MODIFICACIÓN DE UN CONCRETO ASFÁLTICO MDC-19...

MODIFICACIÓN DE UN CONCRETO ASFÁLTICO MDC-19 MEDIANTE LA SUSTITUCIÓN DEL LLENANTE MINERAL NATURAL POR CALAMINA

Presentado por:

JESÚS DAVID AMÉZQUITA ANDRADE Cód. 20111032002

CRISTHIAN DAVID GANTIVA QUINTERO Cód. 20111032010

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA TOPOGRÁFICA BOGOTÁ D.C.

FEBRERO 2017

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MODIFICACIÓN DE UN CONCRETO ASFÁLTICO MDC-19 MEDIANTE LA SUSTITUCIÓN DEL LLENANTE MINERAL POR CALAMINA

PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TITULO DE INGENIERO TOPOGRÁFICO

Dirigido por: Ing. WILMAR DARÍO FERNÁNDEZ GÓMEZ

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA TOPOGRÁFICA BOGOTÁ D.C.

FEBRERO 2017

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AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer al profesor Hugo Alexander Rondón Quintana, puesto que sin él esto no

habría sido posible. Quiero agradecerle por su constante apoyo, paciencia, por estar

pendiente siempre del desarrollo de este proyecto, por corregir nuestros errores

ayudándome a ser mejor y aprender siempre cosas nuevas. Sobre todo, quiero agradecerle

por permitirnos ser partícipes de sus constantes ideas, para experimentar y solventar los

problemas que se presentan en el ámbito de los pavimentos, expresando de manera muy

sincera mi más profunda admiración a lo que ha realizado en la ingeniería. Así mismo,

agradecer a nuestro director Wilmar Darío Fernández, por brindarnos su ayuda y

dedicarnos tiempo para finalizar correctamente esta monografía.

Quiero agradecer primero a Dios, pero sobre todo a mi familia, sin la ayuda de mi mamá,

papá, y hermana, no tendría un soporte para seguir adelante, a ellos les debo todo, hasta

lo que soy actualmente. Con ellos he aprendido todo lo que necesito en la vida y espero

poder siempre recompensarles algo de lo infinito que han hecho por mí. También quiero

agradecer a mi tía Cecilia y su esposo Pedro, que me ha ayudado a lo largo de mi carrera,

para profundizar y aprender lo más importante relacionado con la topografía.

Por último, quiero agradecer a mi compañero Cristhian por ayudarme en este proceso, a

todos los docentes del proyecto curricular de ingeniería topográfica, que me brindaron sus

conocimientos y experiencias, para poder desempeñarme como un profesional correcto y

con ánimo de adquirir nuevo conocimiento siempre.

Jesús

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Escribo estas líneas para expresar mi más sincero agradecimiento a todas aquellas

personas que me han apoyado en el transcurso de este proyecto, en especial al Dr. Hugo

Alexander Rondón Quintana, por la orientación, el seguimiento y supervisión continúa del

mismo, pero sobre todo por la confianza depositada en mí y en mi compañero Jesús David,

expreso mi más grande agradecimiento al nuestro el Ing. Wilmar Darío Fernández por su

apoyo y guía en este proceso.

Agradezco a mis padres Edgar y Clemencia por su apoyo incondicional, por los valores

inculcados ya que sin estos hubiera sido imposible llegar a convertirme en lo que ahora

soy, y sobre todo gracias por ser un ejemplo para mi vida.

Expreso una profunda gratitud a la Dr. Claudia Milena Poveda, José francisco velosa,

Enrique Poveda, Álvaro Poveda Aguilera en general a toda la familia Maracaná, por

ayudarme a crecer como persona y apoyarme incondicionalmente, por sus enseñanzas y

sus concejos los cuales fueron y seguirán siendo una virtud que llevare presente en todo

momento.

Finalmente, aunque es a lo primero que debo agradecer es a DIOS por permitirme estar

en este momento, por brindarme personas humildes y ejemplares como mis padres, por

permitirme estudiar en esta gran institución, por permitirme conocer y desarrollar los

proyectos que me apasionan, por darme un día más de vida a mí y a mi familia gracias.

Cristhian

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ÍNDICE DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 5

1. OBJETIVOS .................................................................................................... 8

1.1 OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 8

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................... 8

2. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 9

2.1. PAVIMENTO ............................................................................................... 9

2.2 TIPOS DE PAVIMENTO ......................................................................... 11

2.3 CALAMINA.............................................................................................. 15

2.3.1. Componentes y propiedades ............................................................... 16

2.3.2. Incidentes de la adición de Calamina en las propiedades de los

materiales ......................................................................................................... 17

2.4 MEZCLAS ASFÁLTICAS ........................................................................ 18

2.5 CONCRETO ASFÁLTICO O MDC .......................................................... 20

2.6 CEMENTO ASFALTICO ......................................................................... 21

2.7 AGREGADOS PÉTREOS ....................................................................... 21

3 METODOLOGÍA ........................................................................................... 22

3.1. Resumen de la metodología ................................................................... 22

3.2. Descripción de cada ítem ........................................................................ 22

3.2.1. Revisión Bibliográfica ........................................................................... 22

3.2.2. Caracterización del material ................................................................. 24

3.2.3. Ensayos sobre mezcla de control o referencia ..................................... 26

3.2.4. Sustitución de agregado pétreo natural por Calamina.......................... 26

3.2.5. Análisis de resultados .......................................................................... 26

3.2.6. Determinación de conclusiones ........................................................... 27

3.2.7. Elaboración de documento final ........................................................... 27

4. ANÁLISIS Y RESULTADOS ......................................................................... 28

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................ 34

6. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 36

7. ANEXOS ....................................................................................................... 38

7.1. ANEXO A: ENSAYO MARSHALL Y SUSTITUCIÓN DE PÉTREOS POR

CALAMINA ....................................................................................................... 39

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7.2. ANEXO B. RESULTADOS .................................................................... 44

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 Esquema de un pavimento ....................................................................... 9

Figura 2 Pavimento flexible .................................................................................. 12

Figura 3 Pavimento rígido .................................................................................... 13

Figura 4 Pavimento articulado .............................................................................. 13

Figura 5 Pavimento Semi-rígido ........................................................................... 14

Figura 6 Calamina ............................................................................................... 15

Figura 7 Esquema del resumen de la metodología .............................................. 23

Figura 8 Comportamiento de la estabilidad para diferentes porcentajes de asfalto,

para la muestra sin Calamina, con 6% Calamina y con 12,5% de Calamina ........ 29

Figura 9 Comportamiento del flujo para diferentes porcentajes de asfalto, para la

muestra sin Calamina, con 6% Calamina y con 12,5% de Calamina .................... 30

Figura 10 Comportamiento de la rigidez Marshall para diferentes porcentajes de

asfalto, para la muestra sin Calamina, con 6% Calamina y con 12,5% de Calamina

............................................................................................................................. 31

Figura 11 Comportamiento del porcentaje de vacíos para diferentes porcentajes

de asfalto, para la muestra sin Calamina, con 6% Calamina y con 12,5% de

Calamina .............................................................................................................. 33

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 ................................................................................................................. 16

Tabla 2 ................................................................................................................. 16

Tabla 3 ................................................................................................................. 24

Tabla 4 ................................................................................................................. 25

Tabla 5 ................................................................................................................. 25

ÍNDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1 Gravedad Especifica Máxima Teórica .............................................. 32

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INTRODUCCIÓN

Planteamiento del problema

De acuerdo con ASOPAC (Asociación de Productores y Pavimentadores

Asfálticos de Colombia, 2004) más del 65% de las vías existentes en la ciudad de

Bogotá están construidas en pavimento asfáltico, lo cual indica que las estructuras

flexibles son las más utilizadas en la capital del país, debido a sus ventajas y

mayor adaptación al entorno.

Durante la fabricación de mezclas asfálticas existe un componente del agregado

pétreo de difícil obtención (debido a sus altos costos y proceso de trituración),

pero indispensable para la mezcla denominados fracción fina y llenantes

minerales o filler. Existen estudios en los cuales esta fracción del agregado pétreo

puede ser sustituida por materiales resultantes de procesos industriales tales

como el acero, la construcción, entre otros. El grupo de investigación Centro de

Estudios en Pavimentos y Materiales Sostenibles de la Universidad Distrital

Francisco José de Caldas se encuentra desarrollando estudios tendientes a

evaluar la posibilidad de uso, como filler o sustituto de la de la fracción fina del

agregado pétreo en mezclas asfálticas, de un material denominado Calamina.

Un primer estudio está siendo llevado a cabo por un grupo de estudiantes,

mediante el trabajo de grado titulado “MODIFICACIÓN DE CONCRETO

ASFÁLTICO TIPO 19 (MDC-19) CON LA SUSTITUCIÓN DE LLENANTES

MINERALES POR CALAMINA Y LA INCORPORACIÓN DEL ADITIVO HUSIL”.

Justificación

Actualmente, surge la necesidad de desarrollar e investigar nuevos materiales

para uso en las mezclas asfálticas que traten de sustituir los agregados pétreos

naturales, los cuales son de difícil obtención debido a su valor económico y su

proceso de extracción. Poder reemplazar un poco de este agregado pétreo en

una mezcla y obtener resultados exitosos, reflejaría una solución respecto a la

obtención de este material y el daño provocado al medio ambiente.

En Colombia, a lo largo de su historia, se ha extraído este material (agregado

pétreo natural) para su uso en mezclas asfálticas. En la mayor parte de los ríos,

este proceso ha generado un problema ambiental, representando un riesgo para

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la sociedad. Cuando se sobre explota un recurso hidrológico (está por encima de

su capacidad de reposición) se provoca un aumento considerable en la erosión.

De acuerdo con la U.S. Geological Survey (USGS), con la Federación

Interamericana de Cemento y la Asociación Europea de Agregados, Colombia

se ubica en el décimo lugar en productor mundial de agregados pétreos que

incluye gravas, gravillas, arenas y triturados con una producción anual de 150

millones de toneladas siendo mayor a países como Bélgica, Chile, Italia; si se

compara con el carbón registra que el año pasado estuvo en el orden de 85 y

90 millones de toneladas, agregados pétreos registró una cifra cercana a los

160 millones de toneladas en 2015 (MINERO, 2016).

El propósito del presente trabajo de grado es continuar con las actividades de

investigación, relacionadas con el reemplazo del agregado pétreo natural

(principalmente procedente de fuentes hídricas) por el material denominado

Calamina. La intención es reemplazar una cantidad considerable (cuantificada

mediante un porcentaje) del material anteriormente mencionado. Es decir, a

diferencia del estudio titulado “MODIFICACIÓN DE CONCRETO ASFÁLTICO

TIPO 19 (MDC-19) CON LA SUSTITUCIÓN DE LLENANTES MINERALES POR

CALAMINA Y LA INCORPORACIÓN DEL ADITIVO HUSIL”, en el presente, se

pretende reemplazar por calamina, cantidades mayores a un 6% de la fracción

fina del agregado natural que compone la mezcla (no solamente el filler),

esperando obtener resultados óptimos, ayudando así a mitigar los efectos

contaminantes y ambientales.

Síntesis

En el capítulo 1 se describe el objetivo general, ítem fundamental porque

corresponde a la finalidad genérica del presente proyecto y los objetivos

específicos, encargados de concretar el objetivo general.

En el capítulo 2 se presenta el marco teórico, donde se enseña primero los

conceptos y términos básicos tales como la definición de un pavimento, los tipos

de pavimento, la descripción de la estructura (capas) de cada uno de ellos. Luego

se presenta la Calamina, con su respectiva definición, imagen, descripción y

propiedades fisicoquímicas. A continuación, se presenta la definición de mezclas

asfálticas, tipos de mezclas asfálticas, definición y descripción de concreto

asfaltico, cemento asfaltico y agregados pétreos. Para finalizar este capítulo se

presentan los antecedentes, mediante los aspectos más importantes de dos

artículos realizados en Brasil, en donde se describe el empleo de la Calamina

como agregado fino en el concreto y la caracterización, tratamiento y reciclaje de

Calamina generada en procesos de fabricación de acero.

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En el capítulo 3 se describe la metodología, la cual es resumida mediante un

esquema, así mismo, se presenta una descripción de cada ítem de la

metodología, tales como la revisión bibliográfica, caracterización del material,

ensayos sobre mezcla de control o referencia, sustitución de agregado pétreo

natural por Calamina, análisis de resultados, determinación de conclusiones y por

último la elaboración del documento final

En el capítulo 4 se presentan los resultados mediante algunos gráficos, tales

como grafico de estabilidad, grafico de flujo, grafico de rigidez Marshall, grafico de

vacíos, grafico de vacíos en agregado pétreo y el análisis respectivo de cada uno

de estos.

En el capítulo 5 se describen las conclusiones con base en los objetivos

planteados al inicio y al proceso de realización del presente proyecto.

En el capítulo 6 se presenta la bibliografía de referencia.

Finalmente, en el capítulo 7 se presentan los anexos, tales como imágenes del

proceso en laboratorio y los formatos de los resultados obtenidos de este.

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1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Evaluar la influencia que genera sustituir la facción fina de un agregado pétreo

natural por Calamina, sobre la resistencia bajo una carga monotónica, de una

mezcla de concreto asfáltico (MDC-19).

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar si es conveniente reemplazar el agregado pétreo natural por un

porcentaje mayor de Calamina, respecto al utilizado en el trabajo de grado

titulado “MODIFICACIÓN DE CONCRETO ASFÁLTICO TIPO 19 (MDC-19)

CON LA SUSTITUCIÓN DE LLENANTES MINERALES POR CALAMINA Y

LA INCORPORACIÓN DEL ADITIVO HUSIL”.

Realizar un grupo de briquetas para cada una de las mezclas (que se van a

comparar), para poder aplicar los respectivos ensayos de resistencia bajo

carga monotónica (Marshall e INV E-748). El propósito es establecer la

diferencia de las propiedades y características que tiene la mezcla

modificada (sustituye agregado pétreo natural por Calamina) de la mezcla

convencional (fabricada con agregado pétreo natural).

Revisar y describir documentos técnicos, así mismo, los resultados de

investigaciones ejecutadas en la temática de estudio.

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2. MARCO TEÓRICO

2.1. PAVIMENTO

Un pavimento se define como una estructura vial compuesta por diferentes capas

las cuales están conformadas por diversos materiales, dispuestos a soportar las

cargas que imponen el parque automotor y la acción del medio ambiente,

adicionalmente distribuye las cargas hacia la subrasante en magnitudes tolerables

a esta. En la Figura 1 se esquematiza la estructura de un pavimento (en este caso

un pavimento flexible)

Fuente: (Rondón y Reyes, 2015)

Figura 1 Esquema de un pavimento

Un pavimento flexible se conforma por distintas capas tales como:

Capa asfáltica

Carpeta de rodadura o capa de rodadura (CR).

Base Intermedia (de ser requerida o una estructura flexible) (BI).

Base asfáltica (BA).

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Capas granulares

Base granular (BG).

Bases Tratadas Con cementante Hidráulico (BTC), o suelo cemento (SC).

Sub-base granular (SBG).

Subrasante o Subrasante Mejorada.

2.1.1. Carpeta de rodadura o capa de rodadura: Es una de las capas más

importantes, todas las estructuras flexibles poseen Capa de rodadura (CR) y tiene

como principales funciones:

Impermeabilizar el pavimento, para que las capas subyacentes puedan

mantener su capacidad de soporte.

Proveer una superficie resistente al deslizamiento, incluso en una pista

húmeda.

Reducir las tensiones verticales que la carga por eje ejerce sobre la capa

base, para poder controlar la acumulación de deformaciones plásticas en

dicha capa.

2.1.2. Base asfáltica: Tanto la base asfáltica (BA) como la Capa de rodadura

(CR) y si es requerida una base intermedia (BI) pertenecen a la capa asfáltica del

pavimento; como principales funciones de la Base asfáltica se presenta:

Reducir las tensiones verticales que las cargas por eje ejercen sobre las

capas sub-base y suelo natural.

Reducir las deformaciones de tracción que las cargas por eje ejercen a la

capa de rodadura.

Permitir el drenaje del agua que se infiltra en el pavimento, a través de

drenajes laterales longitudinales.

Para vías terciarias con poco tráfico se puede utilizar la CR omitiendo las

bases, vías con trafico elevado vías secundarias es necesario utilizar una BA,

y vías primarias con tráfico pesado se emplean BI, BA.

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2.1.3. Sub-Base granular: La capa sub-base está constituida por un material de

capacidad de soporte superior a la del suelo compactado y se utiliza para permitir

la reducción del espesor de la capa base.

2.1.4. Sub-Rasante o Sub-Rasante mejorada: Es el terreno que constituye y

conforma la parte superior de la explanación de una vía. Capa del pavimento que

soporta en última instancia las cargas producidas por el tránsito y estará sometida

a la acción del medio ambiente, la cual, puede modificar sus propiedades.

Se define la rasante como el terreno natural sobre el cual se va a construir la

estructura, cuando existe un terreno demasiado blando, es decir, una Sub-

Rasante que no es óptima para su uso se hace necesario ser reemplazada por

diferentes compuestos como lo son:

Rajón(R): Son materiales compuestos por piedras de 15cm a 60 cm.

Afirmado(A): Son materiales compuestos por diámetros de 3 pulgadas de

diámetro como máximo.

Terraplén (T): Se define como el suelo retirado de un corte y compactado

de nuevo en otro lugar.

Materiales de Conformación (MC): Afirmados o escombros o cualquier

material reciclable de conformación útil para la capa granular.

Tiene como función suministrar apoyo uniforme a la estructura del pavimento con

unas deformaciones compatibles con éste. En un diseño es importante considerar

su potencial expansivo y su capacidad portante.

2.2 TIPOS DE PAVIMENTO

2.2.1 Pavimento flexible

Formados por una carpeta asfáltica soportada por una o varias capas de gran

flexibilidad (materiales granulares no ligados). Los esfuerzos se transmiten al

terreno de fundación mediante un mecanismo de disipación de tensiones, las

cuales van disminuyendo paulatinamente con la profundidad. En la Figura 2 se

12

puede observar una estructura de pavimento flexible, así mismo, algunas

características que tiene cada una de sus capas.


Figura 2 Pavimento flexible

2.2.2 Pavimento rígido

Constituidos por una placa o losa de concreto hidráulico de gran rigidez que

transmite los esfuerzos al terreno de soporte repartiéndolos en un área muy

amplia. (Rondón y Reyes, 2015)

Su principal componente estructural es la placa o losa de concreto, que alivia las

tensiones en las capas subyacentes por medio de su elevada resistencia a la

flexión, cuando se generan tensiones y deformaciones de tracción de bajo la losa

producen su fisuración por fatiga, después de un cierto número de repeticiones de

carga. La capa inmediatamente inferior a las losas de concreto denominada sub-

base, por esta razón, puede ser constituida por materiales cuya capacidad de

soporte sea inferior a la requerida por los materiales de la capa base de los

pavimentos flexibles (Becerril y Miranda, 2016). En la Figura 3 se puede observar

una estructura de pavimento rígido, así mismo, algunas características que tiene

cada una de sus capas.

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Figura 3 Pavimento rígido

2.2.3 Pavimento articulado

Este pavimento está formado por elementos prefabricados de pequeñas

dimensiones que individualmente son muy rígidos, Los esfuerzos se transmiten

mediante un mecanismo de disipación de tensiones, en relación con otros tipos de

pavimentos posee un proceso de reparación más fácil que los demás, no requiere

de personal ni equipo especializado para su colocación y posee una facilidad de

transporte y reutilización posee un bajo rendimiento constructivo y baja rugosidad

superficial de los adoquines (Rondón y Reyes, 2015). En la Figura 4 se puede

observar una estructura de pavimento articulado, así mismo, algunas

características que tiene cada una de sus capas.


Figura 4 Pavimento articulado

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2.2.4 Pavimento semi-rígido

Compuesta por una placa de suelo cemento y una carpeta asfáltica. La placa de

suelo cemento presenta menor rigidez que una losa de concreto, por

consiguiente, admite mayores deformaciones. La transmisión de esfuerzos a la

subrasante se lleva a cabo por disipación en la capa asfáltica y por repartición en

la paca de suelo cemento (Rondón y Reyes, 2015).

En términos amplios, un pavimento semirrígido o compuesto es aquel en el que

se combinan tipos de pavimentos diferentes, es decir, pavimentos “flexibles” y

pavimentos “rígidos”, normalmente la capa rígida está por debajo y la capa flexible

por encima (Becerril y Miranda, 2016). En la Figura 5 se puede observar una

estructura de pavimento semi-rígido, así mismo, algunas características que tiene

cada una de sus capas.


Figura 5 Pavimento Semi-rígido

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2.3 CALAMINA

La “cascarilla de laminación de acero” o “Calamina” es un residuo sólido generado

en la fabricación de etapa de laminación de acero, normalmente se coloca al aire

libre en patio de acero (Macedo Pereira, Krause de Verney, & Maria Lenz, 2011).

Fuente: (Macedo Pereira, Krause de Verney, & Maria Lenz, 2011)

Figura 6 Calamina

La calamina es una capa dura y lisa, de color gris azulado, que se forma de

inmediato sobre los productos de acero que resulta del proceso de tratamientos

térmicos, Además es un material no corrosivo su pH es de 6 unidades y su

humedad es de 0.63% (Mejia y López, 2012).

La calamina se obtiene durante el proceso de terminado específicamente en el

paso del temple que consiste en calentar la lámina de acero por encima de la

temperatura crítica superior y es enfriado bruscamente, se obtiene la

Homogenización del grano de acero, y como resultado una pieza mucho más dura

pero frágil (“efecto similar a un vidrio que esta duro, pero si es golpeado se

quiebra”). Durante este proceso se desprenden partículas del mismo material en

formas de escamas lo que se conoce como descarbonización u oxidación del

acero (a las escamas también se les llama calamina) y son consideradas como un

residuo sólido (Mejia y López, 2012)

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2.3.1. Componentes y propiedades

La Calamina presenta varios componentes y propiedades, esenciales para

comprender los efectos que pueden provocar en las mezclas asfálticas, estos son

presentados en la tabla 1 y 2

Tabla 1

Propiedades fisicoquímicas de la Calamina

PARÁMETRO UNIDADES RESULTADO MÉTODO

ANALÍTICO

Textura N/A Frágil y poco

flexible

Visual

Color NA Gris azulado Visual

Humedad % 0,63 Gravimétrica

PH Unidades 6,00 Potenciómetro

Grasas y aceites mg/L 462,90 Extracción soxhlet

Corrosividad No corrosivo Potenciómetro

Densidad g/ml 2.12 m/v

Fuente: (Mejia y López, 2012)

Tabla 2

Análisis químico y mineralógico de cascarilla de laminación

Parámetros Resultado (%) Parámetros Resultado

(%)

Aluminio 0,007 manganeso 0,13

Cadmio 0,000002 Níquel 0,016

Calcio 0,003 Silicio 0,37

Plomo 0,0008 Titanio 0,00062

Cobre 0,002 Cinc 0,003

Cromo 0,004 Aceites y Grasas 0,252

Magnesio 0,002 Humedad 0,08

Fuente: (Macedo Pereira, Krause de Verney, & Maria Lenz, 2011)

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2.3.2. Incidentes de la adición de Calamina en las propiedades de los materiales

En Colombia, no se ha incursionado el uso de la Calamina en temáticas

relacionadas con pavimentos, sólo han sido vistos unos casos. Pero la Calamina

ha sido usada en algunos proyectos de investigación, realizados en Brasil, en

donde se han podido encontrar algunos beneficios y algunas novedades con este

producto.

Respecto a la capacidad de resistencia, Macedo Pereira, Krause de

Verney, & Maria Lenz (2011) presentaron algunas investigaciones donde la

Calamina mejoró o empeoró ciertos materiales. Primero se demostró que el

uso de Calamina en los hormigones, con una relación agua/ cemento de

0,55 y 0,66, estaba reduciendo la resistencia a la compresión, presentando

la hipótesis de que los aceites que tiene la Calamina, influyen en las

reacciones de hidratación del cemento de Portland.

Por otro lado, Almeida (2009), realizó la incorporación de Calamina libre de

aceite, para la producción de bloques de hormigón, encontrando un mejor

rendimiento. Prado et al. (2008), usó la Calamina para sustituir el agregado

fino, mostrando que el material es una alternativa viable para proteger el

hormigón de la radiación. Es decir, reveló ser una alternativa a los

establecimientos de salud de blindaje con las actividades de teleterapia.

Así mismo, Mejia y López (2012) demostraron que usando un máximo de

5% de Calamina en la mezcla usada para realizar 12 especímenes

cilíndricos, y dejándolos 14 días en proceso de secado, la resistencia de la

mezcla aumenta (con un punto máximo de 2200 psi). No obstante, en la

elaboración de 24 bloques, no se encontró una mejora significativa en la

resistencia, en 7 y en 14 días en proceso de secado, mostrando un

beneficio bastante mínimo. Este último, es uno de los pocos proyectos que

ha usado la Calamina en Colombia, presentando una base de algunos

efectos positivos en la capacidad de resistencia que produce este producto.

Rincòn & Reina (2017) realizaron la sustitución del agregado pétreo natural

con 6% de Calamina (hasta el pasa 200) y adicionaron el aditivo Husil.

Obtuvieron resultados positivos, en variables tales como la estabilidad, el

porcentaje de vacíos, la rigidez, entre otros, en comparación con la mezcla

de control. Demostraron que la mezcla MDC-19 pudo mejorar sus

propiedades con la inclusión de la Calamina. Es decir, presentaron un

punto de partida para el progreso de las mezclas asfálticas en Colombia

(en lugares que presenten clima de alta temperatura).

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Respecto a los beneficios ambientales de usar Calamina, Ferreira da

Cunha, Gomes Mol, Eleotério Martins, & Santos Assis (2006) presentaron

el origen de la Calamina, obtenida en los procesos de fabricación de acero,

explicando por qué es nombrada “cascarilla de laminación” y por qué se

considera un producto reciclado.

Este estudio demostró como en la industria del acero, a veces se

desperdician los residuos de la laminación, es decir lo que se denomina

Calamina. En los últimos años, estos residuos fueron usados en distintos

materiales para comprobar su funcionalidad. Estos procesos no siempre

mejoraron las propiedades, pero al menos las mantuvieron en los rangos

deseados. Determinaron la importancia de considerar que, al ser un

producto reciclado, usarlo beneficia los parámetros ambientales,

económicos y productivos. Por lo tanto, varias empresas empezaron a

producir una política sobre la gestión ambiental, debido a la amplia cifra de

toneladas de acero producido.

2.4 MEZCLAS ASFÁLTICAS

Una mezcla asfáltica es la combinación entre un ligante asfaltico y un agregado

pétreo se pueden clasificar en mezclas abiertas o densas, o mezclas calientes o

frías. Las mezclas se elaboran normalmente en plantas mezcladoras. Pueden en

algunos casos efectuarse en el sitio. (Rondón y Reyes, 2015)

2.4.1 Mezclas abiertas en frio

Según la especificación técnica IDU 552-11 del IDU se define como la

combinación de un ligante-bituminoso (generalmente un CRM), con agregados

minerales, predominantemente gruesos, de granulometría uniforme, que puede

manejarse, extenderse y compactarse a la temperatura ambiental.

Se caracterizan por presentar un alto contenido de vacíos (mayor del 15%), Se

utiliza principalmente en Bacheos, capas de base y capa de rodadura. Durante la

compactación deberá aplicarse un sello de arena para evitar la adhesión de las

llantas de los vehículos, debido a la presencia de fluidificantes en la emulsión

asfáltica (IDU, Instituto de Desarrollo Urbano, 2011)

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2.4.2 Mezclas abiertas en caliente

Mezcla similar a la mezcla abierta en frío, la diferencia radica en que este tipo de

mezcla, emplea como ligante cemento asfáltico (60-70) o cemento asfaltico

modificado es decir se debe extender y compactar a altas temperaturas (IDU,

Instituto de Desarrollo Urbano, 2011).

2.4.3 Mezclas densas en frio

Una mezcla densa se diferencia de una mezcla abierta en que en la densa los

agregados minerales presentan granulometría con variedades de tamaño con

algún porcentaje de finos. Lo anterior permite, una vez compactada la mezcla,

lograr una reducción importante en los espacios vacíos, con incrementos en su

resistencia mecánica y disminución de la permeabilidad. (Rondón y Reyes, 2015)

2.4.4 Mezclas abiertas densas

Presentan una granulometría bien gradada en el agregado pétreo, y su contenido

de vacíos con aire son bastantes bajos (3% - 8%) en volumen. (Rondón y Reyes,

2015)

2.4.5 Mezclas abiertas o porosas

Esta mezcla presenta una granulometría mal gradada en el agregado pétreo y el

contenido de vacíos es alto superior al 10% en volumen.

En Colombia se presentan como principales mezclas las siguientes:

Mezclas abiertas en frío.

Mezclas abiertas en caliente.

Mezclas densas en frío.

Concreto asfáltico o mezcla densa caliente.

Arena – Asfalto.

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Tratamientos Superficiales.

Lechadas

Mezclas asfálticas o drenantes.

Mezclas discontinuas o microaglomerados en caliente.

Mezclas Tibias.

Mezclas asfálticas modificadas.

Materiales granulares estabilizados con asfalto en frío o en caliente.

Las principales propiedades que se desean en las mezclas son:

Resistencia bajo carga monotónica a tracción (estabilidad).

Resistencia a las deformaciones permanentes.

Resistencia a fatiga.

Resistencia al deslizamiento.

Impermeabilidad.

Resistencia al envejecimiento.

Durabilidad.

Resistencia a las condiciones ambientales.

Trabajabilidad

Economía.

2.5 CONCRETO ASFÁLTICO O MDC

En Colombia estas mezclas son conocidas como MDC (mezclas densas en

caliente) MSC (mezclas semidensas en caliente). MGG (mezclas de alto modulo)

(Invías, 2013, articulo 45 -13). De acuerdo con IDU (2011, articulo 510) la

nomenclatura mencionada anteriormente cambia por MD, MS, MG Y MAM

respectivamente. Internacionalmente, son conocidas como mezclas HMA (por sus

siglas en ingles). Son mezclas totalmente diferentes a las MAF, presentan

agregados pétreos naturales con granulometría bien gradada y con tamaños de

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

con cemento asfaltico estas mezclas deben fabricarse, extenderse y compactarse

a alta temperatura (fabricarse entre 140 y 180 °C aproximadamente, dependiendo

da la viscosidad del asfalto). Se caracterizan por presentar un bajo contenido de

vacíos con aire en volumen (entre 3% a 9 % por lo general). Son mezclas de alta

calidad, las cuales pueden ser utilizadas para conformar cualquier subcapa dentro

de la capa asfáltica (rodadura, base intermedia y/o base asfáltica). El agregado

pétreo natural utilizado para la elaboración de mezclas de concreto asfaltico debe

satisfacer los requisitos de granulometría y calidad del agregado grueso

presentado en las tablas 2.14, 2.15, y 2.16 (consultar fuente para observar las

tablas) respectivamente (Rondón y Reyes, 2015).

21

2.6 CEMENTO ASFALTICO

El cemento asfáltico se designa por las letras CA o AC (Asphalt Cement en un

país anglosajón) y se clasifican por lo general de acuerdo con su consistencia

evaluada a través de dos ensayos: penetración y viscosidad. Otra forma de

clasificación, utilizada principalmente en países desarrollados, se realiza a través

del grado de funcionamiento (PG por sus siglas en inglés). En Colombia, los CA

se clasifican de acuerdo con su penetración. Físicamente, los resultados de este

ensayo pueden ser entendidos como la resistencia que experimenta el cemento

asfáltico cuando se permite penetrar en él una aguja normalizada de 100 g de

masa durante cinco segundos a una temperatura estándar (25 °C). Es decir, de

manera directa mide la consistencia del CA y de manera indirecta evalúa su

rigidez, entendiéndose que, bajo las mismas condiciones de ensayo, el CA más

rígido será aquel en el cual la aguja penetre menos (Rondón y Reyes, 2015).

2.7 AGREGADOS PÉTREOS

La denominación técnica ―agregados pétreos en pavimentos se refiere a un

conglomerado de partículas inertes de gravas, arenas, finos (naturales o

triturados), utilizados ya sea para la fabricación de mezclas asfálticas, concretos

hidráulicos y materiales estabilizados o para la construcción de capas de

terraplén, afirmado, sub-base y/o base granular.

Dentro de una estructura de pavimento con capa asfáltica, los agregados pétreos

más exigentes, en cuanto a durabilidad, textura y resistencia mecánica se

refieren, son aquellos que conforman las mezclas asfálticas. En estos últimos

materiales los agregados pétreos conforman entre el 88% y el 96% de la masa y

más del 75% del volumen. Dentro de las mezclas asfálticas, son los encargados

de soportar las cargas impuestas por el parque automotor y transmitirla en

menores proporciones a las capas subyacentes. Los agregados pétreos deben

poseer una granulometría adecuada y requisitos mínimos de calidad para

conformar mezclas asfálticas (Rondón y Reyes, 2015).

22

3 METODOLOGÍA

Este proyecto es la continuación del trabajo de grado titulado “Modificación de

concreto asfáltico tipo 19 (mdc-19) con la sustitución de llenantes minerales por

calamina y la incorporación del aditivo Husil” (Rincòn & Reina, 2017).

Para la ejecución del trabajo de grado se llevó a cabo una serie de actividades,

las cuales involucraron a los estudiantes con su respectivo director. Para tener un

orden, se decidió dividir el proceso en varios periodos, los cuales se describen a

continuación.

3.1. Resumen de la metodología

El resumen de la metodología se presenta mediante un esquema para facilitar su

comprensión, el cual puede ser observado en la Figura 7.

3.2. Descripción de cada ítem

3.2.1. Revisión Bibliográfica

El periodo de revisión bibliográfica se desarrolló durante el transcurso del

proyecto, se hizo un proceso de investigación, mediante diferentes recursos

como: libros, artículos web, publicaciones web, entre otros. Se presentó la

información básica para entender todo el proceso, como las generalidades de los

asfaltos, mezclas asfálticas, específicamente en materiales y construcción. El

tema de usar Calamina para reemplazar el agregado pétreo natural no se ha

trabajado a profundidad, por lo cual, se buscaron las propiedades de este material

y algunos trabajos que sirvieron para el contexto que se está trabajando.

23

Figura 7 Esquema del resumen de la metodología

24

3.2.2. Caracterización del material

3.2.2.1. Obtención de materiales: Se estableció donde adquirir el material a

trabajar. El agregado pétreo y el asfalto se obtuvieron de la empresa

CONCRESCOL S.A. en Bogotá y la Calamina de la empresa TRIPLE A

en Barranquilla.

3.2.2.2. Determinación y caracterización del C.A.: Se tuvo en cuenta que el

proyecto está enfocado para condiciones de altos volúmenes de

tránsito. Se utilizó el C.A. 60-70, puesto que es el de más uso en

Colombia. En la tabla 3 se pueden observar los nombres de los

ensayos, así como, el método usado y las características de cada uno

de estos, para los distintos tipos de C.A.

Tabla 3

Ensayos y sus requisitos de calidad del C.A. (INVIAS 2013)

Fuente: (INVIAS, Instituto Nacional de Vias, 2013)

3.2.2.3. En el tercer ítem se realizó una caracterización del agregado pétreo

natural, mediante varios ensayos, presentados en la tabla 4 y 5.

25

Tabla 4

Ensayos y sus requisitos de calidad para agregado grueso (INVÍAS 2013)


Tabla 5

Ensayos y sus requisitos de calidad para agregado medio y fino (INVÍAS 2013)


26

3.2.2.4. En el cuarto ítem, se realizó una caracterización de la Calamina. Sobre

este material se ejecutaron ensayos de gravedad específica,

granulometría por tamizado y límites de consistencia.

3.2.3. Ensayos sobre mezcla de control o referencia

En esta etapa del estudio se fabricaron las mezclas de control o de referencia (sin

calamina), las cuales están compuestas por agregado pétreo natural. En esta fase

se fabricaron cinco briquetas Marshall (INV. E-748-13) para porcentajes de asfalto

de 4.5, 5.0, 5.5 y 6.0%. Este proceso se puede evidenciar en las fotografías

tomadas en laboratorio que se presentan en el Anexo A (numeral 7.1.1.)

3.2.4. Sustitución de agregado pétreo natural por Calamina

Se realizaron veinte briquetas; primero sustituyendo la calamina en el fondo y

usando el tamiz 200; posteriormente, veinte briquetas sustituyendo la calamina en

el fondo y usando el tamiz 80, calculando el porcentaje máximo que se puede

sustituir mediante este tamiz. Este proceso se puede evidenciar en las fotografías

tomadas en laboratorio que se presentan en el Anexo A (numeral 7.1.1.)

3.2.5. Análisis de resultados

En el periodo de análisis de resultados se dio a conocer lo más importante del

presente trabajo de grado, es decir, los resultados. Mediante los resultados se

pudo brindar una teoría acerca de si es funcional la calamina para sustituir una

parte significativa del agregado pétreo, usado para una mezcla asfáltica.

Con base en lo mencionado anteriormente, realizando el ensayo Marshall para la

mezcla no modificada, se ejecutó un análisis de:

Vacíos en la mezcla.

Estabilidad - E.

Flujo - F.

Relación E/F.

27

3.2.6. Determinación de conclusiones

Se elaboraron las conclusiones respecto a los objetivos planteados, y teniendo

como fundamento, el análisis de resultados. Esto sirvió para determinar si el

proyecto era conveniente y si el planteamiento del problema pudo ser

solucionado.

3.2.7. Elaboración de documento final

Durante la ejecución del trabajo de grado se redactó el documento final, el cual

tuvo todo lo correspondiente a resultados, gráficos, análisis de resultados, entre

otros. Documento que culminó el proceso del presente proyecto.

28

4. ANÁLISIS Y RESULTADOS

En la Figura 8 se puede observar los resultados de la variable estabilidad para

diferentes porcentajes de asfalto (4.5, 5, 5.5, 6%), para cada una de las muestras

(sin calamina, con 6% calamina y con 12.5 % calamina). Para poder representar

los datos de estabilidad fue necesario realizar las correcciones correspondientes.

Las correcciones se realizaron multiplicando el valor inicial de estabilidad (datos

obtenidos en el laboratorio) por su respectivo factor de corrección el cual está

definido previamente en la norma de ensayo de materiales Norma INV. E-748-13.

Lo anterior tiene como fin cumplir las normas técnicas exigidas.

De los resultados obtenidos en el ensayo Marshall se puede observar, que para

una mezcla asfáltica con 6% de Calamina, existe un incremento notable en la

estabilidad en comparación con la mezcla asfáltica de control (sin Calamina). Este

incremento oscila entre 2,55 kN y 6,82 kN.

Cuando se sustituye la fracción fina por Calamina en un 6% (solamente el pasa

200), la estabilidad es superior en comparación con la mezcla de referencia para

cualquier contenido de asfalto. Lo anterior es un indicador de que la mezcla

modificada con 6% de calamina podrá tener una resistencia mayor a la

deformación y desplazamiento bajo las cargas del tránsito en climas de alta

temperatura. También, puede tener una probabilidad más baja a desarrollar

ahuellamientos, ondulaciones o señales que indiquen cambios en la mezcla.

En el caso de Colombia, la especificación INV. 450-13, establece para un nivel de

transito NT3, una estabilidad mínima de 9 kN. Este valor mínimo se cumple para

cualquier porcentaje de asfalto en las mezclas de control y con sustitución de

pétreos naturales por Calamina al 6%.

Se observa que al sustituir pétreos naturales por Calamina al 12.5%, el cambio no

es significativo y la tendencia es experimentar menores valores de estabilidad

(excepto con un contenido de asfalto de 5.5%).

29

Figura 8 Comportamiento de la estabilidad para diferentes porcentajes de asfalto, para la muestra sin Calamina, con 6% Calamina y con 12,5% de Calamina

En la Figura 9 se puede observar los resultados de la variable flujo para diferentes

porcentajes de asfalto (4.5, 5, 5.5, 6%) en un cemento asfáltico 60-70, para cada

una de las muestras (sin calamina, con 6% calamina y con 12.5 % calamina).

De los resultados obtenidos en el ensayo Marshall se puede determinar que para

una mezcla asfáltica con 6% de Calamina existe una disminución en el flujo o en

la fluencia Marshall en comparación con la mezcla asfáltica sin Calamina o de

control. Para todos los porcentajes de asfalto, la mezcla con Calamina al 6%

desarrolla flujos menores que la mezcla de control. La fluencia Marshall

representa la deformación de la briqueta. Esta deformación está indicada por la

disminución en el diámetro vertical de la briqueta. Las mezclas que tienen valores

bajos de fluencia y valores muy altos de estabilidad Marshall son consideradas

demasiado frágiles y rígidas para un pavimento en servicio (Cáceres Morales,

2007). En el caso del presente estudio, las mezclas con calamina al 6%

desarrollan mayor resistencia a la deformación en comparación con la de control.

Para la mezcla con 6% de Calamina, se puede determinar que los valores de flujo

están dentro del rango que especifica la norma para tráficos NT1 y NT2 (de 2 a

4mm).

La mezcla menos deformable es aquella fabricada con sustitución de pétreos por

Calamina al 12,5 % (excepto con un contenido de asfalto entre 5,75% y 6%,

donde la mezcla con 6% de Calamina es la menos deformable). Así mismo, esta

mezcla se encuentra dentro del rango que especifica la norma para trafico NT3

(excepto con un contenido de asfalto de 6%).

30

Figura 9 Comportamiento del flujo para diferentes porcentajes de asfalto, para la muestra sin Calamina, con 6% Calamina y con 12,5% de Calamina

En la Figura 10 se puede observar los resultados de la relación entre la

estabilidad y el flujo, denominada Rigidez Marshall. Estos resultados son para

diferentes porcentajes de asfalto (4.5, 5, 5.5, 6%) en un cemento asfáltico 60-70,

para cada una de las muestras (sin calamina, con 6% calamina y con 12.5 %

calamina).

Para poder representar los datos de estabilidad fue necesario realizar las

correcciones correspondientes. Después de obtener los datos corregidos, se

efectuó la división entre la estabilidad y el flujo, esperando entender cómo se

relacionan estas variables. Esto con el fin de obtener información precisa de lo

que ocurre con el proceso de reemplazar el agregado pétreo natural por

Calamina.

De los resultados obtenidos en el ensayo Marshall se puede determinar que para

una mezcla asfáltica con 6% de Calamina, la rigidez Marshall es superior a la

rigidez de la mezcla asfáltica convencional (sin Calamina) y superior a la mezcla

asfáltica con 12,5% de Calamina. Esto significa que la mezcla con 6% de

Calamina tiene una resistencia bajo carga monotónica superior (principalmente en

clima de alta temperatura). Así mismo, es importante resaltar que, esta mezcla, en

clima de baja temperatura, tenderá a ser más frágil (ductilidad menor). Lo anterior

podría redundar en fisuración prematura en clima de baja temperatura o

agrietamiento por fatiga especialmente en capas asfálticas delgadas.

Es importante tener en cuenta que todos los resultados deben estar acorde a la

norma correspondiente, para Colombia (anteriormente mencionada). Para el caso

de la relación entre estabilidad y flujo, los parámetros son establecidos por la

norma INV. 450-13. Para un nivel de transito NT1, el valor de estabilidad/flujo

31

(kN/mm) debe estar entre 2 y 4, así mismo, para un nivel de transito NT2, el valor

de estabilidad/flujo (kN/mm) debe estar entre 3 y 5, y finalmente para un nivel de

transito NT3, el valor de estabilidad/flujo (kN/mm) debe estar entre 3 y 6 (valores

recomendados por el INVIAS). Se observa que la mezcla de control no cumplió

con este parámetro para el caso de tráfico NT3 en ningún contenido de asfalto,

mientras que las mezclas con Calamina desarrollaron rigideces Marshall

superiores a 3 kN (excepto para contenido de asfalto del 6% y calamina al

12.5%).

Figura 10 Comportamiento de la rigidez Marshall para diferentes porcentajes de asfalto, para la muestra sin Calamina, con 6% Calamina y con 12,5% de Calamina

En la Figura 11 se puede observar los resultados del porcentaje de vacíos para

diferentes porcentajes de asfalto (4.5, 5, 5.5, 6%) en un cemento asfáltico 60-70,

para cada una de las muestras (sin calamina, con 6% calamina y con 12.5 %

calamina).

Para poder representar los datos de la cantidad de vacíos fue necesario realizar

algunos cálculos previos para poder llegar al valor de los vacíos (en porcentaje).

Primero se tienen los valores (obtenidos en laboratorio) del peso específico en el

cemento asfaltico y en los agregados pétreos, así mismo, el valor de porcentaje

de asfalto. A continuación, se calculó el valor de Densidad Bulk (g/cm3),

dividiendo la masa en aire entre la resta de PSS y la masa en agua. Luego se

determinó la Gravedad Especifica Máxima Teórica (Gmm), mediante la siguiente

formula:

32

𝐺𝑚𝑚 = 100

((100 − % 𝐴𝑠𝑓𝑎𝑙𝑡𝑜

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑝é𝑡𝑟𝑒𝑜 ) + (

% 𝐴𝑠𝑓𝑎𝑙𝑡𝑜𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐴𝑠𝑓á𝑙𝑡𝑖𝑐𝑜

))

Ecuación 1 Gravedad Especifica Máxima Teórica

Con el valor de Gravedad Especifica Máxima Teórica, se calculó el valor de

porcentaje de vacíos para cada briqueta, dividiendo: la resta de Gmm y la

Densidad Bulk entre el valor de Gmm, multiplicando este valor por 100 para

obtener el resultado final en porcentaje. Por último, se hizo el promedio de los

valores de vacío (en porcentaje) de cada briqueta, para cada porcentaje de

asfalto. Los resultados finales son los que se graficaron.

Los vacíos de aire son espacios pequeños de aire, o bolsas de aire, que están

presentes entre los agregados revestidos en la mezcla final compactada. Es

necesario que todas las mezclas densamente graduadas contengan cierto

porcentaje de vacíos para permitir alguna compactación adicional bajo el tráfico, y

proporcionar espacios adonde pueda fluir el asfalto durante su compactación

adicional (Piura, 2010)

Es importante tener en cuenta que todos los resultados deben estar acorde a la

norma correspondiente, para Colombia (anteriormente mencionada). Para el caso

de los valores de porcentaje de vacío, los parámetros son establecidos por la

norma INV. 450-13.

De los resultados obtenidos, se puede observar que la mezcla asfáltica con 12,5

% de Calamina presenta la menor cantidad de vacíos, para un contenido de

asfalto de 5,5%. Con un contenido de asfalto de 5,5% se presenta la mayor

diferencia de porcentaje de vacíos en comparación con la mezcla asfáltica

convencional y la mezcla con 6% de Calamina (diferencia de 2,14% y de 0,74%,

respectivamente).

Teniendo en cuenta que la mezcla con 6% de Calamina es la que presenta mayor

rigidez Marshall, se puede determinar que esta mezcla es levemente más porosa

que la mezcla con 12,5 %, la causa probablemente de este comportamiento es la

presencia de algunas grasas y aceites en la Calamina, como se puede observar

en la tabla 1 y 2. Cuando se reemplaza con un 12,5% de Calamina, estas grasas

y aceites tienden a lubricar y rellenar espacios, presentando en los resultados

obtenidos un menor contenido de vacíos. Por lo cual, se podría deducir que

reemplazar los pétreos por Calamina, posiblemente sirva para contribuir a la

disminución del contenido de vacíos, incrementando ligeramente la duración del

pavimento (en clima de alta temperatura).

33

Figura 11 Comportamiento del porcentaje de vacíos para diferentes porcentajes de asfalto, para la muestra sin Calamina, con 6% Calamina y con 12,5% de Calamina

34

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Respecto a las propiedades de la mezcla de concreto asfáltico (MDC-19)

modificada con Calamina, luego de realizar el análisis de los resultados obtenidos

en el laboratorio, se concluye que:

Teniendo en cuenta que la Calamina se obtiene de la laminación del acero

y este es un material más rígido que los pétreos naturales, se puede

determinar que esta es una de las causas por la cual el indicador de rigidez

Marshall aumenta en las mezclas con Calamina (especialmente en la

mezcla con un 6%).

La Calamina posee un porcentaje considerable de aceites y grasas, las

cuales pueden ser provechosas en algunos efectos favorables, producidos

en las mezclas asfálticas. El aumento de rigidez en la mezcla es uno de

estos efectos favorables para clima de alta temperatura (aumento en la

resistencia al ahuellamiento), ya que este porcentaje de aceites y grasas

podría estar lubricando las partículas, permitiendo que el asfalto se adhiera

más fácilmente al agregado pétreo, reduciendo los vacíos en la mezcla.

Por lo tanto, puede ser recomendable el uso de Calamina, si se pretende

aumentar la rigidez de una mezcla MDC-19, para un clima de alta

temperatura. Respecto a la cantidad de porcentaje a reemplazar en los

agregados pétreos, usando tanto 6% como 12,5% de Calamina, los efectos

pueden ser provechosos para incrementar la rigidez de la mezcla asfáltica

de referencia.

Como se menciona anteriormente, la Calamina provoca algunos efectos

favorables, uno de estos es la disminución del porcentaje de vacíos en la

mezcla. Al reemplazar los pétreos naturales por Calamina, la lubricación

que provocan los aceites y grasas tienden a ocupar los poros, mejorando

trabajabilidad y compactibilidad. Esta es una de las causas probables de la

disminución del porcentaje de vacíos, en comparación con la mezcla sin

Calamina.

Por lo tanto, puede ser recomendable el uso de Calamina, si se pretende

obtener una leve disminución en el porcentaje de vacíos de una mezcla

MDC-19, para un clima de alta temperatura. Respecto a la cantidad de

porcentaje a reemplazar en los agregados pétreos, usando tanto 6% como

35

12,5% de Calamina, los efectos pueden ser provechosos en la duración del

pavimento.

El exceso de extracción de agregado pétreo natural, representa un

problema medio ambiental que ha estado en incremento, reemplazar el

agregado pétreo natural por Calamina, puede ser útil para nivelar este

proceso de extracción, teniendo en cuenta que es un producto obtenido de

los residuos de laminación de acero, es decir, un producto reciclado y

provoca beneficios mencionados anteriormente, en comparación con la

mezcla convencional (sin Calamina).

36

6. BIBLIOGRAFÍA

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37



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Rondón y Reyes, H. A. (2015). Pavimentos. Materiales, construcción y diseño.

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.

38

7. ANEXOS

39

7.1. ANEXO A: ENSAYO MARSHALL Y SUSTITUCIÓN DE PÉTREOS POR CALAMINA

FUENTE: AUTOR

7.1.1. Dosificación y proceso de mezclado

41

7.1.2. Compactación de la mezcla

42

7.1.3. Densidad de la mezcla (aire, agua, SSS)

7.1.3.1. Baño de maria A 60ºC - 30’

43

7.1.3.2. Falla en Marshall estabilidad y flujo

44

7.2. ANEXO B. RESULTADOS

FUENTE: AUTOR

50

MEZCLA MDC-19 (CONTROL O REFERENCIA)

MEZCLA MDC-19 CON 6% DE CALAMINA

Estabilidad [kN] Flujo [inch/100] Flujo [mm] E/F [kN/mm] Estabilidad [kN] Flujo [inch/100] Flujo [mm] E/F [kN/mm]

10,26 150 3,81 2,69 11,06 155 3,94 2,81

10,06 140 3,56 2,83 11,37 150 3,81 2,98

10,13 145 3,68 2,75 11,23 150 3,81 2,95

10,10 145 3,68 2,74 11,28 150 3,81 2,96

10,14 145,00 3,68 2,75 11,24 151,25 3,84 2,93

CA 60-70 (5.0%) CA 60-70 (4.5%)


11,45 150 3,81 3,01 10,03 165 4,19 2,39

11,49 160 4,06 2,83 10,25 165 4,19 2,45

11,45 150 3,81 3,01 10,05 160 4,06 2,47

11,43 155 3,94 2,90 10,14 160 4,06 2,50

11,46 153,75 3,91 2,94 10,12 162,50 4,13 2,45

CA 60-70 (5.5%) CA 60-70 (6.0%)


12,19 110 2,79 4,36 15,49 120 3,05 5,08

13,07 120 3,05 4,29 16,63 120 3,05 5,46

12,56 110 2,79 4,50 16,45 120 3,05 5,40

12,90 110 2,79 4,62 16,29 120 3,05 5,34

12,68 112,50 2,86 4,44 16,22 120,00 3,05 5,32

CA 60-70 (4.5%) CA 60-70 (5.0%)


17,5 130,00 3,30 5,30 12,9 140,00 3,56 3,63

18,13 130,00 3,30 5,49 13,15 135,00 3,43 3,83

18,23 125,00 3,18 5,74 13,22 135,00 3,43 3,86

17,78 130,00 3,30 5,38 13 140,00 3,56 3,66

17,91 128,75 3,27 5,48 13,07 137,50 3,49 3,74

CA 60-70 (5.5%) CA 60-70 (6.0%)

51

MEZCLA MDC-19 CON 12,5% DE CALAMINA


7,89 90 2,29 3,45 9,18 100 2,54 3,61

8,19 90 2,29 3,58 10,44 95 2,41 4,33

8,34 90 2,29 3,65 10,19 100 2,54 4,01

8,50 100 2,54 3,35 10,30 95 2,41 4,27

8,23 92,50 2,35 3,51 10,03 97,50 2,48 4,06

CA 60-70 (4.5%) CA 60-70 (5.0%)


11,42 120,00 3,05 3,75 8,8 135,00 3,43 2,57

12,01 130,00 3,30 3,64 8,44 145,00 3,68 2,29

11,89 120,00 3,05 3,90 8,55 140,00 3,56 2,40

11,92 125,00 3,18 3,75 8,66 145,00 3,68 2,35

11,81 123,75 3,14 3,76 8,61 141,25 3,59 2,40

CA 60-70 (5.5%) CA 60-70 (6.0%)

MODIFICACIÓN DE UN CONCRETO ASFÁLTICO MDC-19...

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