se

encuentra la temperatura y tiempo de digestión adecuada, se obtendrán propiedades

similares en ambas mezclas.

Según literatura, el uso de partículas gruesas de caucho como un agregado en la

mezcla asfáltica puede mejorar el desempeño de la misma. Las partículas de caucho que

30

quedan expuestas en las superficie del pavimento tienen una función importante al impedir

que los neumáticos de los vehículos se deslicen sobre el pavimento, ofreciendo un mejor

agarre, y las que quedan dentro del cuerpo de la mezcla ayudan a retardar el fisuramiento

de ésta, por absorción de los esfuerzos, obstaculizando la propagación de la fisura.

3.5 EXPERIENCIAS EXTRANJERAS Y NACIONALES UTILIZANDO

CAUCHO RECICLADO

El caucho en las mezclas asfálticas ha sido utilizado desde principios del siglo

pasado. En 1920, empezaron los estudios y las primeras pruebas de la modificación del

asfalto con caucho molido, sin mucho éxito.

La primera tecnología en la cual se utilizó el proceso húmedo fue llamado el

proceso McDonald, debido a los estudios realizados en 1960, por Charles McDonald, quien

encontró una fórmula exitosa de tiempo/temperatura para la incorporación de caucho

reciclado para modificar el ligante.

En 1968, el “Arizona Department of Transportation” (ADOT), colocó la primera

membrana SAM y en 1972, la primera SAMI como retardadora de figuración.

Experiencias similares fueron llevadas a cabo por la Arizona Refinery Company

(ARCo) o la EnviroTire INC con su sistema PlusRide de incorporación de granos de

caucho de triturado de neumático al agregado, para fabricar una mezcla discontinua. Varios

estados de Estados Unidos, entre ellos California y Florida, se unieron a estas experiencias,

realizando tramos de prueba y colocando asfalto-caucho donde quiera que se presente

agrietamiento, con buenos resultados.

En España, los estudios comienzan en 1974 cuando el Centro de Investigaciones

Elpidio Sánchez Marcos trabajó en fórmulas de incorporación de caucho al ligante para

posteriormente fabricar mezclas asfálticas que fueron aplicadas en las calles de la ciudad de

Barcelona.

31

En los años 90, Juan Gallego Medina realiza su tesis doctoral en la Escuela de

Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Autónoma de Madrid. Este

trabajo ha sido un gran apoyo a la presente investigación sobre el uso del caucho tanto para

vía húmeda como seca.

Los estudios y las pruebas con caucho por vía seca, han sido más actuales. En

España, existen tramos de prueba en Madrid y en la provincia de Salamanca. Otros países

de Europa, que han experimentado con tramos de prueba con el proceso por vía seca son

Portugal, Italia y el Reino Unido.

En Sudamérica, también se ha experimentado con caucho. En Brasil, existen tramos

de prueba usando vía seca y húmeda, al igual que en México y en Colombia. En Argentina,

se realizó un tramo de prueba utilizando el proceso seco en el año 2002, en la ciudad de

Buenos Aires, en un sector de una de las avenidas más importantes de la ciudad, con alto

trafico de autobuses urbanos, con resultados bastantes alentadores.

En Chile, existen dos tramos experimentales utilizando el proceso húmedo

realizados por la Dirección de Vialidad. El primero de ellos, se realizó en la undécima

Región de Aysén en la Ruta X-65 en mayo del año 2004. El segundo tramo experimental

fue realizado en la V Región, en la provincia de Los Andes, en la Rehabilitación de la Ruta

60 CH, llevado a cabo en marzo del año 2005.

3.5.1 TRAMO EXPERIMENTAL I (Ruta X –65, km 22.270-22.770)

En la Región de Aysén, existe una importante variabilidad climática y térmica

durante todo el año, con temperaturas que oscilan entre -20° C en invierno y sobre 25º C

en verano. La Ruta X-65 une el sector de Villa Cerro Castillo con la ciudad de Puerto

Ibáñez, presentando solicitaciones de tránsito bajas. En esta zona las condiciones climáticas

son comparativamente más rigurosas que en el resto de la región, lo que produce que los

pavimentos asfálticos se vean enfrentados a un mayor riesgo de agrietamiento térmico y

deformaciones, por lo cual es necesario que su diseño considere este amplio rango de

prestaciones.

32

La Dirección Regional de Vialidad decidió pavimentar un tramo de prueba de 500

m de longitud, utilizando un pavimento con una mezcla asfáltica con ligante modificado

con migas de caucho, con el fin de evaluar posteriormente la posibilidad de aplicarlo con

mayor frecuencia en los programas de pavimentación.

Características del tramo experimental.

• Estructura del pavimento:

El pavimento colocado tiene la siguiente estructura:

-Carpeta asfalto caucho : 6 cm

-Base granular (CBR 80%) : 20 cm

-Subbase granular (CBR 50%) : 24 cm

• Características de la Mezcla Asfáltica:

Para la pavimentación, se empleó mezcla asfáltica de granulometría semi densa

tipo IV-A–12.

El asfalto empleado para producir el ligante asfalto-caucho fue un CA 60/80.

La granulometría del caucho utilizado es la mostrada en la tabla 2.6.

Tabla 3.6. Granulometría del caucho usado en Ruta X-65.

TAMICES mm ASTM

PORCENTAJE QUE PASA, %

2.0 N° 10 100 1.25 N° 16 98 0,63 Nº 30 52 0,3 Nº 50 12

0,16 Nº 100 2 0,08 Nº 200 0.5

• Preparación del Ligante:

El ligante asfalto-caucho fue preparado siguiendo el proceso por vía húmeda.

Fue confeccionado en terreno, para lo cual se empleó un estanque instalado

junto a la planta asfáltica. Este estanque digestor está provisto de un sistema de

calefacción y de agitación para mantener condiciones controladas de

temperatura, tiempo y agitación.

33

El ligante asfalto-caucho fue fabricado con 82 partes de cemento asfáltico CA

60/80 y 18 partes de caucho de trituración de neumático.

• Dosificación de la Mezcla en Caliente con ligante asfalto-caucho:

Porcentaje de asfalto-caucho (%) : 7.1 ± 0.3

Porcentaje de VAM (%) : 18.95

Estabilidad Marshall (N) : 8950

Densidad (kg/m3) : 2177

Temperatura de mezclado (°C) : 180 ± 5

Temperatura de compactación (°C) : 165 ± 5

• Proceso Constructivo:

El proceso de mezclado con el árido se realizó en una Planta Asfáltica de tambor.

El proceso de colocación se realizó con una finisher tradicional.

La compactación se realizó con un rodillo liso doble tambor, el cual para

obtener los niveles de densidad deseados utilizaba dos ciclos, además se ocupó

dos rodillos neumáticos.

3.5.2 TRAMO EXPERIMENTAL II (Ruta 60 CH, km 66.000-67.500)

La Ruta 60 CH es el Camino Internacional a Mendoza, con tránsito pesado y fuertes

variaciones térmicas. Las temperaturas promedio están entre 30º C y –4º C.

La Dirección de Vialidad decidió realizar un tramo de prueba, utilizando asfalto-

caucho sobre el hormigón existente, que tenia más de 20 años de vida. Se utiliza como

riego de liga un riego SAMI de ligante asfalto-caucho y la granulometría SemiGap Graded.

Se estudia esta aplicación de mezcla con asfalto-caucho en este contrato, como

solución alternativa para evitar la reflexión de grietas.

34

Características del tramo experimental.

• Estructura del pavimento sobre hormigón existente:

Pista izquierda (Pista 2)

km 66.000 al km 67.000:

-Carpeta asfalto / caucho : 5 cm

-Riego SAMI

-Base asfáltica abierta : 5 cm

-Hormigón existente

km 67.000 al km 67.500:


-Riego SAMI


Pista derecha (Pista 1)

km 66.020 al km 66.490:

-Carpeta asfalto CA 60/80 : 5 cm

-Riego emulsión 1:1



km 66.490 al km 67.000:





km 67.000 al km 67.500:

-Carpeta asfalto caucho : 5 cm



35

• Características de la Mezcla Asfáltica:

Se empleó la granulometría SemiGap Graded de acuerdo a la banda

granulométrica especificada en el Estudio sobre Asfalto - Caucho presentado

como Proyecto de Innovación Tecnológica en Vialidad y recomendada para

evitar la reflexión de grietas.

El asfalto empleado para producir el ligante modificado fue un CA 60/80.

• Preparación del Ligante:

El ligante asfalto-caucho fue confeccionado en la planta asfaltera ubicada en

Concón. Este ligante se transporta en camión, aproximadamente dos horas de

viaje, y se carga directo a la Planta mezcladora en Caliente en terreno.

En esta experiencia en terreno, se observó que la viscosidad del ligante tenía

gran dispersión al ser preparado en la planta asfaltera y no en faena, como lo

indica el proceso por Vía Húmeda.

• Dosificación de la Mezcla asfalto-caucho:

Porcentaje de asfalto / caucho (%) : 6.5 ± 0.3

Porcentaje de VAM (%) : 19.1

Estabilidad Marshall (N) : 12.658

Densidad (kg/m3) : 2300

Temperatura de mezclado (°C) : 185 ± 5

Temperatura inicio compactación (°C) : 175 ± 5

• Proceso Constructivo:

La mezcla se realizó en una Planta Asfáltica de Tambor ubicada en terreno. El

proceso de colocación se realizó con una finisher tradicional.

La compactación se realiza con dos pasadas de rodillo liso vibratorio y luego

con rodillo neumático (un promedio de 30 ciclos). La compactación empezó con

una temperatura de 160º C y se terminó a los 60º C.

36

4. DESARROLLO EXPERIMENTAL

En este capítulo, se describe cómo se desarrolla el presente trabajo de investigación,

la metodología seguida, los procedimientos desarrollados en los cuales se especifican los

ensayos realizados, las características de los materiales utilizados, y los criterios de

selección de las mezclas asfálticas mejoradas con granos de caucho.

Para realizar el estudio de la incorporación de caucho mediante vía seca, es

necesario partir con una mezcla patrón, con el fin de comparar la variación de las

propiedades de esta mezcla al añadirle diferentes porcentajes de caucho. En este caso, la

mezcla patrón corresponde a una mezcla convencional del tipo Semidensa.

En la mezcla patrón y en las mejoradas con caucho, se utilizarán los mismos

materiales pétreos y cemento asfáltico.

4.1 CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES

4.1.1 AGREGADOS PÉTREOS

Se denomina agregado grueso a la porción del agregado retenida en el tamiz 2.5 mm

(N° 8) y agregado fino, a la porción que pasa el mismo tamiz. Si se requiere, puede

adicionarse filler de aportación, el cual está constituido por polvo mineral fino, tal como

cemento hidráulico, cal u otro material inerte, libre de materia orgánica y partículas de

arcilla.

Los agregados utilizados provienen de cantera de la Planta Puente Verde de la

Empresa Bitumix S.A. Se ocupan tres materiales: Gravilla ¾”, Gravilla �” y Polvo Roca.

A estos materiales, se les realizaron los siguientes ensayos de caracterización, de

acuerdo al Vol.8 del Manual de Carreteras.

• Determinación de la densidad real seca, densidad neta y absorción de los

agregados.

37

• Determinación cuantitativa de la distribución de los tamaños de las partículas de

los agregados gruesos y finos.

• Cubicidad de partículas.

• Índice de Plasticidad.

• Determinación de la resistencia al desgaste de los agregados, por medio de la

máquina de Los Ángeles.

a. Densidad real seca, densidad neta y absorción. Estos ensayos están descritos en la

sección 8.202.20 (LNV 68) y 8.202.21 (LNV 69).

Tabla 4.1. Densidades y absorción del agregado pétreo.

Ensayes Gravilla ¾” Gravilla �” Polvo Roca Densidad Neta [kg/m³] 2.732 2.731 2.715 Densidad Real Seca [kg/m³] 2.650 2.629 2.658 Absorción 1.12 % 1.78 % 0.63 %

b. Análisis granulométrico. La granulometría está definida como la distribución

porcentual en masa de los distintos tamaños de partículas que constituyen el agregado

pétreo. Se determina mediante el análisis granulométrico, el cual consiste en separar

una muestra de agregado en fracciones de igual tamaño. La granulometría se expresa en

función de los porcentajes parciales retenidos en cada tamiz. A continuación, se

presenta el resultado del análisis granulométrico y la respectiva curva granulométrica.

Este ensayo se realizó de acuerdo a lo descrito en la sección 8.202.3 (LNV 65).

38

Tabla 4.2. Granulometría agregado pétreo.

Tamices Porcentaje que pasa, % mm ASTM Gravilla ¾” Gravilla �” Polvo Roca 20 3/4" 100

12,5 1/2" 31 10 3/8" 19 100 100 5 Nº 4 2 10 97

2,5 Nº 8 1 1 76 0,63 Nº 30 43

0,315 Nº 50 30 0,16 Nº 100 21 0,08 Nº 200 15

DISTRIBUCIÓ N GRANULO MÉTRICA AGREGADO S PÉTREO S

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10 100

Tamaño de Partículas (mm)

Porc

enta

je q

ue p

asa

(%)

Gravilla 3/4 Gravilla 3/8 Polvo Roca

Figura 4.1. Curva distribución granulométrica agregados.

c. Cubicidad de partículas. A través de este ensaye, se determina el contenido

porcentual de partículas chancadas, rodadas y lajeadas de la fracción de un pétreo

retenida en el tamiz 5 mm. El procedimiento se describe en la sección 8.202.6 (LNV 3)

del Manual de Carreteras.

39

Tabla 4.3. Cubicidad de partículas agregado pétreo grueso.

Ensayes Gravilla ¾” Gravilla �” Exigencia Método Partículas chancadas [%] 99 100 mín. 90 8.202.6 (LNV 3) Partículas lajeadas [%] 1 1 máx. 10 8.202.6 (LNV 3)

d. Índice de Plasticidad. El método para la determinación de este índice está descrito en

la sección 8.102.4 (LNV 90).

Tabla 4.4. Índice de Plasticidad agregado pétreo.

Ensayes Gravilla ¾” Gravilla �” Polvo Roca Exigencia Método Indice de Plasticidad NP NP NP NP 8.102.4 (LNV 90)

e. Resistencia al desgaste. El objetivo de este ensayo es medir la dureza del los pétreos

mayores a 2.5 mm, mediante la máquina de Los Ángeles. El procedimiento de este

ensaye se encuentra en la sección 8.202.11 (LNV 75).

Tabla 4.5. Resistencia al desgaste de agregado pétreo grueso.

Ensayes Gravilla ¾” Gravilla �” Exigencia Método Desgaste de Los Angeles [%] 12,9 18,7 máx. 25 8.202.11 (LNV 75)

4.1.2 LIGANTE ASFÁLTICO

Los ligantes son constituidos por la fracción más pesada de la destilación del

petróleo. La mayor o menor dureza del asfalto depende de las condiciones de destilación,

tales como presión, temperatura y tiempo.

El uso principal del cemento asfáltico es en mezclas en caliente para la construcción

y conservación de vías. Actualmente, los cementos asfálticos se clasifican según el grado

de viscosidad absoluta medida a 60° C, siendo los más usados los asfaltos CA 14

(viscosidad entre 1400 y 2400 poise) y CA 24 (viscosidad mayor a 2400 poise).

40

Anteriormente, la clasificación era según el Grado de Penetración en base a la

dureza o consistencia que es medida mediante el ensayo de penetración. Este ensayo mide

las décimas de milímetros que una aguja penetra dentro de la masa de asfalto a 25º C, con

un peso de 100 gr en 5 segundos. En este caso, los cementos asfálticos más utilizados eran

los CA 60-80 y CA 80-100, donde las cifras indican los límites máximos y mínimos de la

penetración.

Para esta investigación, se decidió trabajar con un cemento asfáltico CA 60/80. La

razón de esta elección fue para relacionar y comparar con los estudios realizados

anteriormente con el proceso por vía húmeda, en laboratorio y en los tramos

experimentales.

El cemento asfáltico fue caracterizado según los siguientes ensayes:

• Viscosidad Brookfield a 60º y a 135º C.

• Ductilidad.

• Penetración.

• Punto de ablandamiento.

• Densidad.

Además, este cemento fue sometido al proceso de envejecimiento en el horno de

película delgada rotatoria (RTFO), realizándose los ensayes de:

• Pérdida por Calentamiento.

• Viscosidad Absoluta a 60º C.

• Ductilidad.

• Índice de Durabilidad.

A continuación, se muestran los resultados de los ensayes de caracterización

realizados al cemento asfáltico, además se muestran los resultados luego del envejecimiento

en el horno de película delgada rotatoria.

41

Tabla 4.6. Resultados cemento asfáltico.

Propiedades Valor Exigencia Método Densidad, 25° C, [kg/m³] 1014 8.302.2 (LNV 16) Penetración, 25° C, 100g, 5seg, [1/10mm] 73 60 - 80 8.302.3 (LNV 34) Ductilidad 25º C, 5cm/ mín., [cm] 150 mín. 100 8.302.8 (LNV 35) Punto de Ablandamiento, [°C] 46,8 8.302.16 (LNV 48) Viscosidad Brookfield a 60º C, s29, 1rpm, 21% Torque, [P] 2100 8.302.24 Viscosidad Brookfield 135º C, s29, 120rpm, 5,1% Torque, [P] 4,3 8.302.24 PDR: Pérdida por Calentamiento, [%] 0,3 máx. 0.8 8.302.33 (LNV 33) Ductilidad 25º C, 5cm/ min, [cm] 150 mín. 100 8.302.8 (LNV 35) Viscosidad absoluta a 60º C, [P] 6672 8.302.15 (LNV 41) Índice de Durabilidad 3,2 máx. 3.5

De acuerdo a las especificaciones para los cementos asfálticos, que se muestran en

la Tabla 8.301.1A del Vol.8 del Manual de Carreteras, este ligante cumple con la

especificación de un CA 60/80.

4.1.3 MEZCLA DE ÁRIDOS

La mezcla de los áridos cumple con los requisitos de una mezcla asfáltica en

caliente, establecidos en la sección 5.408 del Vol.5 del Manual de Carreteras. Los

resultados de los ensayos de densidad y absorción de la mezcla de agregados, se muestran

en la tabla 3.7.

Tabla 4.7. Densidades y absorción de la mezcla de agregados.

Ensayes Mezcla Densidad Neta [kg/m³] 2.736 Densidad Real Seca [kg/m³] 2.637 Absorción 1.7 %

La granulometría de la mezcla de agregados es de tipo Semidensa, la cual

comúnmente se usa para carpeta de rodadura. La granulometría utilizada y la banda IV-A-

12, se presentan en la siguiente tabla.

42

Tabla 4.8. Granulometría Semidensa según Manual de Carreteras Vol. 5 y mezcla de trabajo.

Tamices Porcentaje que pasa, % mm ASTM IV-A-12 Mezcla de trabajo 20 3/4" 100 100

12,5 1/2" 80-95 88 10 3/8" 70-85 78 5 Nº 4 43-58 51

2,5 Nº 8 28-42 35 0,63 Nº 30 13-24 13 0,3 Nº 50 8-17 8

0,16 Nº 100 6-12 6 0,08 Nº 200 4-8 4

Se trabaja por el centro de la banda IV-A-12 hasta la malla Nº8. Para los siguientes

tamaños, se adopta los valores mínimos del intervalo, esto para disminuir la cantidad de

finos en la mezcla.

DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA MEZCLA IV -A-12

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10 100


Porc

enta

je q

ue p

asa

(%)

Especificación IV-A-12 (mín) Especificación IV-A-12 (máx) Mezcla de trabajo

Figura 4.2. Curva distribución granulométrica mezcla IV-A-12.

43

4.2 DISEÑO MARSHALL DE LA MEZCLA PATRÓN

La cantidad de cemento asfáltico requerida se determina con el procedimiento

Marshall, mediante la elaboración de probetas con distintos contenidos de ligante, con el

cual se obtienen los parámetros Marshall que permiten determinar el porcentaje óptimo de

ligante en la mezcla.

El Método de Diseño Marshall permite obtener un contenido óptimo de cemento

asfáltico para mezclas asfálticas en caliente. Los parámetros que se estudian durante el

diseño son la Estabilidad, Fluidez, Densidad, Vacíos de la mezcla asfáltica y Vacíos en el

agregado mineral. De acuerdo al criterio de diseño establecido, la determinación del

contenido óptimo de asfalto se obtiene principalmente con la densidad, estabilidad y vacíos

con aire en la mezcla asfáltica. Este método se encuentra descrito en 8.302.47 (LNV 47) del

M.C-V.8.

Los criterios aplicados en la evaluación de las mezclas asfálticas diseñadas

siguiendo el método Marshall son los especificados en el Manual de Carreteras, V.5,

sección 5.408.203, que trata sobre las propiedades de las mezclas asfálticas. Los requisitos

que deben cumplir las mezclas asfálticas se indican en la siguiente tabla.

Tabla 4.9. Requisitos para Mezclas Asfálticas según especificaciones del M.C.-V.5.

Estabilidad mín. Fluencia Huecos en la mezcla TIPO DE MEZCLA ASFALTICA [N] [0,25 mm] [%]

Rodadura 9.000 8-16 4-6 Intermedia 8.000 8-16 3-8

Base Gruesa 6.000 8-16 5-10

Para la determinación del contenido óptimo de ligante en la mezcla patrón, se

elaboraron mezclas con cuatro contenidos diferentes de ligante. Los porcentajes utilizados

fueron de 4.5%, 5%, 5.5% y 6%.

Las diferentes probetas Marshall se preparan según el método descrito en 8.302.40

del M.C.-V.8. y se elaboran con 1100 g de peso, en moldes de 10.2 cm de diámetro, y con

una energía de compactación de 75 golpes por cada cara.

44

Los parámetros Marshall para cada contenido de asfalto, se obtienen del promedio

de los resultados obtenidos de tres probetas, cuyos valores no difieran demasiado entre

ellas.

Figura 4.3. Probetas Marshall sin desmoldar.

Los resultados del diseño Marshall de la mezcla patrón, se muestran a continuación:

Tabla 4.10. Parámetros Marshall de la mezcla patrón. DISEÑO MARSHALL Tª mezclado probetas 152 ºC Tª compactación probetas 143 ºC

UNIDAD RESULTADOS ASFALTO 60-80 % ref. agr. 4,5 5,0 5,5 6,0 Densidad kg/m3 2271 2292 2288 2283 DMM kg/m3 2466 2449 2432 2416 Estabilidad N 9025 10933 9415 8274 Fluencia 0,01'' 12,5 13,5 14,5 16 Huecos % 7,9 6,4 5,9 5,5 Huecos en el agregado mineral (VAM) % 17,6 17,2 17,8 18,3

45

DENSIDAD Vs PORCENTAJE DE ASFALTO

2265

2270

2275

2280

2285

2290

2295

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

ASFALTO (%Pb)

DE

NSI

DA

D [k

g/m

^3]

Figura 4.4. Variación de la Densidad respecto al porcentaje de cemento asfáltico, para

mezcla patrón.

ESTABILIDAD Vs PORCENTAJE DE ASFALTO

7000

7500

8000

8500

9000

9500

10000

10500

11000

11500

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

ASFALTO (%Pb)

EST

AB

ILID

AD

[N]

Figura 4.5. Variación de la Estabilidad respecto al porcentaje de cemento asfáltico,

para mezcla patrón.

46

FLUIDEZ Vs PORCENTAJE DE ASFALTO

11

12

13

14

15

16

17

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

ASFALTO (%Pb)

FLU

IDE

Z [0

,01'

']

Figura 4.6. Variación de la Fluidez respecto al porcentaje de cemento asfáltico, para

mezcla patrón.

PORCENTAJE DE HUECOS EN LA MEZCLA Vs PORCENTAJE DE ASFALTO

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

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

ASFALTO (%Pb)

% H

UE

CO

S E

N L

A M

EZ

CL

A

Figura 4.7. Variación de los Huecos en la mezcla respecto al porcentaje de cemento

asfáltico, para mezcla patrón.

47

PORCENTAJE DE VACIOS EN EL AGREGADO MINERAL Vs PORCENTAJE DE ASFALTO

17,0

17,2

17,4

17,6

17,8

18,0

18,2

18,4

18,6

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

ASFALTO (%Pb)

% V

AC

IOS

EN

EL

AG

RE

GA

DO

MIN

ER

AL

Figura 4.8. Variación de Vacíos en el agregado mineral respecto al porcentaje de

cemento asfáltico, para mezcla patrón.

La determinación del contenido óptimo de asfalto para una carpeta de rodado, se

realiza calculando el promedio entre los porcentajes de asfalto que entreguen la máxima

Estabilidad, la máxima Densidad y 5% de Huecos en la Mezcla. Al porcentaje de asfalto

óptimo obtenido se le aplica una tolerancia de ±0.3%.

Para esta mezcla, se obtiene que el máximo por Densidad se encuentra con 5.4% de

cemento asfáltico y el máximo por Estabilidad, con 5.1%. Con respecto a los huecos en la

mezcla, el mínimo que se tiene con los porcentajes de cemento utilizados, es de 5.5%.

Para esta mezcla, el porcentaje óptimo de asfalto, se estima que estaría cercano al

5.5%. Con este porcentaje, la Estabilidad y los huecos en la mezcla, se encuentran dentro

de las especificaciones para una carpeta de rodadura (Tabla 4.9).

48

4.3 PREPARACIÓN DE LA MEZCLA MEDIANTE PROCESO POR VIA SECA

Este proceso se desarrolla para estudiar el efecto del caucho al adicionarse como

una parte de los agregados finos en la elaboración de las mezclas asfálticas. La tecnología de

aplicación de la vía seca es la convencional, desarrollada en España, la cual usa porcentajes

de adición de hasta el 2% del peso total de los agregados.

En esta investigación, el caucho se adiciona en porcentajes de 0.5%, 1.0% y 1.5%

con respecto al peso del árido y se utiliza una granulometría Semidensa IV-A-12, según la

Tabla 5.408.201.F del Vol. 5 del Manual de Carreteras.

4.3.1 CAUCHO UTILIZADO

El caucho lo suministra la Empresa PROBISA. Este caucho es similar al usado en el

tramo experimental en la Ruta X-65, es importado y proviene de triturado de neumáticos

usando el método ambiental, descrito anteriormente.

La densidad del caucho utilizado es de 1.139 kg/m3, bastante baja si se compara con

la de los agregados, que es cercana a los 2.600 kg/m3. Esto debe tenerse en cuenta pues al

incorporar el caucho por peso, existe una modificación importante en términos de volumen

de la mezcla.

La granulometría del caucho importado se muestra en la Tabla 4.11. Se decide

trabajar con tamaños inferiores al tamiz Nº 30 (0.63 mm), ya que la forma de las partículas

superiores a este tamaño son alargadas debido al proceso de molienda utilizado, por lo que

se prefirió no considerarlas y así tener un polvo de caucho más homogéneo. La

granulometría del caucho usado para realizar esta experiencia se indica en la Tabla 4.12.

49

Tabla 4.11. Granulometría del caucho suministrado por PROBISA. TAMICES


%

2 Nº 10 100 1,25 Nº 16 99 0,63 Nº 30 95 0,30 Nº 50 37 0,16 Nº 100 7 0,08 Nº 200 0,5

Tabla 4.12. Granulometría del caucho utilizada. TAMICES


%

0,63 Nº 30 100 0,30 Nº 50 40 0,16 Nº 100 10 0,08 Nº 200 1

Cabe destacar que la granulometría del caucho utilizado en este trabajo, es diferente

a la usada en el método por vía húmeda según la Tabla 3.3.

DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA CAUCHO

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10


Porc

enta

je q

ue p

asa

(%)

Caucho suministrado por PROBISA Caucho utilizado

Figura 4.9. Curva distribución granulométrica caucho.

50

4.3.2 GRANULOMETRÍA DE LA MEZCLA MEJORADA CON CAUCHO

La granulometría de la mezcla se ve afectada al incorporar el caucho a los áridos en

los distintos porcentajes, pues existe mayor cantidad de finos. La curva granulométrica de

los agregados con el caucho incorporado, tiene una variación mínima y sólo en las mallas

Nº 8 y Nº 30, cuando ésta se realiza en peso. En la tabla siguiente, se muestran las

granulometrías en peso de las mezclas con distinto contenido de caucho.

Tabla 4.13. Distribución Granulométrica en peso de mezclas con caucho.

Tamices Porcentaje que pasa, % mm ASTM 0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 20 3/4" 100 100 100 100

12,5 1/2" 88 88 88 88 10 3/8" 78 78 78 78 5 Nº 4 51 51 51 51

2,5 Nº 8 35 35 36 36 0,63 Nº 30 13 13 14 14 0,30 Nº 50 8 8 8 8 0,16 Nº 100 6 6 6 6 0,08 Nº 200 4 4 4 4

Considerando que el caucho tiene menor densidad que los agregados, se presenta a

continuación, la distribución granulométrica en volumen.

Tabla 4.14. Distribución Granulométrica en volumen de mezclas con caucho.

Tamices Porcentaje que pasa, % mm ASTM 0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 20 3/4" 100 100 100 100

12,5 1/2" 88 88 88 88 10 3/8" 78 78 78 78 5 Nº 4 51 51 52 52

2,5 Nº 8 35 35 36 36 0,63 Nº 30 13 14 14 15 0,30 Nº 50 8 8 8 8 0,16 Nº 100 6 6 5 5 0,08 Nº 200 4 3 3 2

51

4.3.3 DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE ÓPTIMO DE CAUCHO

El porcentaje óptimo de caucho se determina mediante el ensaye de Inmersión-

Compresión y del análisis de los parámetros Marshall. Para su verificación, se realizan los

ensayes de tracción indirecta, Módulo Resiliente y resistencia a la fatiga.

4.3.4 METODOLOGÍA PARA LA CONFECCIÓN DE LA MEZCLA

MEJORADA CON CAUCHO

El procedimiento para la confección de la mezcla con caucho en laboratorio, no

difiere en gran medida del método empleado para una mezcla convencional sin caucho,

salvo la determinación previa del tiempo y temperatura de digestión, que requiere este tipo

de mezcla asfáltica antes de la compactación. Los pasos son los siguientes:

1. Preparar la granulometría de los agregados pétreos.

2. Calentar los agregados en horno a temperatura entre 170° y 210º C.

3. Establecer la proporción de caucho a utilizar, relacionada con el peso de los

áridos.

4. Mezclar los agregados calientes con la cantidad de caucho que corresponda, y

colocarlos en horno entre 150 y 190° C por aproximadamente 2 min para que el

caucho aumente su temperatura.

5. Adicionar el asfalto, previamente calentado a la temperatura de mezclado, a la

mezcla de agregados con caucho y mezclar por 2 a 3 min.

6. Colocar la mezcla asfáltica por un periodo de digestión en horno, cuyo tiempo y

temperatura se han definido con anterioridad mediante el ensayo de Inmersión-

Compresión.

7. Retirar la mezcla del horno y remover el material.

8. Compactar la mezcla caliente en moldes Marshall precalentados. La

compactación se lleva a cabo a una temperatura 10º C más baja que la de

digestión, con 75 golpes del martillo Marshall, por ambos lados de la probeta.

9. Dejar reposar por 24 horas antes de extraer la probeta del molde.

10. Remover la probeta a temperatura ambiente.

52

4.4 DETERMINACIÓN DEL TIEMPO Y TEMPERATURA DE DIGESTIÓN

Para las mezclas asfálticas mejoradas con caucho, se requiere en primer lugar,

determinar la temperatura y el tiempo de digestión, mediante el ensaye de Inmersión-

Compresión. (Ver referencia Nº[6])

El ensaye de Inmersión-Compresión se realiza de acuerdo a las normas españolas

NLT-161 y NLT-162, y se utiliza para determinar la pérdida de cohesión de las mezclas

asfálticas, debido a la acción del agua. Para este ensayo, se ocupan probetas cilíndricas de

altura igual a su diámetro (101.6 mm), cuya compactación no es por golpes, sino que por

presión, asimismo el equipo de compactación consta de moldes de diámetro interior de

101.6 mm y altura de 178 mm, pistones cilíndricos de acero y soportes para mantener

eventualmente el molde por encima de la base de sustentación del pistón inferior.

Figura 4.10. Conjunto de compactación.

MOLDE

PISTÓN SUPERIOR

BASE Y SOPORTES

53

Mediante este ensayo, se obtiene un índice numérico (Resistencia Conservada) al

comparar las resistencias a compresión simple obtenidas entre dos juegos de probetas con

distinto acondicionamiento; las primeras, se mantienen al aire por veinticuatro horas y

luego en un baño de agua a 25ºC durante dos horas; el segundo juego, se sumerge en agua a

una temperatura de 60ºC durante veinticuatro horas, después se sacan del baño y se

mantienen dos horas a temperatura ambiente, para finalmente sumergirlas en agua a 25ºC

por dos horas. Ambos grupos de probetas, son evaluados en compresión axial, sin soporte

lateral, con una velocidad de deformación de constante 5.08 mm/min, a temperatura de

25ºC.

La resistencia a compresión simple del primer grupo, probetas en seco, es R1 y la del

segundo, probetas sumergidas, es R2. La resistencia conservada (R) se calcula como:

[ ]%1001

2 ×=RR

R

Para definir el tiempo y la temperatura de digestión, se preparan probetas a

diferentes temperaturas, 150º,160º y 170º C, y a tiempos de 1 y 2 horas con distintos

porcentajes de caucho y con un único porcentaje de ligante igual a 5.5%, correspondiente al

óptimo de la mezcla patrón. Estas probetas son comparadas con la mezcla patrón, sin

caucho y no sometida a tiempo y temperatura en hormo, antes de la compactación.

Para la estimación del tiempo y la temperatura de digestión, se toma como

parámetro de comparación entre mezclas, la resistencia conservada. Las mezclas se

fabrican siguiendo el procedimiento anteriormente descrito en la sección 4.3.4, salvo la

compactación de las probetas, mediante presión. Se realizan tres probetas por cada grupo,

R1 y R2, y se utiliza la misma prensa para compactarlas y para realizar el ensayo a

compresión.

54

Las distintas mezclas realizadas se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 4.15. Resultados ensaye Inmersión-Compresión.

Tª digestión tiempo digestión Densidad R1 R2 R Mezcla [ºC] [hr]

% caucho [kg/m3] [MPa] [MPa] [%]

P1 0 0 0 2272 3,85 2,22 57,5 C1 150 2 1,0 2230 4,93 1,52 30,9 C2 150 2 1,5 2250 4,89 1,17 23,9 C3 160 1 1,0 2236 3,80 1,48 39,0 C4 160 2 1,0 2254 4,56 1,98 43,4 C5 170 2 0,5 2252 4,96 3,38 68,0 C6 170 2 1,0 2246 4,28 2,88 67,3 C7 170 2 1,5 2262 5,26 2,07 39,3

Debido a que este ensayo pretende obtener la susceptibilidad de la mezcla cuando

está sometida a la acción del agua, solo interesa saber la diferencia porcentual entre los dos

grupos, no las magnitudes de sus resistencias.

Caso 1 Tª digestión=150ºC

Para las mezclas fabricadas con temperatura de digestión de 150ºC por dos horas

(mezclas C1 y C2), se varía el porcentaje de adición de caucho, con lo que puede obtenerse

la evolución del parámetro resistencia conservada, con respecto a esta variable.

55

INMERSIÓN-COMPRESIÓN en función del contenido de caucho, para temperatura de digestión de 150ºC

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0 1,0 1,5

% Caucho

Ten

sión

de

rotu

ra [M

Pa]

Probetas en secoProbetas sumergidas

31%

24%

% Resistencia Conservada

58%

P1 C1 C2

Figura 4.11. Resultados mezclas C1 y C2.

Se observa que la resistencia conservada disminuye notablemente al agregar

caucho. La cohesión de la mezcla se ve perjudicada por efecto del agua cuando contiene

caucho, cuando la temperatura de digestión es 150ºC, esto se debe a que a esta temperatura,

no está ocurriendo completamente el proceso de digestión, es decir, el caucho no está

interactuando con el ligante. Las resistencias en seco son más altas que las de mezclas sin

caucho, no así la resistencia de probetas sumergidas que disminuyen al agregar caucho. Por

otro lado, se tiene que al agregar caucho, la densidad de las probetas disminuye, esto se

puede deber a la falta de digestión y al dosificar el caucho en peso, resulta mayor volumen,

pues este material es menos denso que los agregados.


Si se aumenta la temperatura de digestión a 160ºC, manteniendo el porcentaje de

caucho en 1% y se varía el tiempo de digestión, se obtienen los resultados para las mezclas

C3 y C4, mostrados a continuación.

56

INMERSIÓN COMPRESIÓNen función del tiempo de digestión, para temperatura de digestión de 160ºC

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

0 1 2

Tiempo de Digestión [horas]

Ten

sión

de

rotu

ra [M

Pa]


39%

43%% Resistencia Conservada

58%

P1 C3 C4

Figura 4.12. Resultados mezclas C3 y C4.

Al aumentar la temperatura de digestión a 160ºC, se obtienen mejores valores de la

resistencia conservada, debido a que el caucho comienza a interactuar con el ligante y el

efecto del agua está disminuyendo. Mientras más tiempo se tenga la mezcla en el horno, se

tiene que aumenta la densidad de las probetas, al igual que R1 y R2, esto provoca un mayor

valor de la resistencia conservada. Por otro lado, se observa que los valores de resistencia

conservada siguen estando por debajo del valor de la mezcla patrón.


Las mezclas C5, C6 y C7 se fabrican con temperatura de digestión de 170º C y un

tiempo de digestión de 2 horas, variando el porcentaje de caucho desde 0.5% hasta 1.5%.

Los resultados obtenidos para estas mezclas, se grafican a continuación.

57

INMERSIÓN-COMPRESIÓNen función del contenido de caucho, para temperatura de digestión de 170º C

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0,0 0,5 1,0 1,5

% Caucho

Ten

sión

de

Rot

ura

[MPa

]


68%

67%

39% % Resistencia Conservada

58%

P1 C5 C6 C7

Figura 4.13. Resultados mezclas C5, C6 y C7.

Con esta temperatura de digestión, se observa que al agregar caucho hasta en 1% a

las mezclas, es menor la pérdida de cohesión por efecto del agua, lo que se traduce en

mayores valores de la resistencia conservada. También se observa que la resistencia para

probetas sumergidas disminuye, pero no hay una clara tendencia para la resistencia en seco.

Comparados con los resultados obtenidos con los ensayos anteriores a 150º y 160º C, se

obtienen mejores valores de resistencia conservada con esta temperatura, salvo para el

porcentaje de 1.5% de caucho.

A modo de resumen, se presenta a continuación una tabla con los distintos valores

de resistencia conservada para una mezcla con dotación de caucho de 1%, aumentando la

temperatura de digestión, y manteniendo el tiempo en dos horas en cada caso.

58

Tabla 4.16. Resultados mezclas con 1% de caucho con tiempo de digestión de dos

horas.

Tª digestión tiempo digestión Densidad R1 R2 R Mezcla [ºC] [hr]

% caucho [kg/m3] [MPa] [MPa] [%]

C1 150 2 1,0 2230 4,93 1,52 30,9 C3 160 2 1,0 2254 4,56 1,98 43,4 C6 170 2 1,0 2246 4,28 2,88 67,3

RESISTENCIA CONSERVADA (%) Vs TEMPERATURA DE DIGESTIÓN

R2 = 0,97

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

145 150 155 160 165 170 175

Temperatura de digestión [ºC]

Res

isten

cia

cons

erva

da (%

)

tiempo de digestion de 2 hrs Lineal (tiempo de digestion de 2 hrs) Figura 4.14. Resultados mezclas con 1% de caucho con tiempo de digestión de dos

horas.

En este gráfico, se observa el comportamiento del indicador resistencia conservada

al aumentar la temperatura de digestión de la mezcla. Se observa que al aumentar la

temperatura, mejora la eficacia del proceso de adición de caucho a la mezcla, facilitando la

digestión del caucho, por parte del ligante, lográndose mediante este proceso térmico, un

importante mejoramiento en la resistencia a la humedad de las mezclas mejoradas con

caucho. El valor alcanzado para la resistencia conservada, después de dos horas de

digestión a 170ºC, se encuentra sobre el valor correspondiente para mezclas sin caucho.

Como conclusión, se tiene que mientras más alta la temperatura de digestión y más

largo el tiempo en horno, el proceso de digestión mejora. En este caso, los mejores valores

59

de resistencia conservada para esta mezcla, se encuentran para la temperatura de 170º C por

dos horas, con contenidos de caucho de hasta el 1%.

4.5 ESTUDIO DEL EFECTO DE LA TEMPERATURA Y TIEMPO DE

DIGESTIÓN EN LOS PARÁMETROS MARSHALL

Para realizar el estudio, se confeccionan las mezclas mejoradas con caucho, con tres

contenidos de cemento asfáltico, partiendo del porcentaje de ligante de la mezcla Patrón sin

caucho de 5.5%.

A continuación, se comparan los valores de los parámetros Marshall de mezclas

preparadas con tiempo de digestión de dos horas, para las diferentes temperaturas de

digestión de 150º, 160º y 170ºC y distintos porcentajes de adición de caucho.

4.5.1 DENSIDAD

Este ensayo se realiza de acuerdo a la sección 8.302.38 (LNV 13) del M.C.-V.8. A

continuación se muestran los resultados obtenidos de densidad para las mezclas asfálticas

mejoradas con caucho.

Tabla 4.17. Resultados de Densidad.

% asfalto 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Mezclas Densidad [kg/m3] 150º C/ 2 hr 0,5% - - 2273 2292 2316 1,0% - - 2270 2291 2310 1,5% - - 2263 2269 2285 160º C/ 2 hr 0,5% - - 2301 2313 2353 170º C/ 2 hr 0,5% - - 2290 2304 2298

60


2260

2270

2280

2290

2300

2310

2320

2330

2340

2350

2360

5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

DE

NSI

DA

D [k

g/m

^3]

0.5%/ 150ºC/ 2hrs 0.5%/ 160ºC/ 2hrs 0.5%/ 170ºC/ 2hrs

Figura 4.15. Variación de la densidad respecto al porcentaje de cemento asfáltico, para mezclas con 0.5% de caucho, tiempo de digestión de dos horas y diferentes

temperaturas de digestión.

Los valores de densidad obtenidos para las mezclas fabricadas a 160ºC por dos

horas con 0.5% de caucho, son ligeramente superiores a los conseguidos a 170º y a 150ºC.

La curva de las mezclas a 170ºC, tienen un máximo a diferencia de las otras temperaturas

En la Figura 4.16. se observa que para las mezclas realizadas con una temperatura

de digestión de 150º C por dos horas, la densidad disminuye a medida que la proporción de

caucho se incrementa. Esto se debe a que al no ocurrir la digestión y dosificar el caucho por

peso, resulta mayor volumen respecto de la mezcla original, debido a que el caucho es

menos denso que los agregados.

61


2260

2270

2280

2290

2300

2310

2320

5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

DE

NSI

DA

D [k

g/m

^3]


Figura 4.16. Variación de la densidad respecto al porcentaje de cemento asfáltico,

para mezclas con temperatura de digestión de 150ºC por dos horas.

4.5.2 ESTABILIDAD


continuación se muestran los resultados obtenidos de estabilidad para las mezclas asfálticas


Tabla 4.18. Resultados de Estabilidad Marshall.

% asfalto 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Mezclas Estabilidad [N] 150ºC/ 2 hr 0,5% - - 10995 9737 11476 1,0% - - 10234 11576 12829 1,5% - - 10981 11179 11028 160ºC/ 2 hr 0,5% - - 12267 13774 13673 170ºC/ 2 hr 0,5% - - 16459 14405 13920

62


8000

9000

10000

11000

12000

13000

14000

15000

16000

17000

5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

EST

AB

ILID

AD

[N]


Figura 4.17. Variación de la Estabilidad respecto al porcentaje de cemento asfáltico,

para mezclas con 0.5% de caucho, tiempo de digestión de dos horas y diferentes temperaturas de digestión.

Los valores de Estabilidad más altos son los obtenidos para las mezclas fabricadas a

170ºC por dos horas con 0.5% de caucho. Para las mezclas con temperatura de digestión de

150ºC, la curva de Estabilidad no tiene la forma esperada.

4.5.3 FLUIDEZ


continuación se muestran los resultados obtenidos de fluidez para las mezclas asfálticas


63

Tabla 4.19. Resultados de Fluidez Marshall.

% asfalto 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Mezclas Fluidez [0,01"] 150ºC/ 2 hr 0,5% - - 14,0 12,8 13,0 1,0% - - 13,5 13,7 14,0 1,5% - - 13,3 13,0 14,3 160ºC/ 2 hr 0,5% - - 12,3 14,0 16,0 170ºC/ 2 hr 0,5% - - 12,0 13,3 16,0


10

11

12

13

14

15

16

17

5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

FLU

IDE

Z [0

,01'

']



mezclas con 0.5% de caucho, tiempo de digestión de dos horas y diferentes temperaturas de digestión.

Los valores de fluidez obtenidos para las mezclas fabricadas a 160ºC por dos horas

con 0.5% de caucho también siguen la tendencia esperada, al igual que para las mezclas a

170ºC. No ocurre lo mismo para la curva a 150ºC, donde los valores de fluidez inicialmente

son altos para 5.5% de ligante, y disminuye hasta un cierto contenido de asfalto a partir del

cual vuelve a aumentar. Esto podría deberse a que bajos contenidos de ligante en una

mezcla mejorada con caucho son insuficientes para proporcionar una buena cohesión, junto

64

a esto hay que decir que el caucho a esta temperatura, posiblemente no interactúa con el

ligante, por lo que es más relevante el comportamiento elástico del caucho.

4.5.4 HUECOS EN LA MEZCLA TOTAL

A continuación se muestran los resultados obtenidos de huecos en la mezcla total

para las mezclas asfálticas mejoradas con caucho.

Tabla 4.20. Resultados de huecos en la mezcla total.

% asfalto 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Mezclas % huecos en la mezcla 150º C/ 2 hr 0,5% - - 6,1 4,7 3,1 1,0% - - 5,6 4,1 2,7 1,5% - - 5,5 4,6 3,3 160º C/ 2 hr 0,5% - - 5,0 3,8 1,6 170º C/ 2 hr 0,5% - - 5,4 4,2 3,8

En la Figura 4.19, se observa que a medida que aumenta el porcentaje de asfalto, los

huecos disminuyen para cualquier temperatura de digestión. Los valores de huecos más

bajos obtenidos, se tienen en la mezcla con temperatura de digestión de 160ºC.

65


1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

% H

UE

CO

S E

N L

A M

EZ

CL

A

0.5%/ 150ºC/ 2hrs 0.5%/ 160ºC /2hrs 0.5%/ 170ºC/ 2hrs


asfáltico, para mezclas con 0.5% de caucho, tiempo de digestión de dos horas y diferentes temperaturas de digestión.

En la Figura 4.20, se analiza el efecto del porcentaje de caucho sobre el contenido

de huecos a 150ºC, donde se observa que para 1.5%, se genera un “efecto rebote” debido a

que a esta temperatura no reacciona todo el caucho con el cemento asfáltico, dificultando la

compactación debido a la característica elástica de este material.

66


1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

% H

UE

CO

S E

N L

A M

EZ

CL

A



asfáltico, para mezclas con temperatura de digestión de 150ºC por dos horas.

4.5.5 VACÍOS EN EL AGREGADO MINERAL

A continuación se muestran los resultados obtenidos de vacíos en el agregado

mineral en la mezcla total para las mezclas asfálticas mejoradas con caucho.

Tabla 4.21. Resultados de vacíos en el agregado mineral.

% asfalto 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Mezclas % vacíos en el agregado mineral 150ºC/ 2 hr 0,5% - - 17,8 17,5 17,0 1,0% - - 17,4 17,0 16,7 1,5% - - 18,7 18,8 18,6 160ºC/ 2 hr 0,5% - - 16,8 16,7 15,7 170ºC/ 2 hr 0,5% - - 17,2 17,0 17,6

67


15,6

16,1

16,6

17,1

17,6

18,1

5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

% V

AC

IOS

EN

EL

AG

RE

GA

DO

MIN

ER

AL

0.5%/ 150ºC/ 2hrs 0.5%/ 160ºC /2hrs 0.5%/ 170ºC/ 2hrs

Figura 4.21. Variación de vacíos en el agregado mineral respecto al porcentaje de

cemento asfáltico, para mezclas con 0.5% de caucho, tiempo de digestión de dos horas y diferentes temperaturas de digestión.

Analizando las curvas de la Figura 4.21, puede decirse que la curva que se acerca

más a lo esperado es la de las mezclas fabricadas a 170ºC. Para las mezclas elaboradas a

150º y 160ºC, los vacíos en el agregado mineral disminuyen al incrementar el contenido de

cemento asfáltico.

En la Figura 4.22, donde se analizan las mezclas fabricadas a temperatura de

digestión de 150ºC, se observa que los vacíos en el agregado mineral se incrementan al

aumentar la cantidad de caucho.

68


15,6

16,1

16,6

17,1

17,6

18,1

18,6

19,1

5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

% V

AC

IOS

EN

EL

AG

RE

GA

DO

MIN

ER

AL

0.5%/ 150ºC /2hrs 1.0%/ 150ºC /2hrs 1.5%/ 150ºC /2hrs


cemento asfáltico, para mezclas con temperatura de digestión de 150ºC por dos horas.

En base a los parámetros Marshall, puede decirse que la temperatura de digestión

que otorga mejores resultados de las mezclas es 170ºC. En las mezclas elaboradas a 150ºC,

no ocurre completamente el proceso de digestión y los granos de caucho sin reaccionar,

desmejoran las características de la mezcla. Con temperatura de digestión de 160ºC, las

características de la mezcla son buenas, salvo que tiene valores altos de densidad, lo que

provoca que los porcentajes de huecos en la mezcla y vacíos en el agregado mineral sean

bajos, los que podrían estar fuera de las especificaciones para una carpeta de rodadura.

4.6 DISEÑO FINAL

Del estudio anterior, se determina que la temperatura de digestión que otorga

mejores resultados para las mezclas con caucho es a la máxima posible, en este caso a

170ºC. Es por esto que se analizan los parámetros Marshall, para determinar el valor

óptimo de asfalto para los diseños con esta temperatura y los distintos porcentajes de

adición de caucho.

69

En esta etapa, se preparan mezclas con sólo tres porcentajes de cemento asfáltico

(5.5%, 6.0% y 6.5%), para observar las tendencias de los parámetros de estas mezclas.

4.6.1 PARÁMETROS MARSHALL

A continuación, se entregan los parámetros Marshall obtenidos para las mezclas

asfálticas mejoradas con caucho a la temperatura de digestión de 170ºC y al mismo tiempo,

los valores de la mezcla patrón:

a. Densidad. La densidad de las mezclas mejoradas con caucho, fabricadas con una

temperatura de digestión de 170º C por dos horas, aumenta a medida que la proporción

de caucho se incrementa. El aumento de la densidad puede deberse a que los granos de

caucho al interactuar con el ligante, se hinchan, aumentando el volumen, por lo que

existe mayor recubrimiento de los agregados, lo que lleva a que disminuya la cantidad

de huecos.

Tabla 4.22. Resultados de Densidad para mezclas con temperatura de digestión de

170ºC.

% asfalto 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Mezclas Densidad [kg/m3] patrón 2271 2292 2288 2283 - 170ºC/ 2 hr 0,5% - - 2290 2304 2298 1,0% - - 2293 2310 2324 1,5% - - 2307 2312 2321

70


2260

2270

2280

2290

2300

2310

2320

2330

4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

DE

NSI

DA

D [k

g/m

^3]

0%CAUCHO 0.5%/ 170ºC/ 2hrs 1.0%/ 170ºC/ 2hrs 1.5%/ 170ºC/ 2hrs

Figura 4.23. Variación de la densidad respecto al porcentaje de cemento asfáltico,

para mezclas sin caucho y a 170º C por dos horas.

b. Estabilidad. Las estabilidades obtenidas en la mezcla patrón, cumplen con las

especificaciones de la Tabla 4.9. con porcentajes menores a 5.8% de cemento asfáltico

(Estabilidad de 9.000 [N]).

Para la mezcla a 170º C con 0.5% de caucho, se obtienen los valores más altos de

Estabilidades de todos los diseños realizados. Esto se debe a la modificación del asfalto

en presencia de caucho, pero al aumentar la cantidad de caucho, la estabilidad

disminuye. Para porcentajes de caucho de 1.0% y 1.5%, los valores de estabilidad que

cumplen con las exigencias de carpeta de rodado según Tabla 4.9, se obtienen para

mezclas con valores cercanos al 6.0% de cemento asfáltico.

71

Tabla 4.23. Resultados de Estabilidad Marshall para mezclas con temperatura de

digestión de 170ºC.

% asfalto 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Mezclas Estabilidad [N] Sin caucho 9025 10933 9415 8274 - 170ºC/ 2 hr 0,5% - - 16459 14405 13920 1,0% - - 8751 9584 8295 1,5% - - 8948 9095 6317


6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

EST

AB

ILID

AD

[N]


Figura 4.24. Variación de la estabilidad respecto al porcentaje de cemento asfáltico,

para mezclas sin caucho y a 170º C por dos horas.

c. Fluidez. Los valores de fluidez obtenidos se encuentran en el intervalo permitido para

carpeta de rodadura, con excepción de la curva con 1% de caucho, que sobrepasa el

limite superior especificado a partir de 5.8% de cemento asfáltico.

72

Tabla 4.24. Resultados de Fluidez Marshall para mezclas con temperatura de


% asfalto 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Mezclas Fluidez [0,01"] Sin caucho 12,5 13,5 14,5 16,0 - 170ºC/ 2 hrs 0,5% - - 12,0 13,3 16,0 1,0% - - 15,0 16,3 16,7 1,5% - - 13,3 13,7 16,0


10

11

12

13

14

15

16

17

18

4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

FLU

IDE

Z [0

,01'

']



mezclas sin caucho y a 170º C por dos horas.

d. Huecos en la mezcla total. La mezcla convencional, patrón, presenta valores para los

huecos bastante altos, esto se debe a la granulometría definida por el lado grueso de la

banda IV-A-12, a partir del tamiz Nº30.

La exigencia del porcentaje de huecos en la carpeta de rodadura está entre 4% y 6%. La

mezcla patrón cumple con este rango.

73

A medida que aumenta el contenido de caucho, disminuyen los huecos en la mezcla, lo

cual también sucede a medida que el contenido de cemento asfáltico se incrementa.

Esto se debe a que el ligante y el caucho que ha interactuado con él, van ocupando los

espacios vacíos de la mezcla.

Para la mezcla fabricada a 170ºC con 1.5% de caucho, se tiene que los valores

obtenidos se encuentran fuera del intervalo permitido. Faltaría realizar mezclas

disminuyendo la cantidad de cemento asfáltico, para ver si se alcanzan los valores de

huecos exigidos, pero se sabe que esto afectaría el mezclado.

Tabla 4.25. Resultados de huecos en la mezcla total para mezclas con temperatura de


% asfalto 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Mezclas % huecos en la mezcla Sin caucho 7,9 6,4 5,9 5,5 - 170ºC/ 2 hrs 0,5% - - 5,4 4,2 3,8 1,0% - - 4,7 3,3 2,1 1,5% - - 3,6 2,8 1,8

74


1

2

3

4

5

6

7

8

9

4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

% H

UE

CO

S E

N L

A M

EZ

CL

A

0%CAUCHO 0.5%/ 170ºC/ 2hrs 1.0%/ 170ºC /2hrs 1.5%/ 170ºC/ 2hrs


asfáltico, para mezclas sin caucho y a 170ºC por dos horas.

e. Vacíos en el agregado mineral. Se observa que los vacíos en el agregado mineral

disminuyen a medida que la proporción de caucho se incrementa. La curva para 0.5%

de caucho, tiene la tendencia esperada para este parámetro, al igual que la de la mezcla

patrón. La curvas de 1.0% y 1.5% no tienen la forma esperada.

Tabla 4.26. Resultados de vacíos en el agregado mineral para mezclas con

temperatura de digestión de 170ºC.

% asfalto 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Mezclas % vacíos en el agregado mineral Sin caucho 17,6 17,2 17,8 18,3 - 170ºC/ 2 hrs 0,5% - - 17,2 17,0 17,6 1,0% - - 16,5 16,3 16,2 1,5% - - 15,5 15,7 15,8

75


15

15,5

16

16,5

17

17,5

18

18,5

19

4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

ASFALTO (%Pb)

% V

AC

IOS

EN

EL

AG

RE

GA

DO

MIN

ER

AL

0%CAUCHO 0.5%/ 170ºC/ 2hrs 1.0%/ 170ºC /2hrs 1.5%/ 170ºC/ 2hrs


cemento asfáltico, para mezclas sin caucho y a 170º C por dos horas.

4.6.2 DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE ASFALTO PARA EL DISEÑO

Con los parámetros Marshall obtenidos para la temperatura de digestión de 170ºC y

el tiempo de digestión de dos horas, se determina el valor del porcentaje de asfalto que

cumpla las exigencias de diseño.

Tabla 4.27. Parámetros Marshall para evaluar el porcentaje de asfalto.

Máximo de densidad: Máximo de Estabilidad: 5% huecos: % asfalto Mezclas % asfalto % asfalto % asfalto estimado

Sin caucho 5,3 5,1 cercano al 6.5% 5,5 170º C/ 2 hrs

0,5% 6,1 la curva disminuye desde 5,5% 5,6 5,7

1,0% la curva aumenta hasta 6,5% 5,9 cercano al 5,4% 5,9

1,5% la curva aumenta hasta 6,5% 5,8 los valores están

fuera de rango -

76

Analizando la Tabla 4.27 y los gráficos de cada parámetro, se observa que:

� A medida que aumenta el contenido de caucho, se necesita más ligante.

� No es posible estimar el porcentaje de cemento asfáltico para 5% de huecos en la

mezcla con 1.5% de caucho, además el valor óptimo de ligante no puede ser menor

a 5.6% por Estabilidad, pues con menor valor, tendría Estabilidad menor a 9.000

[N]. Por otro lado, con 5.6% de cemento tendría huecos de 3.5%, lo que estaría

fuera de la exigencia para carpeta de rodadura.

Para realizar los ensayos de caracterización de las mezclas, se usa un contenido

constante de cemento asfáltico de 5.5%, para el cual las mezclas con caucho tenían valores

lo más cercanos a 5% de huecos.

A modo de resumen en la Tabla 4.28, se muestran los parámetros de densidad,

estabilidad y de huecos con 5.5% de asfalto, para las mezclas tradicionales sin caucho, y las

fabricadas con un proceso de digestión a temperatura de 170º C por dos horas, variando el

porcentaje de adición de caucho.

Tabla 4.28. Resultados de las mezclas con 5.5% de cemento asfáltico.

Mezclas Densidad [kg/m3] Estabilidad [N] % huecos en la mezcla Sin caucho 2288 9415 5,9 170ºC/ 2 hrs

0,5% 2290 16459 5,4 1,0% 2293 8751 4,7 1,5% 2307 8948 3,6

Se observa que con esta cantidad de cemento asfáltico, las mezclas con 1% de

caucho, no cumplen con la estabilidad exigida para una carpeta de rodadura y las mezclas

con 1.5% de caucho, no cumplen ni estabilidad ni huecos.

77

4.7 VERIFICACIÓN DEL PORCENTAJE DE CAUCHO DE DISEÑO

Para verificar el porcentaje de caucho óptimo para la mezcla de este estudio compuesta

por 5.5% de asfalto, se realizan los siguientes ensayos:

• Resistencia a compresión diametral a 25º C.

• Determinación del Módulo Resiliente a 25º y 40º C, y frecuencias de carga de 0.33,

0.5 y 1 Hz.

• Determinación del comportamiento a la fatiga.

4.7.1 RESISTENCIA A COMPRESION DIAMETRAL

Para determinar la resistencia a compresión diametral, tracción indirecta, de mezclas

asfálticas, se siguen los procedimientos indicados en la norma española NLT-346/90.

“Resistencia a Compresión Diametral (ensayo brasileño) de mezclas bituminosas.”

Este método consiste en imponer una deformación por compresión diametral a una

probeta cilíndrica situada horizontalmente entre los platos de una prensa, de forma que los

esfuerzos aplicados a la probeta sean sobre dos generatrices opuestas. El parámetro a medir

es la carga de rotura.

La resistencia a comprensión diametral, tracción indirecta, de una probeta se calcula

con la siguiente formula:

dhP

R⋅⋅

⋅=π

τ 2

donde:

Rτ = Resistencia a comprensión diametral, MPa.

P = carga máxima de rotura, kN.

h = altura de la probeta, mm.

d = diámetro de la probeta, mm.

Con este ensayo se obtiene una forma de medir la cohesión de la mezcla, pues la

mayor oposición a la falla la presenta la unión del asfalto con los agregados pétreos.

78

El ensayo se realiza en el Equipo Marshall, el cual permite aplicar una velocidad de

deformación de 50,8 mm/min., equipado especialmente con la prensa Lottman que permite

disponer la probeta de manera horizontal para la aplicación de la carga.

Este ensayo se realiza usando probetas Marshall, cuyas dimensiones son 63,5 mm

de altura y 101,6 mm de diámetro. Se confeccionan mezclas de referencia, sin caucho, y

con caucho, fabricadas con proceso de digestión a 170º C por dos horas. Estas probetas son

medidas y pesadas, para luego acondicionarse a 25º C antes de ensayarlas. Como se dijo

antes, se usa un contenido constante de cemento asfáltico del 5.5%.

A continuación, se muestran los resultados obtenidos para este ensayo. La mezcla

con 0% de caucho, es la mezcla tradicional patrón.

Tabla 4.29. Resultados mezclas con distinto porcentaje de caucho.

Carga de rotura Rττττ %Porcentaje Caucho [kN] [MPa]

0.0 11,0 1,10 0,5 12,4 1,24 1.0 11,4 1,14 1,5 12,1 1,19

79

RESISTENCIA A COMPRESIÓN DIAMETRAL (Rττττ)

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

1,30

0,0 0,5 1,0 1,5

% Caucho

Rττ ττ

[Mpa

]

Figura 4.28. Variación de la resistencia a la compresión diametral respecto al

porcentaje de caucho.

Las mezclas con adición de caucho presentan valores de resistencia a la compresión

diametral mayores a la mezcla tradicional.

Al comparar los resultados para los diferentes porcentajes de caucho, se obtiene que

el mayor valor de resistencia a la compresión diametral, se logra para 0.5% de caucho,

resultado igualmente obtenido para la Estabilidad.

80

4.7.2 MÓDULO RESILIENTE

Es bien sabido que la mayoría de los materiales de pavimento no son elásticos, si no

que experimentan alguna deformación permanente después de cada aplicación de carga. Sin

embargo, si la carga es pequeña, comparada con la resistencia del material y se repite un

gran número de veces, la deformación bajo cada repetición de carga es casi completamente

recuperable y proporcional a la carga y se puede considerar elástica. El módulo elástico

basado en la deformación recuperable bajo carga repetida se llama Módulo Resiliente.

El Módulo Resiliente en laboratorio, puede ser medido en ensaye triaxial, uniaxial,

o en tensión diametral indirecta (ensayo brasileño). En terreno, puede determinarse con

deflectometría de impacto (FWD).

Para las mezclas estudiadas en este trabajo, se obtiene el módulo resiliente en

laboratorio en tensión diametral indirecta, bajo las normativas ASTM y CEN.

El equipo con el cual se realiza el ensayo para obtener los valores del módulo

resiliente es el Nottingham Asphalt Tester NU-10, desarrollado por la compañía “Cooper

Research Tecnology Limited”. El NU-10 es un equipo servo-neumático que posee un

pistón que aplica cargas de compresión, permitiendo la aplicación de pulsos de carga, y de

cargas del tipo sinusoidal.

81

Figura 4.29. Equipo Nottingham Asphalt Tester NU-10.

Figura 4.30. Marco de Carga para Ensayes de Módulo Resiliente.

82

4.7.2.1 Módulo Resiliente según Norma CEN 12697-26. Este método de ensaye se

ejecuta bajo la normativa europea EN 12697-26: 2003 anexo C, “Test de tensión indirecta

en especimenes cilíndricos”. El ensaye de tensión indirecta es un método no destructivo que

permite determinar el modulo elástico de los materiales asfálticos de pavimentos para una

deformación horizontal seleccionada. Durante el ensayo, la probeta cilíndrica es sometida a

pulsos de cargas de compresión de forma repetitiva, con periodos de descanso, esta carga se

aplica verticalmente en un plano diametral de la muestra cilíndrica. La deformación

horizontal objetivo es de 0.005% de diámetro de la probeta. El tiempo de pulso de carga,

desde que se aplica la carga hasta que ésta produce la deformación deseada, es de 124 ± 4

milisegundos.

Los módulos resilientes se analizaron de acuerdo a su variación relacionada con los

incrementos de temperatura y el incremento en el porcentaje de caucho en las mezclas

asfálticas a diferentes temperaturas.

Las probetas con distintos contenido de caucho y 5.5 % de cemento asfáltico, se

evaluaron a dos temperaturas diferentes, una intermedia a 25º C y una alta de 40º C.

Los resultados obtenidos para el módulo resiliente (MR) y para la carga vertical

(Fv), se presentan a continuación:

Tabla 4.30. Resultados Módulo Resiliente a 25º C según Norma CEN 12697-26.

%Caucho Fv (kN) MR Total (MPa) 0,0 1,16 2357 0,5 1,89 3714 1,0 1,65 3449 1,5 1,80 3588

Tabla 4.31. Resultados Módulo Resiliente a 40º C según Norma CEN 12697-26.

%Caucho Fv (kN) MR Total (MPa) 0,0 0,14 338 0,5 0,47 1113 1,0 0,47 1233 1,5 0,48 1088

83

Módulo Resiliente según CEN 12697-26

11131233

1088

3714

34493588

338

2357

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0,0 0,5 1,0 1,5

% Caucho

Mód

ulo

Res

ilien

te [M

pa]

MR a 40º C MR a 25º C

Figura 4.31. Variación del Módulos Resiliente a distintas temperaturas respecto al porcentaje de caucho.

En cuanto a la fuerza vertical necesaria para que las probetas tengan un mismo nivel

de deformación, puede decirse que para las mezclas ensayadas a 25º C, el máximo de carga

necesaria es para la mezcla con 0.5%, la cual también tiene el más alto módulo. Para las

mezclas con caucho ensayadas a 40ºC, la carga es la misma, pero varía el módulo, lo que

puede deberse a las diferencias en cuanto al ciclo de carga y a la deformación horizontal

obtenida.

Se observa que los Módulos Resilientes de las mezclas con caucho respecto a la

mezcla tradicional, aumentan considerablemente, aproximadamente hasta en un 37% en las

mezclas a 25º C, y 73% en las mezclas a 40º C. De estas cifras, se puede observar también

que el Módulo Resiliente se ve más afectado para las mezclas a altas temperaturas, que para

las intermedias.

En las mezclas con caucho, los valores obtenidos para el módulo con distintos

contenidos de caucho, no tienen la misma tendencia para ambas temperaturas. A 25º C, el

84

mayor módulo se tiene para 0.5% de caucho, y a 40º C, para 1.0%. Asimismo, la variación

de los módulos entre mezclas con distintos contenidos de caucho, es pequeña.

En base a los resultados obtenidos con estas mezclas fabricadas a 170º C por dos

horas, podría decirse que si hubiera que elegir la dotación de caucho, en base al Módulo

Resiliente según el ensayo CEN, el porcentaje a utilizar podría estar entre 0.5% y 1%,

donde el primero, tiene mejor módulo para 25º C y el segundo, para 40º C.

4.7.2.2 Módulo Resiliente según Norma ASTM D4123-82. La evaluación del

Módulo Resiliente se obtiene siguiendo el procedimiento descrito en la norma americana

ASTM D4123-82, “Indirect Tension Test for Resilient Modulus of Bituminous Mixtures”.

Este ensayo es un método no destructivo que permite determinar el módulo resiliente de los

materiales asfálticos de pavimentos para una carga vertical seleccionada.

En el ensayo se somete una probeta cilíndrica de altura 63,5 mm y de 101,6 mm de

diámetro elaborada con el martillo Marshall, a una carga cíclica de comprensión aplicada

verticalmente según un plano diametral a la probeta. El ciclo de carga se compone de un

pulso de amplitud y duración establecida, seguido de un tiempo de relajación.

De las funciones de carga y de deformación horizontal obtenidas asumiendo un

valor para el coeficiente de Poisson de 0.35, se determinan dos valores de módulos

resilientes. El módulo resiliente instantáneo es calculado usando la deformación producida

en la probeta en el instante en que termina la aplicación del pulso de carga. El módulo

resiliente total es calculado usando la deformación total producida en la probeta al término

del periodo de reposo que sigue al pulso de carga. Este último será el que se usará para

comparar los valores obtenidos para las probetas fabricadas con los diferentes porcentajes

de caucho.

Los módulos resilientes se analizaron de acuerdo a su variación con el incremento

en la frecuencia de carga a diferentes temperaturas, así como su variación relacionada con

los incrementos de temperatura a diferentes frecuencias y el incremento en el porcentaje de

caucho en las mezclas asfálticas a diferentes temperaturas.

85

Las probetas con distintos contenido de caucho, se evaluaron a dos temperaturas

diferentes, una intermedia a 25º C y una alta de 40º C, y además se realiza el ensayo con

tres frecuencias de carga: 0.33, 0.5 y 1 Hz., con duración del pulso de carga de 0.3, 0.2 y

0.1 s, respectivamente. La amplitud del pulso de carga a utilizar es cercana al 10% de la

resistencia a tracción indirecta para las mezclas a 25º C, y para las mezclas a 40º C, es la

más baja que puede dar el equipo, 0.25 kN, pues las probetas son muy deformables.

Los resultados obtenidos para el módulo resiliente según este método, se muestran a

continuación:

Tabla 4.32. Resultados Módulo Resiliente según Norma ASTM D4123-82.

Temperatura Módulo Resiliente de ensayo

Frecuencia [MPa]

[º C] [Hz] 0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 1 2175 5149 5141 4080

0,5 2087 5060 5113 4033 25

0,33 2071 5039 5099 3931 1 420 1720 2395 2096

0,5 301 1668 2321 1998 40

0,33 246 1643 2251 1922

86

Módulo Resiliente a 25º C

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Frecuencia [Hz]

Mód

ulo

Res

ilien

te [M

Pa]

MR 0.0% caucho MR 0.5% caucho MR 1.0% caucho MR 1.5% cauchoMR 0.0% caucho MR 0.5% caucho MR 1.0% caucho MR 1.5% caucho

Figura 4.32. Variación del Módulo Resiliente con relación a la frecuencia de

aplicación de carga a una temperatura de 25º C.


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Frecuencia [Hz]

Mód

ulo

Res

ilien

te [M

Pa]

MR 0.0% caucho MR 0.5% caucho MR 1.0% caucho MR 1.5% cauchoMR 0.0% caucho MR 0.5% caucho MR 1.0% caucho MR 1.5% caucho

Figura 4.33. Variación del Módulo Resiliente con relación a la frecuencia de

aplicación de carga a una temperatura de 40º C.

87

Se observa que el Módulo Resiliente de las mezclas con caucho respecto a la mezcla

tradicional, aumenta considerablemente, aproximadamente hasta en un 59% con 0.5% y 1%

de caucho (a 25º C y 0.5 y 0.33 Hz), y 89% con 1% de caucho (a 40º C a 0.33 Hz). De estas

cifras se puede observar también que el Módulo Resiliente se ve más afectado para las

mezclas a altas temperaturas, que para las intermedias, al igual que como se vio en el

método CEN.

El Módulo Resiliente en las mezclas mejoradas con caucho ensayadas a 40º C, es

menos susceptible a la frecuencia de aplicación de carga que en las mezclas tradicionales.

Se puede observar que con un aumento de la frecuencia a esta temperatura, en las mezclas

sin caucho, el Módulo Resiliente presenta incrementos mayores que los presentados en las

mezclas con caucho. Para las mezclas ensayadas a 25º C, los incrementos de las mezclas

con y sin caucho, son muy parecidos.

Como es de esperar, se observa que los módulos disminuyen con el incremento en

la temperatura.

En las Figuras 4.34 y 4.35, se presenta la variación de los Módulos Resilientes con

relación al incremento en el porcentaje de caucho en las mezclas asfálticas para 25º y 40ºC,

respectivamente..

88


0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

cantidad de caucho adicionada [%]

Mód

ulo

Res

ilien

te [M

pa]

1 Hz 0.5 Hz 0.33 Hz Figura 4.34. Variación del Módulo Resiliente con relación al incremento en el

porcentaje de caucho, para una temperatura de 25ºC.


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

cantidad de caucho adicionada [%]

Mód

ulo

Res

ilien

te [M

pa]

1 Hz 0.5 Hz 0.33 Hz Figura 4.35. Variación del Módulo Resiliente con relación al incremento en el

porcentaje de caucho, para una temperatura de 40ºC.

89

A 25ºC, los Módulos Resilientes no tienen mucha variación con respecto a la

frecuencia para cada porcentaje de caucho, observándose en la Figura 4.34, una sola curva.

Esto es debido al bajo valor de deformación aplicado, lo que indica que se está trabajando

en el rango elástico del material.

El Módulo Resiliente aumenta al incrementar el porcentaje de caucho, llegando a un

valor máximo aproximadamente entre 0.6% y 0.7% de caucho, luego decrece debido

supuestamente a que parte del caucho queda sin reaccionar con el asfalto, comportándose

como una partícula blanda.

A 40ºC, se observa que el Módulo tiene una variación mayor con la frecuencia,

obteniéndose curvas relativamente separadas para frecuencia de 1 Hz, 0.5 Hz y 0.33 Hz,

debido a que el asfalto se vuelve menos viscoso.

En base a los resultados obtenidos de los Módulos Resilientes según ASTM, con

estas mezclas fabricadas a 170º C por dos horas, el porcentaje a utilizar podría estar entre

0.5% y 1%.

4.7.3 RESISTENCIA A LA FATIGA

La fatiga puede definirse como el fenómeno de fractura debido a cargas repetidas o

fluctuantes, las cuales tienen un valor máximo generalmente menor que el límite de

resistencia a tracción del material. En el pavimento, el proceso de fatiga está relacionado

con las repetidas pasadas de las cargas de las ruedas, las cuales producen esfuerzos en las

capas asfálticas que varían entre compresión y tracción. Debido al tráfico continuo, estas

reiteradas repeticiones de deformaciones por tracción eventualmente provocarán la

iniciación de una grieta, la que con las siguientes pasadas de ruedas, se propagará por la

capa y eventualmente el pavimento fallará.

La resistencia a fatiga expresa la capacidad de la mezcla asfáltica a deformarse

repetidamente sin fracturarse.

90

Para determinar la resistencia a fatiga se siguen los procedimientos indicados en la

normativa europea CEN 12697-24, “Resistencia a la fatiga”. El objetivo de este ensayo es

determinar la vida de fatiga usando el método de tracción indirecta con probetas Marshall

preparadas en laboratorio, a las cuales se les aplica una carga vertical repetida en un plano

diametral que tiene como resultado aplicaciones repetidas de un esfuerzo de tracción

indirecta sobre el diámetro horizontal. Este proceso usualmente terminará por producir una

grieta a lo largo del diámetro vertical y, si continúa, la probeta se partirá en dos partes.

El ensayo se realiza con esfuerzo controlado, donde la magnitud del pulso de

esfuerzo aplicado se mantiene constante hasta la falla. De este ensayo se obtiene una

relación entre el esfuerzo de tracción y el número de aplicaciones hasta la falla, la cual

puede estar dada por la fractura de la probeta o cuando la deformación vertical alcanza un

valor mayor que 10 mm. Es necesario evaluar varios esfuerzos de tracción para determinar

la pendiente de la ley de fatiga, m, el término libre de la regresión lineal, c y el coeficiente

de correlación, R2. El equipo con el cual se realiza el ensayo es el NU-10.

Figura 4.36. Marco de Carga para Ensaye de Fatiga.

91

Para este ensayo, se confeccionan mezclas de referencia sin caucho, y con caucho,

fabricadas con digestión a 170º C por dos horas. Estas probetas son medidas y pesadas, para

luego acondicionarse a 25º C antes de ensayarlas. El porcentaje de cemento asfáltico es de

5.5%, para cada caso.

Tabla 4.33. Resultados Ensaye de Fatiga.

Carga N [kPa] 0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 150 3852 31703 33749 24446 180 1700 24055 7632 14143 200 1085 12446 8966 14820 230 730 8063 8038 4588 250 484 7851 3940 2220 300 141 5930 3665 2610

m -47,043 -74,983 -57,772 -48,746 c 535,15 942,83 737,76 651,11

R2 0,9901 0,8891 0,7474 0,8465

CURVA DE FATIGA

100

150

200

250

300

350

10 100 1000 10000 100000Número de repeticiones hasta la falla, N

Esf

uerz

o [k

Pa]

0.0% 0.5% 1.0% 1.5%0.0% 0.5% 1.0% 1.5%

Figura 4.37. Curva de Fatiga para mezclas con distinto porcentaje de adición de caucho.

92

Al observar la Figura 4.37, se puede decir que las mezclas con caucho tienen mejor

comportamiento a fatiga, aceptan mayor número de repeticiones de carga antes de

fracturarse. El aumento en el número de repeticiones al agregar caucho, es del orden de 10

veces para cargas altas y 30 para bajas.

Los resultados obtenidos para la fatiga de las mezclas con caucho, tienen valores

cercanos entre sí, estando en un rango entre 3.000 y 30.000 repeticiones de carga.

Para las mezclas fabricadas con 0.5% de adición de caucho, se tiene el mayor valor

para la pendiente, esto demuestra menor sensibilidad al cambio en el número de ciclos, por

aumento de la carga.

4.7.4 RESULTADOS FINALES

Después de analizar los resultados de los ensayes, se concluye que:

� El mayor valor para resistencia diametral se logra para 0.5% de caucho.

� Según el método CEN a 25ºC, los valores mayores de Módulo Resiliente, se

obtienen para 0.5% de caucho y para 40ºC se obtienen con 1%.

� Según el método ASTM, los valores mayores de Módulo Resiliente se tienen

entre 0.5% y 1% de caucho.

� Las mezclas con 0.5% de caucho, presentan menor sensibilidad al cambio en el

número de ciclos, por aumento de carga.

93

5. CONCLUSIONES

5.1 GENERALES

• El caucho reciclado obtenido de neumáticos desechados, puede ser utilizado

confiablemente para mejorar las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas

usándolo como un agregado (proceso seco) ó como un modificador del ligante (proceso

húmedo). Por otro lado, la utilización del caucho trae beneficios ambientales al

valorizar un desecho como son los neumáticos y solucionar el problema de la

disposición final de ellos, disminuyendo la contaminación.

• Entre menor sea el tamaño máximo de los granos de caucho que se utilicen para

mejorar las mezclas asfálticas ó modificar el ligante, serán mejores los resultados

obtenidos. Sin embargo, no deben dejarse de lado los beneficios de usar partículas

gruesas de caucho.

• El proceso húmedo requiere nuevos equipos en planta, como la unidad de mezclado y

almacenamiento del asfalto-caucho, cambio de bombas y tuberías, y energía adicional

para calentar la mezcla a mayores temperaturas con tiempo de reacción prolongado.

Por su parte, el proceso por vía seca, no requiere de grandes cambios en la planta

asfáltica, solo manejar el caucho como un filler, incorporándolo cuando los áridos

estén calientes, además es necesario simular el tiempo de digestión en obra, que se

debe esperar antes de compactar, el cual correspondería al tiempo desde el cargado de

camión en la planta hasta llegar a la obra y descargar en la finisher.

• Ambos procesos de adición de caucho, exigen mayores cantidades de cemento

asfáltico, pero con los consiguientes beneficios y mejoras en las propiedades

relacionadas con la durabilidad.

• Es posible trabajar con granulometrías convencionales para la fabricación de mezclas

asfálticas mejoradas con caucho.

• Se debe tener en cuenta que por la baja densidad del caucho, las relaciones

volumétricas se alteran en mayor proporción de lo que se estima en dosificaciones en

masa.

• Si bien el caucho se incorpora como un árido en el proceso seco, no debe tratarse como

tal, pues interacciona con el cemento asfáltico. Por la misma razón, no debe

94

considerarse el polvo de caucho como un filler de aportación para afinar la

granulometría de las mezclas.

• El parámetro más critico de la adición de caucho por la vía seca, es el tiempo de

digestión. El tiempo de digestión recomendado debe cumplir con un mínimo necesario

para que el caucho interactúe con el ligante, modificando la reología del asfalto

original, y un máximo acotado a los tiempos reales de puesta en obra del material.

• El proceso de dosificación de las mezclas por la vía seca, no difiere en gran medida del

diseño de una mezcla tradicional, salvo en un parámetro básico que es la determinación

del tiempo y temperatura de digestión mínimo para alcanzar el grado de modificación

suficiente. Esto se verifica a través del ensayo de inmersión-compresión, exigiendo un

nivel cercano al 75% de resistencia conservada.

• No debe descartarse ninguno de los procesos de incorporación de caucho, sino que en

cada estudio de proyecto se debe seleccionar la mejor tecnología, dependiendo si la

solución es de mantenimiento o construcción, y además de los costos que cada proceso

tenga para ese caso particular.

5.2 ESPECÍFICAS

• Para las mezclas mejoradas con caucho, el contenido óptimo de caucho con el cual se

obtuvieron los mejores valores de tracción indirecta, módulos y fatiga es de alrededor

al 0.5 %, al igual que para los parámetros Marshall. Para el ensayo de inmersión-

compresión, los valores mejores de resistencia conservada se tiene con contenidos de

caucho hasta el 1%.

• Al aumentar la temperatura de digestión, con el mismo tiempo, se obtienen mejores

resultados de las mezclas asfálticas con caucho, mediante vía seca.

• Las mezclas asfálticas mejoradas con caucho, se diseñaron mediante el procedimiento

Marshall para determinar el contenido óptimo de ligante, evaluando la Estabilidad, el

contenido de huecos y la densidad; y el contenido óptimo de caucho, se estudia

analizando los parámetros Marshall y el ensaye de Inmersión-Compresión, y se verifica

mediante los ensayos de tracción indirecta, Módulo Resiliente y resistencia a la fatiga.

95

El contenido óptimo de ligante también puede ser determinado con evaluación de

módulos resilientes de la mezcla asfáltica.

• En la mezcla con caucho mediante vía seca, disminuye el contenido de huecos con aire

y el contenido de vacíos en el agregado mineral.

• A medida que se incorpora mayor cantidad de caucho en la mezcla asfáltica, la

Estabilidad tiende a disminuir. La fluidez sobrepasa los límites de una carpeta de

rodadura, 16 [0.01”], para contenidos de ligante del 1%

• El contenido óptimo de ligante en una mezcla asfáltica aumenta a medida que se

incrementa el porcentaje de adición de caucho, debido a la absorción de ligante que

éste produce.

96

6. RECOMENDACIONES

Dado que en Chile, la implantación de plantas recicladoras está retrasada, lo que

implica que, desde un punto de vista económico, conseguir el caucho sea muy caro, dado

que solo se consigue importándolo, se debe instar a los organismos gubernamentales a

favorecer dicha implantación apoyando a las empresas interesadas de todas las formas

posibles, incluyendo la instauración de normativa en relación a los proyectos de carreteras

que obliguen al uso y empleo del caucho proveniente de neumáticos desechados en la

fabricación de mezclas asfálticas, siguiendo la línea de otros países, lo que causará el

descenso de los precios finales del caucho reciclado, haciéndolo competitivo para su

empleo en la construcción de carreteras.

Cabe destacar que entre los tipos de plantas trituradoras que existen, la que genera

mejores resultados, en cuanto a las formas de partículas obtenidas, es la de trituración

ambiental, aparte de ser más económica que una criogénica.

Sería necesario desarrollar una evaluación económica de las mezclas asfálticas con

caucho, comparándolas con las convencionales, en cuanto a costos iniciales y de

mantenimiento, su vida útil y el estado del pavimento en el tiempo.

Al usar el caucho mediante el proceso seco, es conveniente estudiar los beneficios

que se pueden obtener al emplear tamaños de caucho más grueso que el utilizado en este

estudio.

Es necesario validar en el Manual de Carreteras, el ensayo de Inmersión-

Compresión, estableciendo el procedimiento de uso y los valores exigidos para cada tipo de

mezcla.

Se debe seguir estudiando con granulometrías tradicionales para elaborar mezclas

asfálticas con asfalto modificado con caucho, para comparar con los resultados obtenidos

con el uso de la granulometría SemiGap Graded. Asimismo, es necesario realizar un

seguimiento a los tramos de prueba realizados con este proceso, con la obtención de

testigos principalmente.

97

De modo de verificar las propiedades encontradas al usar el caucho por la vía seca y

para añadir al estudio sobre esta tecnología, se recomienda realizar tramos de prueba, lo que

serviría para analizar el comportamiento de estas mezclas en terreno.

98

7. BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS

Tesis asociadas

[1] HERRERA Toledo, Yasmila. Aplicación de mezclas asfálticas modificadas con caucho,

programa de seguimiento en ruta X-65 y 60-CH. Tesis (Ingeniero Civil). Santiago, Chile.

Universidad de Chile, Fac. de Cs. Físicas y Matemáticas, Depto. de Ing. Civil, 2005.

[2] BADILLA Montes, Pablo. Estudio de factibilidad técnica y estimación de la demanda

de pavimentos de asfalto modificado con caucho de neumáticos desechados. Tesis

(Ingeniero Civil). Santiago, Chile. Universidad de Chile, Fac. de Cs. Físicas y Matemáticas,

Depto. de Ing. Civil, 2002.

[3] GUTIÉRREZ Ruiz, Patricio. Incorporación de caucho de neumáticos desechables en

asfalto. Tesis (Ingeniero Civil). Santiago, Chile. Universidad de Chile, Fac. de Cs. Físicas y

Matemáticas, Depto. de Ing. Civil, 2001.

Publicaciones

[4] INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO. Estudio de las mejoras mecánicas de

mezclas asfálticas con desechos de llanta. Bogotá, Universidad de Los Andes, 2002. 303 p.

[5] GALLEGO Medina, Juan y DEL VAL Menús, Miguel Ángel. Efecto del empleo de

caucho de neumáticos usados por vía seca en las características de mezclas bituminosas en

caliente. Madrid, España.

[6] GALLEGO Medina, Juan y PRIETO Muñoz, Jorge. Tipo de mezclas bituminosas con

caucho de neumáticos. Experiencia española en la conservación de carreteras. Madrid,

España.

[7] LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD, MOP. Curso Laboratorista Vial. 5ª

edición, Vol. II. Santiago, Chile, 2000.

99

[8] DIRECCIÓN DE VIALIDAD, MOP. Especificaciones y Métodos de Muestreo y

Ensaye. Santiago, Chile, 1986. 400 p.

[9] GALLEGO Medina, Juan y DE LOS SANTOS Granados, Luis. Mezclas bituminosas

con betunes de alto contenido en caucho de neumáticos: una elección por las altas

prestaciones. III Congreso Andaluz de Carreteras, Sevilla, España. 2003.

[10] Diseño y desarrollo de un aglomerado asfáltico con polvo de caucho procedente del

reciclado de los neumáticos usados incorporado por via seca por Bernabé Witoszek,

Francisco Hernández, Candelas Benito y Manuel Alonso. VI Congreso Nacional de Firmes,

León, España. 2004.

[11] BALIGE, Marcela. Primera experiencia de utilización de caucho de neumáticos por

vía seca en pavimentación urbana. Congreso de Asfalto Caucho, Brasilia, Brasil.

Diciembre, 2003.

[12] KANDHAL, Prithvi. Waste materials in hot mix asphalt-an overview. Alabama,

Auburn University, National Center for Asphalt Technology. December 1992.

[13] HERVÁS Ramírez, Lorenzo. Los neumáticos fuera de uso. Andalucía, Consejería de

Medio Ambiente, Junta de Andalucía. 2003.

[14] The NU-10, Operation and Maintenance Manual, Cooper Research Tecnology, 2002.

[15] DIRECCION DE VIALIDAD, MOP. Manual de Carreteras, Volumen Nº5,

Especificaciones Técnicas Generales de Construcción. Santiago, Chile. 1997.

[15] DIRECCION DE VIALIDAD, MOP. Manual de Carreteras, Volumen Nº8,

Especificaciones y Métodos de Muestreo, Ensaye y Control. Santiago, Chile. 2003.

100

Normas

[16] ASTM D 8-88, Standard Definitions of Terms Relating to Materials for Roads and

Pavements.

[17] ASTM D4123-82 (Reapproved 1995), Indirect Tension Test for Resilient Modulus of

Bituminous Mixtures.

[18] EN 12697-26: 2003 anexo C, “Test de tensión indirecta en especimenes cilíndricos”

[19] NLT-346 “Resistencia a compresión diametral (ensayo brasileño) de mezclas

bituminosas”

[20] EN 12697-24, Bituminous mixtures — Test methods for hot mix asphalt — Part 24:

Resistance to fatigue.

[21] EN 12697-26, Bituminous mixtures — Test methods for hot mix asphalt — Part 26:

Stiffness.

[22] NLT-161 “Resistencia a la compresión simple de mezclas bituminosas”

[23] NLT-162 “Efecto del agua sobre la cohesión de mezclas bituminosas compactadas”

Recursos bibliográficos en línea

[24] ASPHALT RUBBER [en línea]

<http://www.asphaltrubber.com/whatisasphaltrubber.html> [consulta: Marzo de 2006]

[25] RUBBER PAVEMENTS ASSOCIATION [en línea]

<http://www.rubberpavements.org/faq.asp> [consulta: Abril de 2006]

101

[26] UNITED STATES DEPARTMENT OF TRANSPORTATION - FEDERAL

HIGHWAY ADMINISTRATION [en línea]

http://www.fhwa.dot.gov/Pavement/recycling/reccrumb.cfm [consulta: Abril de 2006]

[27] <http://www.tyrerecyclingsuccess.com/> [consulta: Abril de 2006]

102

ANEXOS

103

ANEXO A

RESULTADOS ENSAYO INMERSIÓN-COMPRESIÓN

104

TABLA A.1: Resultados mezcla patrón (P1).

TABLA A.2: Resultados mezcla fabricada con temperatura de digestión de 150ºC por dos horas con 1.0% de caucho (C1).

PRIMER GRUPO HORNO ( 24 hrs.a 25ºC + 2 hrs.a 25º en agua)

Nº H D P. en aire P s.s.s. P.

agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 1 102,7 100 1839,8 1850,4 1026,5 823,9 2233 41000 7854 5,22 2 101 100,7 1827,8 1835,8 1028,3 807,5 2264 39000 7964 4,90 3 103 101,6 1841,5 1849,6 1027,8 821,8 2241

2246

38000 8107 4,69

4,93

SEGUNDO GRUPO AGUA ( 24 hrs.a 60ºC en agua + 2 hrs.a Temperatura ambiente + 2 hrs. a 25º en agua)


agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 4 104 101,6 1834,6 1842,4 1014,7 827,7 2217 12000 8107 1,48 5 103,7 101,4 1842,2 1847,6 1018,7 828,9 2222 13000 8075 1,61 6 104 101,6 1834,5 1843,8 1011 832,8 2203

2214

12000 8107 1,48

1,52

RESUMEN Resistencia MPa Primer Grupo (R1) 4,93 Resistencia MPa Segundo Grupo (R2) 1,52 Diferencia Porcentual (R) 30,9



agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 1 103,2 101,7 1875 1885,3 1057,8 827,5 2266 31000 8123 3,82 2 101,6 101,7 1844,7 1853,1 1044,1 809 2280 32000 8123 3,94 3 101,9 101,8 1845 1853,9 1042 811,9 2272

2273

31000 8139 3,81

3,85



agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 4 101,4 101,8 1842,2 1847,9 1039,3 808,6 2278 15000 8139 1,84 5 101,8 101,6 1842 1852 1039,7 812,3 2268 23000 8107 2,84 6 101,6 101,7 1841,4 1849,5 1038 811,5 2269

2272

16000 8123 1,97

2,22


105

TABLA A.3: Resultados mezcla fabricada con temperatura de digestión de 150ºC por

dos horas con 1.5% de caucho (C2).



agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 1 104 100,7 1871,8 1880,5 1046,9 833,6 2245 37000 7964 4,65 2 104 100 1863,7 1871,2 1044,2 827 2254 37000 7854 4,71 3 100,2 100,2 1823 1828,4 1017,5 810,9 2248

2249 42000 7885 5,33

4,89



agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 4 104,8 100,9 1875 1880,5 1052,2 828,3 2264 16000 7996 2,00 5 104,4 100 1870,1 1877,5 1046,3 831,2 2250 6000 7854 0,76 6 104,4 101 1864,2 1869,5 1038 831,5 2242

2252 6000 8012 0,75

1,17



una hora con 1.0% de caucho (C3).



agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 1 104,6 101,9 1857,2 1869,3 1039,5 829,8 2238 29000 8155 3,56 2 104 102 1853,7 1860 1031,3 828,7 2237 31000 8171 3,79 3 103,8 102 1857,1 1864,2 1031 833,2 2229

2235

33000 8171 4,04

3,80



agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 4 104 101,6 1859,2 1870,3 1038,8 831,5 2236 11000 8107 1,36 5 104 101,7 1861,4 1868,8 1036,9 831,9 2238 13000 8123 1,60 6 104 101,5 1855,7 1865,7 1036,5 829,2 2238

2237

12000 8091 1,48

1,48


106




agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 1 102,4 101,6 1843,4 1854,8 1034,8 820 2248 34000 8107 4,19 2 103,2 101,7 1861,3 1868,8 1044,6 824,2 2258 32000 8123 3,94 3 104 101,7 1850,2 1864,1 1042,5 821,6 2252

2253 30000 8123 3,69

3,94

chequeo 101 101,6 1824,0 1831,8 1025,9 805,9 2263 40000 8107 4,93 101,3 101,7 1829,3 1838,3 1031,0 807,3 2266 44000 8123 5,42 102,0 101,6 1822,1 1829,6 1018,6 811,0 2247

2259

42000 8107 5,18

5,18



agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 4 104 101,6 1858,1 1868,2 1042,4 825,8 2250 12000 8107 1,48 5 104 101,6 1867,2 1877 1047,5 829,5 2251 16000 8107 1,97 6 103,1 101,4 1859 1867 1042,6 824,4 2255

2252 20000 8075 2,48

1,98




PRIMER GRUPO HORNO ( 24 hrs.a 25ºC + 2 hrs.a 25º en agua) Nº H D P. en aire P s.s.s. P. agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 1 101 101 1813,9 1823,8 1018,7 805,1 2253 32000 8012 3,99 2 101 101,3 1820,5 1828,8 1023,1 805,7 2260 42000 8060 5,21 3 98,5 101,5 1817,4 1822,5 1016,9 805,6 2256

2256 46000 8091 5,69

4,96

SEGUNDO GRUPO AGUA ( 24 hrs.a 60ºC en agua + 2 hrs.a Temperatura ambiente + 2 hrs. a 25º en agua) Nº H D P. en aire P s.s.s. P. agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 4 101 101,7 1818,0 1828,2 1025,40 802,8 2265 26000 8123 3,20 5 101,7 101,5 1817,2 1827,2 1018,00 809,2 2246 28000 8091 3,46 6 101,4 101,4 1822,8 1831,0 1023,80 807,2 2258

2256

28000 8075 3,47

3,38


107




agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 1 102,8 101,7 1842,7 1851,3 1031,4 819,9 2247 31000 8123 3,82 2 101,8 101,8 1832,7 1842 1025,8 816,2 2245 37000 8139 4,55 3 102,7 102,7 1839 1847,8 1027,1 820,7 2241

2245

37000 8284 4,47

4,28



agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 4 101,6 101,5 1838,6 1847 1029,5 817,5 2249 28000 8091 3,46 5 101,8 101,6 1836,4 1849,6 1036,1 813,5 2257 25000 8107 3,08 6 103 101,7 1840,6 1850,5 1026,8 823,7 2235

2247

17000 8123 2,09

2,88






agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 1 100 101,6 1815,5 1822,8 1023 799,8 2270 46000 8107 5,67 2 101 101,7 1825,7 1832,6 1027,6 805 2268 40000 8123 4,92 3 101 101,5 1823,7 1830,5 1025,6 804,9 2266

2268

42000 8091 5,19

5,26



agua Vol Dens Prom carga Área Resistencia Promedio [mm] [mm] [gr] [gr] [gr] [m3] [kg/m3] [kg/m3] [N] [mm2] [MPa] [MPa] 4 104 101 1830,4 1841,1 1030,5 810,6 2258 12000 8012 1,50 5 101,3 101,5 1829,8 1834,1 1020,4 813,7 2249 16000 8091 1,98 6 102,7 101,3 1830,7 1837 1028,4 808,6 2264

2257

22000 8060 2,73

2,07


ljniversidad de chile facultad de, ciencias ... · recomendaciones 96 7. bibliografÍa y...

Documents