REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

ANÁLISIS DE LA DURABILIDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN

CALIENTE TIPO II ELABORADAS CON MATERIAL ASFÁLTICO DE DESECHO

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PRESENTADO ANTE LA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA PARA OPTAR AL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

REALIZADO POR: Bch. Katerine Leal TUTOR ACADÉMICO: Prof. Jesús Urdaneta

MARACAIBO, NOVIEMBRE DE 2013.

ANÁLISIS DE LA DURABILIDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE TIPO II ELABORADAS CON MATERIAL ASFÁLTICO DE

DESECHO

______________________ Leal González, Katerine Josefina

C.I. 20.377.362 AV. 60 casa 97A-48 Urb. San Rafael Maracaibo, Zulia.

0261 – 9960315 / 0414 - 6012866 Ka7y_purple@hotmail.com

______________________ Urdaneta Fernández, Jesús

C.I: 7.899.217 Tutor académico

DEDICATORIA

A DIOS, por la sabiduría, por sus bendiciones y por todo lo que me enseña día a

día en cada una de sus pruebas, creo en ti siempre.

A mi madre, Mercedes Ramona González Socorro, por su apoyo, por guiarme

siempre al mejor camino, por ser ejemplo de mujer luchadora. “ESTE LOGRO

TAMBIEN ES TUYO”.

A mi padre, Yohel Ricardo Leal Acosta, por su apoyo económico, por ser fuerte y

luchador, por demostrarme que todo se puede cuando te lo propones.

A mi hermana, Yoelis Alejandra, por su ayuda y apoyo en todo momento, por ser

uno de mis tesoros más preciados.

A mi hermana, Yosmery Andreina, por su ánimo, su nobleza y por ser el pedacito

de mi corazón que siempre me conmueve.

A mi hermana, Katiusca Verónica, por su ánimo, sus locuras y las sonrisas que

logra en mí siempre, pero sobre todo por ser la niña de mis ojos.

A mi hermano, Yoel Segundo, por el cariño que siempre me da, por su

inteligencia y por ser el hombre de la casa.

A mi hermano, Yowel Ricardo, por su ternura cuando me abraza, sus travesuras

cautivadoras y por ser el gordito bello de Katy.

A mis abuelas Ángela Violeta y Aura Margarita, por forjar mi camino desde el

principio, sus consejos y por cuidarme siempre. “LAS ADORO”

A mi novio, Victor Hugo Marval González, por su amor, su apoyo en todo

momento por ser una de las personas más importantes de mi vida.

KATERINE J. LEAL GONZALEZ (2013)

AGRADECIMIENTO

A la Universidad Rafael Urdaneta, por la educación tan completa que brinda y los

espacios agradables de estudio.

A mi tutor Ing. Jesús Urdaneta, por su ayuda, por su enseñanza y su atención.

Al Laboratorista Emilio Yoris, por su ayuda en la realización de ensayos, por su

enseñanza y su apoyo.

Al Sr. Guillermo y al Sr. Carlos gracias por su ayuda, su enseñanza, su tiempo, su

preocupación y su apoyo incondicional.

A la Lcda. Melvet González y al Ing. Victor Marval por su apoyo, su preocupación y

su atención para conmigo siempre les estaré agradecida.

Al Ing. Victor David Marval por su ayuda, sus ánimos y por estar siempre conmigo

cuando más lo necesite.

A todas las personas que de una u otra manera colaboraron o participaron en la

realización de esta investigación, mi más sincero agradecimiento.

Gracias.

KATERINE J. LEAL GONZALEZ.

ÍNDICE GENERAL

RESUMEN

ABSTRACT pág.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 11 1. CAPÍTULO I. EL PROBLEMA .................................................................... 13 1.1. Planteamiento del problema ..................................................................... 13 1.2. Objetivos .................................................................................................. 15 1.2.1 Objetivo general ..................................................................................... 15 1.2.2. Objetivos específicos ............................................................................ 15 1.3. Justificación ............................................................................................. 16 1.4. Delimitación ............................................................................................. 16 1.4.1. Delimitación espacial ............................................................................. 16 1.4.2. Delimitación temporal ............................................................................ 16 1.4.3. Delimitación científica ............................................................................ 17 2. CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO .............................................................. 18 2.1. Antecedentes ........................................................................................... 18 2.2. Fundamentos teóricos .............................................................................. 21 2.2.1 Asfalto .................................................................................................... 21 2.2.1.1 Propiedades físicas del asfalto ............................................................ 23 2.2.1.2. Características reologicas del asfalto ................................................. 23 2.2.1.3. Durabilidad del cemento asfáltico ....................................................... 24 2.2.2. Agregados ............................................................................................. 27 2.2.2.1. Clasificación de los agregados ........................................................... 27 2.2.2.2 Agregado grueso ................................................................................. 28 2.2.2.3 Agregado fino ...................................................................................... 28 2.2.2.4 Polvo mineral y filler (Material llenante ................................................ 29 2.2.3. Reciclaje (Desecho asfáltico) ................................................................ 29 2.2.3.1. Variabilidad de pavimentos de asfalto reciclado ................................. 30 2.2.3.2. Tipos de reciclaje ............................................................................... 31 2.2.3.3 Ventajas de las técnicas del reciclado ................................................. 32 2.2.3.4. Campos de aplicación de reciclaje ..................................................... 32 2.2.4. Pavimento asfáltico ............................................................................... 34 2.2.5. Mezcla asfáltica en caliente ................................................................... 34 2.2.5.1. Durabilidad de mezclas asfálticas ...................................................... 35 2.2.5.2. Propiedades de las mezclas asfálticas ............................................... 35 2.2.5.3. Mezcla asfáltica tipo II ........................................................................ 40 2.2.5.4. Diseño de mezclas asfálticas en caliente (Método Marshall) .............. 41 2.3. Definición de términos básicos ................................................................. 43 2.4. Sistema de variables e indicadores .......................................................... 45 2.4.1. Definición nominal ................................................................................. 45

2.4.2. Definición conceptual ............................................................................ 45 2.4.3. Definición operacional ........................................................................... 46 3. CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO ................................................ 48 3.1. Tipo de investigación................................................................................ 48 3.2. Diseño de investigación ........................................................................... 49 3.3. Poblacion y muestra ................................................................................. 50 3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos .................................... 51 3.5. Procedimiento metodológico .................................................................... 52 4. CAPÍTULO IV. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ................................... 55 4.1. Diseño de una mezcla asfáltica en caliente tipo II (patrón) según la norma COVENIN 2000-87.......................................................................................... 55 4.1.1. Caracterización física de los agregados ............................................... 55 4.1.2. Ensayos de las propiedades del cemento asfáltico ............................... 57 4.1.3. Análisis granulométrico con agregados convencionales ........................ 57 4.1.4 Diseño de mezcla tipo II ......................................................................... 58 4.2. Caracterización del material asfáltico de desecho según la norma COVENIN 12-10 ....................................................................................................... 58 4.3. Diseño de una mezcla asfáltica en caliente tipo II, elaborada con Material asfáltico de desecho en sustitución del agregado grueso según la metodología Marshall ....................................................................................................... 60 4.4. Determinación del comportamiento volumétrico de las mezclas asfálticas a diferentes situaciones externas según la metodología Marshall ...................... 61 4.5. Análisis de la durabilidad de la mezcla asfáltica elaborada con material asfáltico de desecho en comparación con los resultados obtenidos con la mezcla patrón según las especificaciones COVENIN 2000-87 ................................... 73 CONCLUSIONES ........................................................................................... 76 RECOMENDACIONES ................................................................................... 77 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................... 78 ANEXOS ....................................................................................................... 79

ÍNDICE DE TABLAS

pág.

Tabla 2.1. Principales ventajas de las técnicas del reciclado ....................................... 32 Tabla 2.2 Especificaciones para mezcla asfáltica tipo II. % en peso de material pasante en los cedazos .................................................................................................. 41 Tabla 2.3. Criterios Marshall .......................................................................................... 43 Tabla 2.4. Operacionalización de la variable ................................................................. 47 Tabla 3.1. Procedimiento metodológico ......................................................................... 53 Tabla 4.1. Granulometria de los agregado convencionales .......................................... 56 Tabla 4.2. Propiedades de los agregados convencionales ........................................... 56 Tabla 4.3. Propiedades del cemento asfáltico ............................................................... 57 Tabla 4.4. Combinacion de agregados .......................................................................... 57 Tabla 4.5. Resumen del ensayo Marshall para mezcla asfáltica tipo II elaborada con agregados convencionales ............................................................................................. 58 Tabla 4.6. Granulometría del material asfáltico de desecho ......................................... 59 Tabla 4.7.Propiedades del material asfáltico de desecho ............................................. 59

Tabla 4.8. Resumen del ensayo Marshall para mezcla asfáltica tipo II elaborada con

material asfáltico de desecho ......................................................................................... 60 Tabla 4.9. Comparación de los Parámetros Marshall entre la mezcla patrón y la de desecho asfáltico al mismo día de elaboradas las briquetas ....................................... 74

ÍNDICE DE FIGURAS

pág.

Figura. 4.1. Estabilidad en condición de intemperie ....................................... 61 Figura. 4.2. Densidad real en condición de intemperie .................................... 61 Figura. 4.3. Flujo en condición de intemperie .................................................. 62 Figura. 4.4. Porcentaje de vacios totales en condición de intemperie ............. 62 Figura. 4.5. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de intemperie ....................................................................................................... 62 Figura. 4.6. Porcentaje de vacios llenados en condición de intemperie ........... 63 Figura. 4.7. Estabilidad en condición de lluvia ................................................ 64 Figura. 4.8. Densidad real en condición de lluvia ............................................ 64 Figura. 4.9. Flujo en condición de lluvia .......................................................... 64 Figura. 4.10. Porcentaje de vacios totales en condición de lluvia .................... 65 Figura. 4.11. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de Lluvia ....................................................................................................... 65 Figura. 4.12. Porcentaje de vacios llenados en condición de lluvia ................. 66 Figura. 4.13. Estabilidad en condición de inmersión parcial en agua ............. 66 Figura. 4.14. Densidad real en condición de inmersión parcial en agua .......... 67 Figura. 4.15. Flujo en condición de inmersión parcial en agua ........................ 67 Figura. 4.16. Porcentaje de vacios totales en condición de inmersión parcial en agua ....................................................................................................... 67 Figura. 4.17. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de inmersión parcial en agua .............................................................................. 67 Figura. 4.18. Porcentaje de vacios llenados en condición de inmersión parcial en agua ....................................................................................................... 68 Figura. 4.19. Estabilidad en condición de baja temperatura ........................... 68 Figura. 4.20. Densidad real en condición de baja temperatura ........................ 69 Figura. 4.21. Flujo en condición de baja temperatura ...................................... 69 Figura. 4.22. Porcentaje de vacios totales en condición de baja temperatura . 69 Figura. 4.23. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de baja temperatura..................................................................................................... 70 Figura. 4.24. Porcentaje de vacios llenados en condición de baja temperatura 70 Figura. 4.25. Estabilidad en condición de alta temperatura ............................ 71 Figura. 4.26. Densidad real en condición de alta temperatura......................... 71 Figura. 4.27. Flujo en condición de alta temperatura ....................................... 71 Figura. 4.28. Porcentaje de vacios totales en condición de alta temperatura .. 72 Figura. 4.29. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de alta temperatura..................................................................................................... 72 Figura. 4.30. Porcentaje de vacios llenados en condición de alta temperara .. 72

LEAL GONZÁLEZ, KATERINE JOSEFINA “ANÁLISIS DE LA DURABILIDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE TIPO II ELABORADAS CON MATERIAL ASFÁLTICO DE DESECHO”. TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA. FACULTAD DE INGENIERÍA. ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL. MARACAIBO, VENEZUELA. 2013. 82P.

RESUMEN

El objetivo de la investigación consistió en el análisis de la durabilidad de las mezclas asfálticas en caliente tipo II elaborados con material asfáltico de desecho procedente de la avenida Bella Vista con Doctor Portillo situado en la zona central de Maracaibo, para estos dos diseños de mezcla, patrón y con residuo en sustitución de agregado grueso para el análisis en diferentes condiciones externas, como la lluvia, baja y alta temperatura, inmersión parcial y al aire libre durante un período de 40 días para la determinación de las propiedades mecánicas y físicas de las mezclas a través de ensayos de laboratorio (Método Marshall) aplicado por las normas COVENIN 2000-87 . El tipo de investigación fue descriptiva desarrollada en doce fases. Se prepararon briquetas, cuarenta tipo mezcla convencional II y cuarenta modificadas con material asfáltico de desecho, posteriormente con el período establecido para la evaluación en cada condición externa, se determinaron los valores de densidad – vacios y estabilidad – flujo estos resultados demostraron que las condiciones de las mezclas con desecho a comparación con la patrón presentan valores equivalentes, pero con una variabilidad al transcurrir el tiempo debido al envejecimiento causado por las condiciones en ambas mezclas. Se concluye que es conveniente la utilización del material asfáltico de desecho en mezclas en caliente.

PALABRAS CLAVES: diseños de mezcla, desecho asfáltico, durabilidad en el

tiempo.

LEAL GONZÁLEZ, KATERINE JOSEFINA “ANÁLYSIS OF THE DURABILITY OF ASPHALTIC MIXTURES ON HOT TYPE II PREPARED WITH ASPHALTIC MATERIAL OF RESIDUES”. TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA. FACULTAD DE INGENIERÍA. ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL. MARACAIBO, VENEZUELA. 2013. 82P.

ABSTRACT

The objective of the investigation consisted in the analysis of the durability of asphaltic mixtures on hot type II prepared with asphaltic material of residues taken from Avenue Bella Vista with Doctor Portillo placed in the central zone of Maracaibo, preparing for this two designs of mixture, pattern and with residue in substitution of coarse aggregate for the analysis in different external conditions like the rain, low and high temperatura, inmertion partial and outdoors during a period of 40 days for determining the mechanical and physical properties of the mixtures through trials of laboratory (Marshall properties) applied by the rules COVENIN 2000-87. The type of the investigation was descriptive developed in twelve phases which complementa all the objetives. Were prepared briquetas , forty conventional mixture type II and forty modified with asphaltic material of residue, afther the period established for the evaluation in each external condition, it was determined the values of density-empties and stability-flow results obtained point that the conditions of the mixtures were satisfactory in this way fall inside the criterions of the rules. We conclude that it is advisable to use waste material in asphalt hot mix.

KEYWORDS: mix designs, waste asphalt durability over time.

INTRODUCCIÓN

En Venezuela se viene observando con gran preocupación el mal estado de las

vías de pavimento flexible debido a la poca durabilidad de estas, la construcción

de mezclas asfálticas es un proceso que se compone de etapas como

resumidamente son; evaluación de los materiales o agregados, diseño de mezcla,

producción o fabricación, colocación y finalmente la compactación dichas etapas

deben ser controladas para la obtención de un pavimento flexible de calidad y así

mismo que cumpla con el periodo de duración para el cual fue diseñado.

Sin embargo los materiales que conforman las mezclas asfálticas poseen un alto

costo específicamente el agregado grueso por su gran explotación y debido a esto

la escasez que ha representado estos últimos años en Venezuela tomando en

cuenta que dicha explotación es un impacto al medio ambiente, se ha venido

estudiando la factibilidad del uso o implementación de materiales sustitutos que

cumplan con las mismas propiedades pero que a diferencia reduzca el costo y la

explotación para un ahorro energético.

En la presente investigación se estudiará la durabilidad de las mezclas tipo II

implementando el material asfáltico de desecho como agregado grueso ya que

este material no posee una disposición final especifica y a pesar de ser un material

envejecido posee aun buena parte de sus propiedades. Y la durabilidad se evaluó

mediante una comparación representada con una mezcla realizada con agregados

convencionales según las especificaciones Marshall y la norma COVENIN 2000-

87.

Es importante resaltar que las mezclas asfálticas tipo II según COVENIN 12-10

clasifica dentro de las denominadas mezclas de granulometría densa, por tanto

son apropiadas para capas de rodamiento en donde el trafico no es muy pesado.

El estudio fue estructurado de la siguiente manera:

Capítulo I: Planteamiento del Problema, presenta la descripción de la problemática

objeto de la investigación: la formulación del problema a manera de interrogantes

12

de la cual se generan sus objetivos, general y específicos; la justificación del

estudio desde las perspectivas teórica, socioeconómica y metodológica. Por último

esta sección presenta delimitación temporal, espacial y científica del estudio.

Capítulo II: Marco Teórico, exhibe los antecedentes de mayor sustento en cuanto

a la variable objeto de estudio; expone las bases teóricas bajo las cuales se

orientó el estudio, a través de la revisión de los documentos, libros y demás

postulados teóricos de autores reconocidos en materia de pavimentos.

Finalmente, se presentan una definición de términos básicos como el sistema de

variables, con sus definiciones conceptual y operacional, aunado a su

correspondiente cuadro de operacionalización con sus respectivas dimensiones e

indicadores.

Capítulo III: Marco Metodológico, presenta los aspectos metodológicos bajo los

cuales se desarrolló el estudio; el diseño y tipo de investigación; la población y

muestra; las técnicas e instrumentos de recolección de datos; los cuales en

conjunto representan el carácter científico del estudio descrito en su

procedimiento.

Capítulo IV: Análisis de los Resultados, presenta la compilación de todos los datos

recabados por los ensayos realizados y se analizó el comportamiento tanto de las

mezclas asfálticas realizadas con desecho asfáltico como de la convencional una

vez sometidas al proceso de condiciones externas por un periodo pautado. Para

finalmente el análisis de la durabilidad en el tiempo de dichas mezclas.

Finalmente, la información obtenida en esta investigación sirvió de referencia

complementaria a otras regiones del país, donde se utilicen otros tipos de mezclas

asfálticas o con diseños diferentes al considerado en este estudio; de igual

manera los resultados alcanzados constituyeron un aporte de interés en el campo

de la construcción de pavimentos flexibles.

13

CAPITULO I

EL PROBLEMA

En este capítulo se expone el planteamiento del problema, objetivos, justificación y

delimitación del estudio, estableciendo de esta manera la importancia de la

investigación.

1.1. Planteamiento del problema

Los materiales naturales son considerados a nivel mundial como la base para el

desarrollo de las obras civiles, por lo cual se ha consumido gran parte de su

existencia y en la actualidad se encuentran escasos debido a su gran explotación,

siendo los granulares uno de los más utilizados debido a la resistencia estructural

que poseen. En Venezuela, específicamente lo que compete la Región Zuliana, se

ha evidenciado una modificación en las propiedades físicas de dichos materiales,

en los cuales se encuentran variaciones de calidad según la zona de extracción.

Es importante destacar que las estructuras de pavimentos son el principal medio

de comunicación a nivel nacional siendo mayormente utilizados los flexibles, los

cuales se encuentran estructurados por capas como lo son, la capa base, sub-

base y de rodamiento, dicha estructura utiliza agregados naturales y cemento

asfáltico formando una mezcla. La capa de rodamiento es parte fundamental,

capaz de soportar y transmitir las cargas impuestas por el tránsito de vehículos, es

esencial una buena mezcla asfáltica, por tanto, se debe garantizar que la calidad

de los materiales utilizados en la fabricación de dichas mezclas, cumplan con los

criterios Marshall, estos criterios son primordiales para una mezcla asfáltica

adecuada. Por esta razón se ha promovido el uso de materiales asfalticos de

desecho para su elaboración, y así tener disponibilidad, calidad, eficiencia y

economía en los procesos de elaboración de mezclas asfálticas.

14

El desecho de estos materiales, produce problemas relacionados con su vertido,

resultando desfavorable desde el punto de vista técnico, ya que a pesar que están

envejecidos, conservan buena parte de sus cualidades. La reutilización del

conglomerado asfáltico permite un gran ahorro, ya que requiere sólo de un 1 a un

3% de betún adicional, mientras que un nuevo concreto asfáltico puede necesitar

más del 6%. Este aspecto, junto con el reducido costo del transporte y la escasa

energía necesaria para la producción de un firme reciclado, hacen que el ahorro

energético sea importante respecto de la construcción convencional de

pavimentos.

Hay que hacer notar que la durabilidad de un pavimento asfáltico es su habilidad

para resistir factores tales como la desintegración del agregado, cambios en las

propiedades del asfalto y separación de las películas de asfalto. Estos factores

pueden ser el resultado de la acción del clima, el tránsito, o una combinación de

ambos.

Una gradación densa de agregado firme, duro, y resistente a la separación

contribuye, de tres maneras, a la durabilidad del pavimento. La gradación densa

proporciona un contacto más cercano entre las partículas de agregado, lo cual

mejora la impermeabilidad de la mezcla. El agregado firme y duro resiste la

desintegración bajo las cargas de tránsito, por tanto si es resistente a la

separación resiste la acción del agua y el tránsito, las cuales tienden a separar la

película de asfalto de las partículas de agregado, conduciendo a la desintegración

del pavimento.

Buscando evitar lo anteriormente mencionado fue necesario analizar la

durabilidad de una mezcla asfáltica en caliente elaborada con material asfáltico

de desecho, ya que de lograrse un buen resultado implementando esta técnica,

se estaría optimizando el proceso de fabricación de las mezclas asfálticas en

caliente, evitando pérdidas económicas y eliminando una fuente de

contaminación ambiental, surgiendo la necesidad de estudiar su

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comportamiento en el tiempo, lo cual lleva a la siguiente interrogante:¿Cómo es

la durabilidad de las mezclas asfálticas en caliente elaboradas con material

asfáltico de desecho?

1.2. Objetivos de la investigación

En la presente investigación se buscó cumplir una serie de objetivos, enunciados a

continuación:

1.2.1. Objetivo general

Analizar la durabilidad de mezclas asfálticas en caliente tipo II, elaboradas con

material asfaltico de desecho, mediante la metodología Marshall.

1.2.2. Objetivos específicos

Diseñar una mezcla asfáltica en caliente tipo II (patrón) según la norma

COVENIN 2000-87.

Caracterizar, desde el punto de vista físico, el material asfáltico de desecho

según la norma COVENIN 12-10.

Diseñar una mezcla asfáltica en caliente tipo II, elaborada con material asfáltico

de desecho en sustitución del agregado grueso según la metodología Marshall.

Determinar, el comportamiento volumétrico de las mezclas asfálticas a diferentes

situaciones externas según la metodología Marshall.

Analizar la durabilidad de la mezcla asfáltica elaborada con material asfáltico de

desecho comparando los resultados obtenidos con la mezcla patrón según las

especificaciones COVENIN 2000-87.

16

1.3. Justificación

Actualmente, la obtención de los agregados utilizados en las mezclas asfálticas en

caliente es cada día más difícil, debido a su escasez. Mientras que la mayoría de

los pavimentos envejecidos son cortados y desechados, ocasionando pérdidas de

los agregados que lo conforman y el terrible impacto ambiental que esto

representa.

El aprovechamiento de este material como materia prima para dichas mezclas

como sustituto en su totalidad de agregado grueso, simplificaría la obtención del

agregado, evitando explotaciones al medio ambiente y disminuiría los costos de

producción por su fácil obtención, ya que el agregado granular es uno de los

materiales más costosos que conforman las mezclas asfálticas.

De lograrse un buen resultado implementando esta técnica, se estaría optimizando

el proceso de fabricación de las mezclas asfálticas en caliente, evitando pérdidas

económicas y eliminando una fuente de contaminación ambiental que afecta

directamente a la Región Zuliana.

1.4 Delimitación

1.4.1 Delimitación espacial

La presente investigación se desarrolló en los laboratorios aptos para realizar los

ensayos y estudios pertinentes como lo son: Laboratorio de materiales y ensayos

de la Universidad Rafael Urdaneta, Laboratorio de Pavimento de la Universidad

del Zulia y Servicio Autónomo de Ensayo de Materiales SAEMA, y los desechos

asfálticos provienen de la Constructora Conyoleca C.A. ubicada en el Municipio

Maracaibo del Estado Zulia.

1.4.2. Delimitación temporal

La investigación se realizó durante el periodo comprendido entre Enero y Agosto

del año 2013.

17

1.4.3 Delimitación científica

La presente investigación se realizó en el área de Ingeniería Civil, propiamente en

el campo de vías, lo que se refiere a pavimentos flexibles y la aplicación de la

Metodología Marshall para elaborar diseños de mezclas asfálticas en caliente tipo

II, sustituyendo el agregado por material asfáltico de desecho, logrando una

mezcla óptima comparable con las mezclas asfálticas convencionales, a través de

ensayos de laboratorio para determinar sus propiedades como lo son, estabilidad,

vacios totales, adherencia, equivalente de arena, granulometría, desgaste de los

ángeles, porcentaje de asfalto y gravedad especifica, para finalmente analizar su

comportamiento en el tiempo representando gráficamente los resultados obtenidos

de las propiedades antes mencionadas y finalmente determinar la durabilidad

según lo especificado en la norma COVENIN 2000-87.

18

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

El presente capitulo mostrará todos los aspectos teóricos de importancia para el

desarrollo de la investigación. Mediante la recopilación de información

fundamental en las fuentes consultadas, será posible alcanzar un mayor

conocimiento sobre el reciclado de mezclas asfálticas.

2.1. Antecedentes Arias, M. y Rivera, T. (2012). Comportamiento de mezclas asfálticas en caliente

diseñadas con asfalto reciclado para la rehabilitación de vías de bajo tráfico.

Trabajo especial de grado, Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela.

Presentando como objetivo general el análisis del comportamiento físico mecánico

de mezclas asfálticas en caliente diseñadas con asfalto reciclado para la

rehabilitación de vías de bajo tráfico, mediante la metodológica Marshall. Esta

investigación contó con una metodología que caracterizó el material asfáltico de

desecho por una recolección de muestras, clasificando el material mediante

granulometría por tamizado, contenido de humedad y contenido del ligante

asfáltico. Luego se estableció la proporción de agregados y cemento asfáltico para

la elaboración de mezclas asfálticas en caliente, mediante combinación del

material asfáltico de desecho con cemento asfáltico y agregados naturales para

finalmente determinar la correspondencia entre el comportamiento físico mecánico

de las mezclas asfálticas diseñadas con material asfáltico de desecho y las

especificaciones COVENIN vigentes, a través del método Marshall.

Una vez finalizada la investigación y considerando los materiales granulares,

asfálticos de desecho analizados, concluyeron que los materiales asfálticos de

desecho representan una alternativa viable para ser utilizados en la elaboración de

mezclas asfálticas en caliente para la rehabilitación de vías de bajo tráfico, ya que

19

todas las mezclas elaboradas utilizando material asfáltico cumplieron con lo

establecido en las especificaciones vigentes en relación a las propiedades

Marshall.

La utilización del material asfáltico de desecho en la elaboración de mezclas

asfálticas en caliente genera una disminución del costo de las mismas, ya que se

logra sustituir hasta un 30% de agregados nuevos y un 30% de cemento asfáltico,

particularmente de agregados gruesos, además de reducir los costos asociados a

la explotación y transporte de los materiales nuevos y los costos de transporte

hacia las zonas de bote del material asfáltico de desecho. Es preciso destacar que

se debe añadir cierta cantidad de agregados nuevos (arena y polvillo), ya que la

granulometría del material asfáltico de desecho no satisface los límites

granulométricos establecidos en la norma COVENIN 2000-1 para mezclas

asfálticas densas tipo III.

Bracho, C. y Lugo, E. (2007). Evaluación de mezclas asfálticas en caliente tipo III

sometidas a diferentes condiciones climáticas. Trabajo especial de grado,

Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela. Esta investigación tuvo como

objetivo general, evaluar el comportamiento de las mezclas asfálticas en caliente

tipo III sometidas a diferentes condiciones climáticas, como intemperie, lluvia, altas

y bajas temperaturas, basándose en la metodología Marshall.

Específicamente en la investigación se cumplieron con los siguientes objetivos, un

diseño de mezcla asfáltica tipo III (patrón) según la norma COVENIN 2000-87. Se

determinó según el método Marshall el comportamiento mecánico y volumétrico

del concreto asfáltico sometido a condiciones climáticas. Y finalmente se

compararon los resultados obtenidos de las mezclas sometidas a condiciones con

la mezcla patrón.

El tipo de investigación fue descriptiva, debido a que, en la misma se describen las

diferentes condiciones externas a las cuales fueron sometidas las mezclas

asfálticas, en donde dichas situaciones arrojaron resultados que finalmente

expresaron el comportamiento de la mezcla.

20

Arrojando conclusiones que examinan las propiedades originadas por las

diferentes condiciones climáticas tomando en cuenta los resultados que respecta a

la durabilidad del pavimento.

El pavimento bajo la acción de intemperie se comportó de acuerdo a las

condiciones ambientales presentes en la localidad donde está en servicio, a

temperatura aproximada de 8º C no se ocasionaron variaciones en las propiedades

de las mezclas asfálticas, se observó un claro proceso de envejecimiento del

pavimento en condiciones de lluvia, mientras que a altas temperaturas se altera la

composición química y las propiedades reológicas del asfalto, lo que acelera el

envejecimiento y por ende un aumento en la estabilidad Marshall.

Las variaciones de las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas en

caliente como la estabilidad y el flujo, son modificadas a través de un aumento o

una disminución de las mismas, según sea la condición climática a la cual está

expuesta, lo cual altera directamente la durabilidad del pavimento.

Osorio y Latif. (2007). Calidad de los materiales de pavimentación y su relación

con la durabilidad del concreto asfáltico. Trabajo especial de grado, Universidad

Rafael Urdaneta, Maracaibo, Venezuela. Esta investigación tuvo como objetivo

general determinar la calidad de los materiales de pavimentación y su relación con

la durabilidad del concreto asfáltico del Estado Zulia, para ello se realizaron

diseños de mezcla de concreto asfáltico, controles de mezclas de concreto

asfáltico en plantas asfálticas del estado Zulia, se detectaron las características de

las carpetas de concreto asfáltico colocadas en obras civiles y se establecieron la

relación existente entre la calidad de los materiales de pavimentación y la

durabilidad de las carpetas asfálticas.

La metodología permitió cuantificar la calidad de los materiales de pavimentación que

se utilizaron para el diseño de dicha mezcla en diferentes plantas productoras de

asfalto caliente en la zona de Maracaibo. Examinando la calidad de los mismos una

21

vez colocada como carpeta asfáltica las conclusiones referidas a este trabajo de

investigación con respecto a la durabilidad en las diferentes plantas asfálticas fueron:

Planta A con agregados procedentes del (Rio Palmar), se llego a la conclusión que

esta incumple con las especificaciones en cuanto a la granulometría (tanto en el

diseño como en las carpetas colocadas en obras civiles), así como el equivalente de

arena realizado en el diseño, y en las propiedades Marshall del diseño como las del

control de la mezcla. Lo que hace suponer que se deteriorará prematuramente las

carpetas asfálticas producidas por la planta Rio Palmar.

Planta B con agregados procedentes de (Apón), al momento de analizar los

resultados obtenidos en los ensayos y luego de variar su granulometría, se

encontró que esta cumple con las especificaciones dadas para cada una de las

fases establecidas para el estudio. Por lo cual se cree que con el uso del ligante

asfaltico adecuado, la buena colocación en sitio, y el no excederse en las cargas

para la que fue diseñada, las mezclas asfálticas provenientes de esta planta no

observen mayores problemas con respecto a la durabilidad.

Los resultados obtenidos de la planta C con agregados que provienen de (Cachiri),

se observó que la granulometría en las tres fases del estudio, el equivalente de

arena en el control de la mezcla y las propiedades Marshall en las fases en donde

fue efectuado, quedan fuera de las especificaciones, por lo que se presume que la

durabilidad de las carpetas asfálticas se verá disminuida.

2.2. Fundamentación teórica

2.2.1. Asfalto Según Reyes (2003) los asfaltos son aquellas sustancias de color oscuro que

pueden ser líquidas, semisólidas o sólidas, compuestas esencialmente de

hidrocarburos solubles en sulfuro de carbono en su mayor parte. Estos pueden

proceder de yacimientos naturales u obtenidos como residuo del tratamiento de

22

determinados crudos de petróleo, bien sea por destilación o extracción; las

cualidades aglutinantes y propiedades físicas y químicas de estos materiales los

hacen óptimos para un gran número de aplicaciones.

La gran versatilidad de los materiales bituminosos hace que los mismos sean los

más utilizados para la construcción y rehabilitación de estructuras de pavimentos

flexibles. Los principales tipos de ligantes asfálticos empleados en la elaboración

de las mezclas asfálticas son los siguientes:

Asfalto natural: según el Instituto de asfalto (1992), es el asfalto que ocurre en

la naturaleza y que ha sido derivado del petróleo por procesos naturales de

evaporación de las fracciones volátiles, dejando así las fracciones asfálticas.

Cementos asfálticos: según Reyes (2003), son asfaltos refinados o una

combinación de un asfalto refinado y aceite fluidificante (gasóleo), de una

viscosidad apropiada para los trabajos de pavimentación. Se designan,

generalmente, con las letras CA.

Asfaltos líquidos: según el Instituto del Asfalto (1992), son también

denominados asfaltos rebajados o cut- backs, pueden definirse como un material

asfáltico cuya consistencia blanda o fluida hace que salga del campo en que se

aplica el ensayo de penetración cuyo límite máximo es 300.

Emulsiones asfálticas: según Reyes (2003), es un sistema heterogéneo de

dos fases normalmente inmiscibles, como el asfalto y el agua, al que se le

incorpora una pequeña cantidad de un agente activador de superficies, tenso

activo o emulsificante, básico o ácido, el cual mantiene en dispersión el sistema.

Crudos del petróleo: Reyes (2003) los define como materiales bituminosos

que debido a sus propiedades ligantes, alto contenido de asfalto residual y grado

de volatilización de los solventes que lo componen, se emplean por lo regular en

su forma natural.

23

2.2.1.1 Propiedades físicas del asfalto

Las principales propiedades del asfalto que influyen en el diseño, construcción y

mantenimiento de carreteras son:

Adhesión: Es la capacidad que posee el asfalto para adherirse al agregado de

la mezcla.

Cohesión: Capacidad del asfalto de mantener firmemente unidas las partículas

de agregado presentes en la mezcla.

Envejecimiento y endurecimiento: Los asfaltos tienden a endurecerse dentro

de la mezcla asfáltica, durante la construcción y más aun cuando el pavimento

está terminado, por ello para que un asfalto pueda ser usado satisfactoriamente

como ligante debe mantenerse plástico.

Según el Instituto de Asfalto (1992), el endurecimiento se debe principalmente a

un deterioro físico y químico producto de los agentes atmosféricos, produciendo el

llamado “envejecimiento atmosférico”; el envejecimiento del ligante asfáltico

origina un excesivo desgaste superficial del pavimento.

Susceptibilidad a la temperatura: Todos los asfaltos son termoplásticos, es

decir, su viscosidad varía con la temperatura. La susceptibilidad a la temperatura

es una de las propiedades más valiosas del asfalto, ya que es necesario que

posea suficiente fluidez a altas temperaturas para que pueda cubrir partículas del

agregado durante el mezclado y permitir su acomodo durante la compactación.

Luego, a temperaturas ambientales, deberá volverse suficientemente viscoso para

mantenerse unido a los agregados.

2.2.1.2. Características reológicas del asfalto La reología es una de las propiedades más importantes de los productos

asfálticos. Se refiere a la variación de las propiedades del flujo a través del tiempo

24

de la aplicación de una carga e incluye una propiedad muy importante: la

viscosidad.

La viscosidad del asfalto varia con la temperatura en mayor o menor grado

(susceptibilidad térmica) y su estudio es muy importante y de interés práctico,

porque en todas las aplicaciones del asfalto se debe modificar su viscosidad

mediante el calentamiento.

A temperaturas altas el asfalto se considera un fluido viscoso, mientras que a

temperaturas bajas de servicio se considera un material sólido con propiedades

elásticas. Con el propósito de conocer las características del flujo del asfalto a

distintas temperaturas, se utilizan actualmente monogramas y curvas que

relacionan las principales propiedades del asfalto.

2.2.1.3. Durabilidad del cemento asfáltico

Reyes, H. (2003). La durabilidad de un cemento asfáltico se define como su

capacidad para mantener las propiedades ligantes y cohesivas en la mezcla, antes

y después de envejecido. Sus cualidades deben mantenerse a lo largo de la vida

útil del pavimento con el objeto de que cumpla la misión que tiene encomendada.

A favor de esa inalterabilidad desempeña un papel importante la naturaleza del

material, constituido por hidrocarburos de distintos grados de polaridad, a favor de

esa evolución cumplen un papel clave factores internos y externos. Entre los

internos, el propio sistema coloidal muestra una cierta tendencia a evolucionar

hacia la gelificación, con el consiguiente aumento de la dureza y fragilidad,

mientras que las condiciones climáticas, la intensidad del tránsito, las

características propias de la mezcla diseñada y el proceso constructivo son

factores externos que disminuyen la durabilidad del ligante asfáltico e inciden en el

comportamiento de la estructura del pavimento.

Existen seis (6) factores que contribuyen al envejecimiento de un cemento

asfáltico durante el proceso de mezclado o servicio.

25

Oxidación: Es la reacción del oxigeno del aire con los componentes químicos

del cemento asfáltico. La velocidad y magnitud de la oxidación dependen de las

características del cemento asfáltico y de la mezcla asfáltica, así como la

temperatura del aire.

Volatilización: Es la evaporación de los solventes más livianos. No es un

factor que contribuya al envejecimiento del asfalto a largo plazo en condiciones de

servicio.

Polimerización: Es una combinación de moléculas afines para formar enlaces

débiles carbono-carbono en grandes cadenas lineales, causando un

endurecimiento progresivo del cemento asfáltico.

Tixotropía: Es el endurecimiento progresivo por la formación de una estructura

dentro del asfalto durante un periodo de tiempo, la cual puede destruirse por

recalentamiento o durante el servicio de la mezcla asfáltica. La tixotropía, que está

asociada a pavimentos que tienen poco o nulo tránsito, es función de la

composición química del cemento asfáltico.

Sinéresis: Es una reacción de oxidación mediante la cual los aceites menos

viscosos fluyen hacia la superficie de la película del ligante, por lo que el cemento

asfáltico se endurece rápidamente.

Separación: Es la remoción de los aceites, resinas y asfáltenos que

constituyen el cemento asfáltico, causada por una absorción selectiva de

agregados de alta porosidad.

El grado de envejecimiento con el tiempo puede cuantificarse en términos del

porcentaje retenido de la penetración o mediante el índice de consistencia, dados

por las siguientes expresiones:

Porcentaje retenido de penetración= (Ec.2.1)

26

Índice de envejecimiento= (Ec.2.2)

Ambos parámetros se han utilizado para evaluar el envejecimiento de diferentes

grados de cementos asfalticos y diverso origen.

Mientras haya grandes cantidades de cemento asfáltico a una temperatura

elevada en los tanques de almacenamiento, no se presentan cambios sensibles

en sus propiedades. Sin embargo, cuando se mezcla el asfalto caliente con los

agregados también calientes, extendiéndolos en películas delgadas sobre su

superficie durante el proceso de mezclado, las condiciones son muy favorables a

la pérdida de las fracciones más livianas, a la oxidación y a la absorción de ciertos

componentes por parte de los agregados.

Durante el proceso de mezclado, se expone el asfalto al aire y a la acción de

temperaturas altas durante un corto tiempo, presentándose cambios sustanciales

en su comportamiento reológico: disminuye la penetración, en tanto que aumenta

su viscosidad y su punto de ablandamiento por la oxidación causada por el aire y

la pérdida de los solventes más volátiles. El control de las temperaturas del asfalto

y de los áridos, así como la reducción al mínimo del tiempo de mezclado,

disminuyen en gran parte el riesgo de un potencial endurecimiento perjudicial.

Así mismo el proceso de envejecimiento del cemento asfáltico en el pavimento es

un proceso de larga duración. De los factores que producen este envejecimiento,

la principal causa de endurecimiento y fragilidad con el tiempo es la oxidación

atmosférica de ciertas moléculas del asfalto por la formación de grupos

funcionales que contienen oxígeno altamente polares y de fuerte interacción

química, como resultado de esto, los ligantes presentan un mayor o menor

envejecimiento. Dichas alteraciones van a modificar las propiedades de flujo y

consistencia; el cemento asfáltico va perdiendo el poder ligante, se torna frágil y

quebradizo y permite que el agua penetre a través de la película y desplace el

asfalto, con el consiguiente deterioro de la mezcla.

27

En servicio, el envejecimiento del cemento asfáltico tiene que ver con el tiempo, la

temperatura, el contenido de ligante asfáltico, la absorción del agregado, el

espesor de película alrededor de las partículas y las características propias del

ligante asfáltico.

2.2.2. Agregados

Según el Instituto de Asfalto es cualquier material duro e inerte usado, en forma de

partículas graduadas o fragmentos, como parte de un pavimento de mezclas

asfálticas en caliente. Los agregados típicos incluyen arena, grava, piedra

triturada, escoria o polvo de roca. El comportamiento de la mezcla se ve altamente

influenciado por la selección apropiada del agregado, debido a que el mismo

proporciona la mayoría de las características de capacidad portante.

En los concretos asfálticos, los agregados normalmente constituyen el 90-95% del

peso total o entre el 80 y el 85% del volumen de la mezcla. Los agregados son los

principales responsables de la capacidad de soportar las cargas de las mezclas

asfálticas; por ello se hace necesario realizar un análisis de sus propiedades para

el buen diseño y comportamiento de las mezclas asfálticas. Lynch (1980).

2.2.2.1. Clasificación de los agregados

Su clasificación es muy amplia reconociéndose por:

Su naturaleza: Los agregados pueden ser naturales o artificiales, siendo los

naturales de uso frecuente, además los agregados utilizados en el concreto

asfáltico se pueden clasificar en, agregado grueso, según COVENIN 12-10.07 es

aquel que queda retenido en el tamiz N°8, agregado fino, según el apartado 12-

10.08 de la norma COVENIN es la fracción del agregado que pasa por el cedazo

N° 8 y queda retenido en el N° 200, filler o polvo mineral, es la fracción de

agregado que pasa el tamiz N°200 (COVENIN 12-10.09).

28

Su densidad: Se pueden clasificar en agregados de peso específico normal

comprendidos entre 2.50 a 2.75, ligeros con pesos específicos menores a 2.5, y

agregados pesados cuyos pesos específicos son mayores a 2.75.

Su origen, forma y textura superficial: Por naturaleza los agregados tienen

forma irregularmente geométrica compuestos aleatoriamente por caras

redondeadas y angulosidades. En términos descriptivos la forma de los agregados

puede ser: angular, poca evidencia de desgaste en caras y bordes, sub angular,

evidencia de algo de desgaste en caras y bordes, sub redondeada, considerable

desgaste en caras y bordes, redondeada, bordes casi eliminados, muy

redondeada, sin caras ni bordes.

2.2.2.2 Agregado grueso Según COVENIN 2000-87 es la fracción del agregado que queda retenido en el

tamiz N° 8. Debe poseer las siguientes propiedades y características:

Debe estar limpio y no debe poseer más del 5% de su peso de trozos alargados

o planos.

El porcentaje de desgaste determinado según la norma COVENIN 267, no debe

ser mayor del 40% para las mezclas usadas como rodamiento, ni mayor al 50%

para las mezclas utilizadas como carpeta intermedia o como carpeta base.

No debe tener una pérdida de peso mayor al 15% al ser sometida al ensayo

MOP-E-114 (desgaste en sulfato de magnesio, 5 ciclos); para las mezclas usadas

como carpeta de rodamiento.

En el momento de ser mezclado, el porcentaje de caras producidas por

fracturas determinado según la norma COVENIN 1124, debe ser mayor del 60%.

2.2.2.3. Agregado fino

Es la fracción del agregado que pasa por el tamiz N°8 y queda retenido en el tamiz

N°200. Debe estar constituido por arena y/o residuos de piedra o grava sin picar,

29

en forma de granos limpios, duros y de superficie áspera. El agregado fino que se

utilice en la preparación de carpetas de rodamiento, no debe tener una pérdida de

peso mayor de 15% al ser sometido al ensayo MOP-E-114.

2.2.2.4 Polvo mineral y filler (material llenante)

El polvo mineral es la fracción de agregado que pasa el tamiz N°200. El agregado

llenante debe estar compuesto por polvillo calcáreo o cemento portland. También,

debe ser aprobado por el Ingeniero inspector y puede estar constituido por

cualquier otro polvillo mineral no plástico.

2.2.3 Reciclaje (Desecho asfáltico)

Montejo (2002), se entiende por reciclaje la reutilización, generalmente luego de

cierto tratamiento, de un material de pavimento que ha cumplido su finalidad

inicial, el cual puede emplearse para construir un refuerzo en la misma carretera o

alguna capa de una calzada nueva.

Entre los factores fundamentales que han contribuido al desarrollo de estas

técnicas merecen destacarse las siguientes:

La crisis energética causante de los significativos aumentos en los precios de

los productos derivados del petróleo.

El progresivo agotamiento de las fuentes de obtención de agregados pétreos de

adecuada calidad y el incremento de sus precios en canteras. A estos aspectos

deben adicionarse la influencia notable de los costos del transporte cuando los

agregados pétreos de calidad se encuentran a considerable distancia de las obras.

Factor considerado de significativo peso en los análisis de precios en las obras.

Los aspectos ecológicos y la necesidad de preservar el medio ambiente, son

factores que se les otorgan actualmente la debida atención en los países mas

30

desarrollados, razones por las cuales es notoria la tendencia hacia la reutilización

de los materiales existentes en lugar de proceder a la explotación de yacimientos y

canteras, contaminando las zonas donde se realizan estas actividades.

La critica disponibilidad de los recursos económicos destinados a proyectos

nuevos o su influencia para hacer frente a la continua y efectiva conservación,

rehabilitación y reconstrucción de los sistemas viables existentes, ha obligado a

estudiar y ampliar técnicas de mantenimientos menos costosas pero con un

comportamiento similar a las obtenciones convencionales.

2.2.3.1 Variabilidad de pavimentos de asfalto reciclado

Una de las preocupaciones que tienen varios países de Latinoamérica es sobre el

uso de reciclado de pavimento asfáltico (RAP) es la variabilidad de los materiales.

Como el RAP se retira de una antigua calzada, puede incluir los materiales del

pavimento original, además de los parches, y el mantenimiento de otros

tratamientos. La base, la sub base, y la capa de rodamiento de los antiguos

caminos pueden ser todos mezclados en el RAP. El pavimento de asfalto reciclado

de varios proyectos a veces se mezcla en una sola reserva, a pesar de que esta

mezcla no se aplica.

Debido a las preocupaciones de la variabilidad, algunos estados de EE.UU limitan

la cantidad del pavimento de asfalto reciclado que se pueden incluir en las nuevas

mezclas. Algunos de estos estados permiten el uso de un mayor porcentaje de

RAP si el material es molido de un mismo proyecto en la nueva mezcla que será

colocada en sitio, si el RAP utiliza una mezcla que incluye material de varios

proyectos la cantidad de RAP será menor. Las existencias de RAP también

pueden incluir lo que se llama “material nocivo”, este incluye todo lo que no

pertenece a la reserva como latas de aluminio, trozos de madera, cemento

portland, basura, etc. Estos materiales son indeseables en el producto terminado y

su presencia en el de almacenamiento debe ser limitado.

31

La variabilidad es una preocupación tanto para las empresas como para el ente

contratante. Si el RAP es muy variable en las propiedades, como la gradación o el

contenido de asfalto, el resultado de mezcla de asfalto en caliente puede ser

también variable.

2.2.3.2 Tipos de reciclaje

Existen tres tipos de reciclaje, cuyas denominaciones y características, son las

siguientes:

Reciclaje superficial: Consiste en el retratamiento de la superficie del

pavimento en bajos espesores, generalmente no superiores a los 2,5 centímetros,

en casos en que los deterioros del pavimento no sean atribuibles a deficiencias

estructurales. Se incluye todo procedimiento en que la superficie de fresado,

cepillado o escarificado, trituradas y adicionadas o no de un agente de reciclaje,

con o sin la incorporación de pequeños porcentajes de materiales vírgenes

reacondicionadas y re compactadas. El proceso puede adelantarse en caliente o

en frio y en este último caso el agente de reciclaje, si se requiere, se aplica en

forma de emulsión.

Reciclaje en el lugar (in-situ): conocido también como reciclaje en frio,

consiste en rehabilitar el pavimento asfáltico hasta una profundidad mayor de 2.5

cm, involucrado o no el material de la capa base. Para ello el espesor es

escarificado y el material trozado resultante es triturado hasta un tamaño

adecuado y luego, mezclado con un agente de reciclaje y eventualmente con

cierto porcentaje de agregados nuevos, todos como para cumplir con las

exigencias de la nueva mezcla.

Reciclaje en planta: denominado también reciclaje, consiste en escarificar el

espesor deseado del pavimento existente y transportar el material trozado a una

planta en la que es triturado y clasificado por su granulometría. El material también

puede obtenerse del pavimento por medio de fresado en frio. Posteriormente en

32

base del análisis de composición del material viejo, se reconstruye en caliente la

nueva mezcla a reciclar, la cual debe responder al diseño adoptado. Para ello, se

agregan materiales nuevos que comúnmente incluyen un agente de reciclaje y

agregado pétreo virgen, así como asfalto nuevo. La nueva mezcla en caliente se

lleva al sitio de origen o al que se haya elegido para su colocación, donde se

distribuye y compacta mediante métodos y equipos convencionales.

2.2.3.3 Ventajas de las técnicas del reciclado

En la tabla 2.1, se muestra las principales ventajas de las distintas técnicas de

reciclado más frecuentemente utilizadas.

Tabla 2.1. Principales ventajas de las técnicas del reciclado

Técnica Reciclado Ventajas

Reciclado superficial

Mejora la resistencia al deslizamiento. Corrige las deficiencias de origen superficial. Mejora el perfil geométrico de la calzada. Permite eliminar la capa de restitución galibo en refuerzos del

pavimento.

Reciclado en el lugar (in-situ)

Mejora la resistencia al deslizamiento. Corrige las deficiencias de origen superficial y estructural. Permite incrementar en forma limitada la resistencia estructural del

pavimento. Elimina temporalmente las fisuras reflejadas. Permite corregir las características de las mezclas asfálticas

superficiales (6 a 7cm) con deformaciones plásticas. Mejora el perfil geométrico de la calzada.

Reciclado en planta

Refuerza estructuralmente al pavimento de acuerdo con las necesidades del proyecto.

Corrige las deficiencias de origen superficial y estructural. Produce mezclas asfálticas de mejor calidad. Permite eliminar o corregir las capas intermedias de deficiente

comportamiento. Elimina las fisuras reflejas. Mejora la resistencia al deslizamiento. Corrige el perfil geométrico de la calzada.

2.3.3.4. Campos de aplicación de reciclaje

El reciclado de pavimentos puede emplearse en aquellos casos en que las fallas

pueden atribuirse a:

33

Elevada rigidez de ligante asfáltico, como consecuencia de su envejecimiento

por acción del tiempo.

Desprendimiento de los agregados ocasionados por una falla de adherencia

con el asfalto o bien por el envejecimiento del mismo.

Deformaciones plásticas que producen ahuellamiento, ondulaciones,

corrimientos, entre otros. Esto es atribuible principalmente, a mezclas con baja

estabilidad.

Pulimentos de los agregados superficiales que disminuye la resistencia al

deslizamiento de la capa de rodamiento.

Afloramiento de asfalto, como consecuencia de una falla en el diseño de la

mezcla, que conduce también a superficies propensas al patinaje de los vehículos.

Fisuras y grietas ocasionadas por fatiga de la capa asfáltica (piel de cocodrilo) o

bien por contracción producida por efectos térmicos (fisura transversal).

2.2.4 Pavimento asfáltico

Oviedo (2007) define en un término general aplicado a cualquier pavimento que

tenga una superficie asfáltica. Normalmente consiste en una capa superficial de

agregado mineral cubierto y ligado con asfalto y una o más capas portantes, que

puedan responder a los siguientes tipos: Base de asfalto consistente en una

mezcla de agregado-asfalto, piedra triturada, escoria o grava, concreto de

cemento Portland.

2.2.5 Mezcla asfáltica en caliente

Lynch, (1980) define concreto asfáltico como “una mezcla en caliente de

agregados pétreos, bien gradados de alta calidad, con un cemento asfáltico que

34

actúa como ligante, para obtener una masa impermeable, resistente y compacta”,

la cual puede contener eventualmente aditivos.

Estas mezclas son sometidas a temperaturas altas (aproximadamente 135°C),

posteriormente son procesadas en plantas, transportadas al sitio de trabajo,

colocadas y compactadas mientras la mezcla se encuentra caliente.

2.2.5.1. Durabilidad de mezcla asfáltica

Reyes (2003). La durabilidad de una mezcla asfáltica hace referencia a la

capacidad que tiene para resistir la acción del tránsito y clima sin fisurarse,

deformarse o desintegrarse, durante la vida útil de la estructura del pavimento, y

está atada a las propiedades físico-químicas del ligantes, las que regulan a su vez

un comportamiento reológico, además de las propiedades de la mezcla.

La característica del cemento asfáltico es un factor de primordial importancia en la

durabilidad de las capas de rodadura asfálticas, si los diseños de la estructura del

pavimento y de la mezcla han sido los correctos y se ha realizado un buen control

de calidad sobre el proceso constructivo.

2.2.5.2. Propiedades de las mezclas asfálticas

Según el Instituto del Asfalto (1992), las buenas mezclas asfálticas trabajan bien

debido a que son diseñadas, producidas y colocadas de tal manera que se logra

obtener las propiedades deseadas. Hay varias propiedades que contribuyen a la

buena calidad de pavimentos, particularmente de los elaborados con mezclas

asfálticas en caliente. Estas incluyen la estabilidad, durabilidad, impermeabilidad,

trabajabilidad, flexibilidad, resistencia a la fatiga y resistencia al deslizamiento. El

objetivo primordial del procedimiento de diseño de mezclas es el de garantizar que

la mezcla de pavimentación posea cada una de esas propiedades.

35

Estabilidad

La estabilidad de un asfalto es su capacidad para resistir desplazamiento y

deformación bajo las cargas del tránsito. Un pavimento estable es capaz de

mantener su forma y lisura bajo cargas repetidas; un pavimento inestable

desarrolla ahuellamientos (canales), ondulaciones (corrugación), y otras señas

que indican cambios en la mezcla.

Los requisitos de estabilidad solo pueden establecerse después de un análisis

completo del tránsito, debido a que las especificaciones de estabilidad para un

pavimento dependen del tránsito esperado. Las especificaciones de estabilidad

deben ser lo suficiente altas para acomodar adecuadamente el tránsito esperado,

pero no más altas de lo que exijan las condiciones de tránsito. Valores muy altos

de estabilidad producen un pavimento demasiado rígido y, por lo tanto, menos

durable que lo deseado.

La estabilidad de una mezcla depende de la fricción y la cohesión interna. La

fricción interna en las partículas de agregado está relacionada con características

del agregado tales como forma y textura superficial. La cohesión resulta de la

capacidad ligante del asfalto. Un grado propio de fricción y cohesión interna en la

mezcla, previene que las partículas de agregado se desplacen unas respecto a

otras debido a las fuerzas ejercidas por el tráfico.

En términos generales, entre mas angular sea la forma de las partículas de

agregado y más áspera sea su textura superficial, mas alta será la estabilidad de

la mezcla. Cuando no hay agregados disponibles con características de alta

fricción interna, se pueden usar mezclas más económicas, en lugares donde se

espere trafico liviano, utilizando agregados con valores menores de fricción

interna.

La fuerza ligante de la cohesión aumenta en la frecuencia por la carga (trafico).

También aumenta a medida que la viscosidad del asfalto crece, o a medida que la

36

temperatura del pavimento disminuye. Adicionalmente, y hasta cierto nivel, la

cohesión aumenta con realces en el contenido de asfalto. Cuando se sobrepasa

este nivel, los aumentos en el contenido de asfalto producen una película

demasiado gruesa sobre las partículas de agregado, lo cual resulta en pérdidas de

fricción entre partículas. Existen muchas causas y efectos asociados con una

estabilidad insuficiente en el pavimento.

Las causas se pueden deber a exceso de asfalto en la mezcla, exceso de arena

de tamaño medio de la mezcla, agregado redondeado sin, o con pocas,

superficies trituradas. Y sus consecuencias o efectos se reflejan como

ondulaciones, ahuellamiento, exudación, baja resistencia durante la compactación

y posteriormente durante un cierto tiempo; dificultad para la compactación y

ahuellamiento y canalización.

Impermeabilidad

La impermeabilidad de un pavimento asfáltico es la resistencia al paso del aire

y agua hacia su interior, o a través de él. Esta característica está relacionada

con el contenido de vacios de la mezcla compactada. Aunque este contenido es

una indicación del paso potencial de aire y agua a través de un pavimento, la

naturaleza de estos vacios es más importante que su cantidad. El grado de

impermeabilidad está determinado por el tamaño de los vacios, sin importar si

están o no conectados y por el acceso que tienen a la superficie del pavimento.

Aunque la impermeabilidad es importante para la durabilidad de las mezclas

compactadas, virtualmente todas las mezclas asfálticas usadas en la

construcción de carreteras tienen cierto grado de permeabilidad. Esto es

aceptable, siempre y cuando la permeabilidad este dentro de los limites

especificados. a continuación se presentan ciertas causas y efectos

relacionados con valores bajos de impermeabilidad para pavimentos asfálticos

de graduación densa:

37

Las causas se deben por bajo contenido de asfaltos, alto contenido de vacios en la

mezcla de diseño y a una compactación inadecuada. Al pasar del tiempo los

efectos se verán reflejados por las películas delgadas de asfalto las cuales

causarán, tempranamente, un envejecimiento y una desintegración de la mezcla,

el agua y el aire pueden entrar fácilmente en el pavimento, causando oxidación y

desintegración de la mezcla, los vacios altos en el pavimento conducirán a

infiltración de agua y baja estabilidad.

Trabajabilidad

La trabajabilidad está descrita por la facilidad con que una mezcla de

pavimentación puede ser colocada y compactada. Las mezclas que poseen buena

trabajabilidad son fáciles de colocar y compactar; aquellas con mala trabajabilidad

son difíciles de trabajar. La trabajabilidad puede ser mejorada modificando los

parámetros del diseño de la mezcla, el tipo de agregado, y/o la granulometría.

Las mezclas gruesas (mezclas que contienen un alto porcentaje de agregado

grueso) tienen una tendencia a segregarse durante su manejo, y también pueden

ser difíciles de compactar. A través de mezclas de prueba en el laboratorio puede

ser posible adicionar agregado fino, y tal vez asfalto, a una mezcla gruesa, para

volverla más trabajable. En tal caso se deberá tener cierto cuidado para garantizar

que la mezcla modificada cumpla con los otros criterios de diseño, tales como

contenido de vacios y estabilidad.

Un contenido demasiado alto de relleno mineral también puede afectar la

trabajabilidad. Puede ocasionar que la mezcla se vuelva muy viscosa, haciendo

difícil su compactación. La trabajabilidad es especialmente importante en sitios

donde se requiere colocar y rastrillar a mano cantidades considerables de mezcla,

como por ejemplo alrededor de tapas de alcantarillado, curvas pronunciadas y

otros obstáculos similares. Es muy importante usar mezclas trabajables en dichos

sitios.

38

Las mezclas que son fácilmente trabajables o deformables se conocen como

mezclas tiernas. Las mezclas tiernas son demasiado inestables para ser

colocadas y compactadas apropiadamente. Usualmente son el producto de una

falta de relleno mineral, demasiada arena de tamaño mediano, partículas lisas y

redondeadas de agregado, y/o demasiada humedad en la mezcla.

Aunque el asfalto no es la principal causa de los problemas de trabajabilidad, si

tiene algún efecto sobre esta propiedad. Debido a que la temperatura de la mezcla

afecta la viscosidad del asfalto, una temperatura demasiado baja hará que la

mezcla sea poco trabajable, mientras que una temperatura demasiado alta podrá

hacer que la mezcla se vuelva tierna. El grado y porcentaje de asfalto también

pueden afectar la trabajabilidad de la mezcla. Existen ciertas causas y efectos

relacionados con la trabajabilidad de mezclas de pavimentación.

El tamaño máximo de partículas grandes, demasiado agregado grueso,

temperatura muy baja de mezcla, demasiada arena de tamaño medio, bajo o alto

contenido de relleno mineral son las causas especificas que conllevan a una mala

trabajabilidad surgiendo efectos como la superficie áspera que conlleva a una

difícil colocación y compactación, el agregado sin revestir produce una mezcla

poco durable, superficie áspera y difícil compactación, otro efecto ocurre cuando la

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

tierna es altamente permeable y la mezcla muy viscosa, suele ser difícil de

manejar y es poco durable.

Flexibilidad

Flexibilidad es la capacidad de un pavimento asfáltico para acomodarse, sin que

se agriete, a movimientos y asentamientos graduales de la subrasante. La

flexibilidad es una característica deseable en todo pavimento asfaltico debido a

que virtualmente todas las subrasantes se asientan (bajo cargas) o se expanden

(por expansión del suelo).

39

Una mezcla de granulometría abierta con alto contenido de asfalto es,

generalmente, más flexible que una mezcla densamente graduada de bajo

contenido de asfalto. Algunas veces los requerimientos de flexibilidad entran en

conflicto con los requisitos de estabilidad, de tal manera que se debe buscar el

equilibrio de los mismos.

Resistencia a la fatiga

La resistencia a la fatiga de un pavimento es la resistencia a la flexión repetida

bajo las cargas de tránsito. Se ha demostrado, por medio de la investigación, que

los vacios (relacionados con el contenido de asfalto) y la viscosidad del asfalto

tienen un efecto considerable sobre la resistencia a la fatiga, a medida que el

porcentaje de vacios en un pavimento aumenta, ya sea por diseño o por falta de

compactación, la resistencia a la fatiga del pavimento (el periodo de tiempo

durante el cual un pavimento en servicio es adecuadamente resistente a la fatiga)

disminuye.

Así mismo, un pavimento que contiene asfalto que se ha envejecido y

endurecido considerablemente tiene menor resistencia a la fatiga. Las

características de resistencia y espesor de un pavimento y la capacidad de

soporte de la subrasante, tienen mucho que ver con la vida del pavimento y con

la prevención del agrietamiento asociado con cargas de tránsito. Los

pavimentos de gran espesor sobre subrasantes resistentes no se flexionan

tanto, bajo las cargas, como los pavimentos delgados o aquellos que se

encuentran sobre subrasantes débiles.

Sus causas pueden ser: bajo contenido de asfalto, vacios altos de diseño, falta de

compactación, espesor inadecuado de pavimento. Los efectos se visualizan en

agrietamientos por fatiga, envejecimiento temprano del asfalto, demasiada flexión

seguido por agrietamientos por fatiga.

40

Resistencia al deslizamiento

Resistencia al deslizamiento es la habilidad de una superficie de pavimento de

minimizar el deslizamiento o resbalamiento de las ruedas de los vehículos,

particularmente cuando la superficie está mojada. Para obtener buena resistencia

al deslizamiento, el neumático debe ser capaz de mantener contacto con las

partículas de agregado en vez de rodar sobre una película de agua en la superficie

del pavimento (hidroplaneo). La resistencia al deslizamiento se mide en terreno

con una rueda normalizada bajo condiciones controladas de humedad en la

superficie del pavimento y a una velocidad de 65 km/hr (40mi/hr).

Una superficie áspera y rugosa de pavimento tendrá mayor resistencia al

deslizamiento que una superficie lisa. La mejor se obtiene con un agregado de

textura áspera, en una mezcla de gradación abierta y con tamaño máximo de

9,5 mm (3/8 pulgadas) a 12,5 mm (1/2 pulgada). Además de tener una

superficie áspera, los agregados deben resistir el pulimento (aislamiento) bajo

el tránsito. Las mezclas inestables que tienden a deformarse o a exudar (flujo

de asfalto a la superficie) presentan problemas graves de resistencia al

deslizamiento.

Las causas que se relacionan con una mala resistencia al deslizamiento son:

exceso de asfalto, agregado mal gradado o con mala textura, agregado pulido en

la mezcla y los efectos conllevan a exudación, poca resistencia al deslizamiento

pavimento liso, posibilidad de hidroplaneo y poca resistencia al deslizamiento.

2.2.5.3. Mezcla asfáltica tipo II

Es una mezcla en caliente, que se emplea en la construcción de los pavimentos

flexibles, estos poseen una superficie de rodamiento constituida por una mezcla

asfáltica y su capacidad estructural proviene de las distintas capas que los

constituyen.

41

Según COVENIN 12-10. Este tipo de mezcla clasifica dentro de las denominadas

mezclas de granulometría densa, como se observa en la tabla 2.2:

Tabla 2.2 Especificaciones para mezcla asfáltica tipo II.

% en peso de materiales que pasa los cedazos cedazo 1/2” 3/8” N° 4 N°8 N°30 N°50 N°100 N°200

TIPO II 100 80 - 100 50 - 75 35 - 50 18 - 29 13 - 23 8 - 16 4 – 10

COVENIN 12-10

2.2.5.4. Diseño de mezclas asfálticas en caliente (Método Marshall)

Existen varios métodos para diseños de mezclas asfálticas en caliente siendo el

método de dosificación Marshall, el más usado para la elaboración de fórmulas de

mezcla desarrollado por el Ing. Bruce Marshall. El criterio para conseguir las

propiedades adecuadas que debe tener una buena mezcla está basado en

requisitos mínimos de estabilidad, fluencia, densidad y porcentaje de vacíos, este

método determina el procedimiento para realizar los ensayos de estabilidad y

fluencia de mezclas asfálticas preparadas en caliente, utilizando el equipo

Marshall, determina características físicas de las mezclas y analiza los

parámetros que definen el contenido de asfalto. La estabilidad se determina

empleando el principio de corte en compresión semi-confinada, sometiendo a la

muestra a esfuerzos de compresión diametral a una temperatura de 60 ºC. La

aplicación de esfuerzos y la rotura de las muestras se consiguen con un

dispositivo especialmente proyectado para las pruebas de estabilidad.

El valor de estabilidad representa la resistencia estructural de la mezcla

compactada y está afectada principalmente por el contenido de asfalto, la

composición granulométrica y el tipo de agregado. El valor de estabilidad es un

índice de la calidad del agregado.

Además, la mezcla debe tener la fluidez necesaria para que pueda compactarse a

la densidad exigida y producir una textura superficial adecuada. El valor del flujo

representa la deformación producida en el sentido del diámetro del espécimen

42

antes de que se produzca su fractura. Este valor es un indicador de la tendencia

para alcanzar una condición plástica y consecuentemente de la resistencia que

ofrecerá la carpeta asfáltica a deformarse bajo la acción de las cargas que por ella

transiten.

El contenido óptimo de asfalto se determina, de acuerdo a recomendación del

Instituto del Asfalto (Manual MS - 2), a través de la media aritmética de los

porcentajes que llevan a la máxima estabilidad, la máxima densidad de la mezcla

y al volumen de vacíos de aire especificado.

Esta media debe ser verificada en relación al valor de la fluencia y a los vacíos del

agregado mineral (VAM), a fin de asegurar que la mezcla contenga un volumen de

asfalto (Vb) suficiente, sin que el volumen de vacíos de aire (Vv) sea reducido a un

valor inaceptable. Si no se cumplen las especificaciones, la granulometría del

agregado debe ser modificada.

Criterios Marshall para las mezclas de concreto asfálticos

Se deben preparar los moldes (briquetas) de 4” de diámetro y 2.5” de altura con

las mezclas a elaborar realizando el siguiente procedimiento:

Generalmente se elaboran dos (2) briquetas por cada punto de asfalto con un

peso aproximado de 1300g. El % de asfalto se incrementa en 0,5%.

Se calientan los agregados entre 135°C – 163°C, el cemento asfáltico 120°C –

140°C y la compactación debe realizarse a 110°C.

Se compactan dando el numero de golpes necesarios con el martillo

compactador. El N° de golpes será de 35 golpes/cara para trafico ligero, 50

golpes/cara para trafico mediano y 75 golpes/cara para tráfico pesado.

Se dejan enfriar las briquetas por lo menos una noche antes de ensayarlas.

En el método Marshall es importante mencionar que la estabilidad es la máxima

resistencia en libras la cual una briqueta Standard a 60°C, falla al aplicarle una

43

carga, a una velocidad de 2” por minuto. Mientras que el flujo es el movimiento o

deformación total que se produce en la mezcla entre el comienzo del ensayo y la

carga máxima durante el ensayo de estabilidad, expresando en centésimas de

pulgadas. Los criterios Marshall señalados para mezclas de concreto asfaltico son:

Tabla 2.3. Criterios Marshall

CAPA ESTABILIDAD (Lbs.)

FLUJO (1/10plg)

VACIOS MEZCLA

VACIOS LLENADOS CON

ASFALTO

Rodamiento >=1200 8 - 16 3 - 5 75 - 85

Intermedia >=1000 8 - 16 3 - 7 70 - 85

Base >=900 8 - 16 3 - 8 65 - 85

COVENIN 12-10.16

2.3. Definición de términos básicos

Briqueta

Molde o probeta utilizada en laboratorios de ensayos de pavimentos.

Compactación

Proceso mecánico mediante el cual se logra una densificación de la estructura de

pavimento por expulsión del aire de sus espacios vacios, para mejorar ciertas

características mecánicas del suelo.

Densidad

Medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado;

es la cantidad de masa por unidad de volumen.

Desechos asfálticos

Corte de vías asfálticas envejecidas. Que tiene como disposición final el uso en

reciclado de pavimentos o en el relleno de terrenos.

44

Ductilidad

Medida de cuanto puede ser estirada una muestra de asfalto antes de que se

rompa en dos partes. Se mide en centímetros

Equipo Marshall

Determina los valores de estabilidad y deformación de los pavimentos asfálticos.

Mediante la aplicación de una carga vertical cuya capacidad es de 6000 libras.

Equivalente de arena

Mide el contenido de arcilla en la fracción de agregado que pasa el tamiz n° 4 en un

cilindro y agitada para liberar los finos arcillosos presentes y adheridos al material.

Flujo

Movimiento o deformación total que se produce en la mezcla entre el comienzo del

ensayo y la carga máxima durante el ensayo de estabilidad, expresando en

centésimas de pulgadas.

Gradación

Serie de agregados ordenados gradualmente.

Granulometría

Proceso mediante el cual se separan los diferentes tamaños de los granos del

suelo.

Gravedad especifica

Sirve para la identificación y comprobación de uniformidad en los productos, así

como determinaciones de pesos y volúmenes.

45

Impermeable

Que es impenetrable al agua o a otro fluido.

Penetración

Es la distancia a la que penetra una aguja por el material asfáltico en una prueba

estándar, a una temperatura especifica.

Punto de inflamación

Temperatura más baja a la cual se separan materiales volátiles de la muestra

asfáltica y crean un destello en presencia de una llama abierta.

Viscosidad

Propiedad de los fluidos debido al frotamiento de sus moléculas que se gradúa por

la velocidad de aquellos a través de tubos capilares.

2.4. Sistema de variables e indicadores

En el presente trabajo de investigación se plantearon las siguientes variables con

sus respectivos indicadores para medirlas.

2.4.1. Definición nominal

Durabilidad de mezclas asfálticas en caliente tipo II con material asfáltico de

desecho.

2.4.2. Definición conceptual

La durabilidad de mezclas asfálticascomprende todas las características que

permiten una mayor vida de servicio del concreto asfáltico, como son, resistencia

46

del asfalto a endurecerse durante la operación de mezcla, resistencia al efecto

abrasivo del tránsito, resistencia a la acción destructiva de los agentes

atmosféricos (aire, agua, cambios de temperatura), flexibilidad suficiente para

resistir roturas por la aplicación repetida de las cargas. El tipo de mezcla

especifica que son de granulometría densa representada como mezcla tipo II.

2.4.3. Definición operacional

En el presente estudio la variable se define operacionalmente como, un análisis

comparativo de la durabilidad de mezclas asfálticas en caliente tipo II convencional

con la mezcla asfáltica tipo II modificada con material asfáltico de desecho.

47

Tabla 2.4. Operacionalización de la variable

Objetivo general: Analizar la durabilidad de mezclas asfálticas en caliente tipo II, elaboradas con

material asfáltico de desecho.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

VARIABLE DIMENSIONES INDICADORES

Diseñar una mezcla asfáltica en caliente tipo II (patrón), según la norma COVENIN 2000-87.

DURABILIDAD DEL

CONCRETO ASFÁLTICO TIPO II CON MATERIAL

ASFÁLTICO DE DESECHO

Diseño de la mezcla asfáltica

tipo II

Granulometría por tamizado

Equivalente de Arena.

Peso especifico.

Desgaste de los ángeles.

Caras Fracturadas.

Estabilidad.

Flujo.

Densidad real.

Vacios del agregado mineral

Densidad máxima teórica.

Caracterizar desde el punto de vista físico el material asfáltico de desecho según los parámetros Marshall.

Caracterización de material asfáltico

de desecho (agregados) según

normas covenin 12-10

Granulometría

Contenido de humedad.

Contenido de ligante asfáltico.

Diseñar una mezcla asfáltica en caliente tipo II, elaborada con material asfáltico de desecho en sustitución del agregado grueso según el método Marshall.

Especificaciones para el Diseño de la mezcla asfáltica

tipo II

Granulometría.

Estabilidad.

Flujo.

Densidad real

Vacios totales del agregado mineral.

Vacios llenados con asfalto

Densidad máxima teórica.

Determinar, el comportamiento volumétrico de las mezclas asfálticas a diferentes situaciones externas según la metodología Marshall.

Agentes Atmosféricos

Intemperie.

Simulación de lluvia.

Alta temperatura.

Baja temperatura.

Inmersión parcial.

Analizar la durabilidad de la mezcla asfáltica elaborada con material asfáltico de desecho comparando los resultados obtenidos con la mezcla patrón según las especificaciones COVENIN 2000-87.

48

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

Este capítulo presenta la manera en cómo se llevó a cabo la investigación,

su tipo y enfoque, de igual manera los sujetos estudiados, así como

los instrumentos que se utilizaron y el tamaño de muestra, todo con el fin

de lograr datos relevantes y significativos para obtener una investigación

exitosa.

3.1. Tipo de investigación

El trabajo especial de grado titulado “Análisis de la durabilidad de mezclas

asfálticas en caliente tipo II elaborada con desecho asfáltico”, se encuentra

ubicado dentro del campo descriptivo.

Rivas (1995, p. 54) señala lo siguiente:

La investigación descriptiva, trata de obtener información acerca del

fenómeno o proceso, para describir sus implicaciones. Este tipo de

investigación, no se ocupa de la verificación de la hipótesis, sino de

la descripción de hechos a partir de un criterio o modelo teórico

definido previamente. En la investigación se realiza un estudio

descriptivo que permite poner de manifiesto los conocimientos

teóricos y metodológicos del autor para darle solución al problema a

través de información obtenida de la Institución.

Se considera descriptiva la presente investigación, debido a que, en la misma

se describen las diferentes condiciones externas a las cuales están sometidas

las mezclas asfálticas, específicamente a ambientes de intemperie, lluvia,

altas y bajas temperaturas, en donde dichas situaciones arrojarán un

resultado y un comportamiento para finalmente determinar su durabilidad en

el tiempo.

49

3.2. Diseño de investigación

La precisión, profundidad, así como también el éxito de los resultados de la

investigación dependen de un diseño adecuado basado en la temporalización.

Estas consideraciones indican que la investigación se centra en un diseño no

experimental.

Kerlinger y Lee (2002) "En la investigación no experimental no es posible

manipular las variables o asignar aleatoriamente a los participantes o los

tratamientos". De hecho, no hay condiciones o estímulos planeados que se

administren a los participantes del estudio.

Según Hernández, Fernández y Baptista (2007) son "estudios que se realizan sin

la manipulación deliberada de variables y en los que los fenómenos en su

ambiente natural para después analizarlos".

En relación con lo indicado anteriormente, esta investigación se realiza sin

manipular deliberadamente la variable que en este caso sería la variable de

“durabilidad del concreto asfáltico tipo II con material asfáltico de desecho”, esta

no se transforma o modifica en forma intencional para ver su efecto sobre otras

variables, es por ello que se asigna un diseño de investigación no experimental ya

que en ella, solo se observan los fenómenos que se le aplican a las mezclas

asfálticas en caliente tipo II, tal como se dan en su contexto natural, a fin de

analizar la durabilidad de dichas mezclas.

Cabe mencionar que un diseño no experimental se clasifica según la

temporalización y recolección de datos. Por consiguiente la investigación es

orientada a un diseño no experimental transeccional que significa “recolectar datos

en un solo momento, en un tiempo único” Hernández et al. (2006).

En esta investigación se utilizó el diseño no experimental transeccional, ya que se

asistió a los laboratorios de la Universidad del Zulia y SAEMA, durante

aproximadamente tres meses, para analizar y observar las mezclas asfálticas en

50

caliente tipo II elaboradas con material asfáltico de desecho, sin la intención de

modificar o alterar el entorno y las condiciones que se le practican a los ensayos

pertinentes. Aparte de ello la información obtenida fue procesada tal y como se

recolectó en un tiempo único, describiendo la variable y analizando su incidencia

en un momento dado.

Es preciso señalar que el diseño de la investigación se refiere a la explicación del

modelo metodológico asumido siendo este descriptivo transeccional, estas

condiciones fundamentan de la misma manera un diseño de campo.

Según Sabino (2000), la investigación de campo tiene como objeto proporcionar

un modelo de verificación que permita contrastar hechos con teorías, y su forma

es la de una estrategia o plan general que determina las operaciones necesarias

para hacerla.

Es significativa la importancia que tiene el diseño de tipo campo, ya que la

presente dará respuesta a las interrogantes formuladas en la investigación que en

este caso enuncia, ¿Cómo es la durabilidad de las mezclas asfálticas en caliente

elaboradas con material asfáltico de desecho?, logrando esto mediante la

observación directa de ensayos y operaciones que permiten comprobar si los

hechos se sustentan con la teoría indicada y posterior a esto seguir en la

búsqueda de soluciones al problema planteado.

3.3. Población y muestra

Tamayo y Tamayo (2004, p. 176) define la población como:

Totalidad de un fenómeno de estudio, incluye la totalidad de unidades de análisis o entidades de población que integran dicho fenómeno y que debe cuantificarse para un determinado estudio integrando un conjunto N de entidades que participan de una determinada característica; y se le denomina población por constituir la totalidad del fenómeno adscrito a un estudio o investigación.

51

De tal manera se consideró que la población utilizada para el presente trabajo

especial de grado, vienen a ser todas las mezclas asfálticas en caliente, ubicando

específicamente en las normas COVENIN vigentes mezclas asfálticas (Tipo I, II,

III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X).

Dentro de los diferentes tipos de mezclas asfálticas antes mencionados es

necesario hacer notar, que la población cuenta con una muestra.

Tamayo y Tamayo (2004, p. 176) definen la muestra como:

Descansa en el principio de que las partes representan el todo por lo tanto refleja las características que definen la población de la cual fue extraída, lo cual nos indica que es representativa. Es decir, que para hacer una generalización exacta de una población es necesaria una muestra totalmente representativa y, por lo tanto, la validez de la generalización depende de la validez y tamaño de la muestra.

Dado a que la población se conformó de las mezclas asfálticas mencionando los

diferentes tipos de estas, se tomó como muestra a las mezclas asfálticas en

caliente tipo II. Y la muestra seleccionada específicamente fue 30 briquetas

proveniente de la planta CONYOLECA del estado Zulia; quince con un diseño

convencional y quince elaboradas con material asfáltico de desecho proveniente

de la av. Bella Vista con calle 78.

3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos

Una vez seleccionado el diseño de investigación y la muestra adecuada de

acuerdo al problema de investigación, la siguiente etapa consistió en recolectar

datos pertinentes sobre las variables involucradas en el presente trabajo especial

de grado.

Las técnicas de recolección de datos según Arias (1999) “son las distintas formas

o maneras de obtener la información” (p. 53). Por otro lado según Sabino (1992)

“Un instrumento de recolección de datos es, en principio, cualquier recurso de que

52

se vale el investigador para acercarse a los fenómenos y extraer de ellos

información” (p. 149).

Como técnica se utilizó la observación directa debido a que se hizo una

elaboración y supervisión de los ensayos, se observaron los fenómenos o hechos

tal como son, en el tiempo en que ocurren, y no sobre hechos o acontecimientos

pasados. Es preciso destacar que la observación indirecta fue también manejada

ya que se utilizó una cámara fotográfica como registro, el cual permitió fijar el

espacio en que se realizan los ensayos pertinentes al agregado, cemento

asfálticas, a las mezclas asfálticas y los fenómenos y resultados que ocurren al

momento de estos.

La recopilación de los datos se realizó mediante la anotación de los diferentes

indicadores obtenidos en el laboratorio durante los procesos de ensayos. Los

valores arrojados en cada uno de los ensayos realizados, se plasmaron en una

hoja de cálculo como instrumento, la cual contenía previamente, las diferentes

ecuaciones requeridas para la medición de los parámetros de la mezcla de

acuerdo al Método Marshall siguiendo la norma COVENIN 2000-87 capitulo 12, a

través de esta consulta documental de verificación de resultados de los ensayos,

se logró analizar las características y durabilidad de ambas mezclas como lo son,

la mezcla asfáltica en caliente tipo II y la mezcla asfáltica en caliente tipo II

elaborada con desecho asfáltico.

3.5 Procedimiento metodológico

Para el desarrollo de la investigación se partió de las siguientes fases, las cuales

especifican la metodología utilizada:

53

Tabla 3.1 Procedimiento metodológico

Diseño de una mezcla asfáltica en caliente tipo II (patrón) según la norma COVENIN 2000-87.

Fases Metodología

Caracterización física de los agregados

Ensayo de Granulometría (Análisis por el tamizado) según la norma, ASTM D 422 AASTHO T88

Equivalente de arena ASTM D2419 AASHTO T 176

Peso especifico y absorción del agregado grueso ASTM C 127 AASHTO T 85

Peso específico del agregado fino (arena y polvillo) con la combinación de los métodos del picnómetro y balanza hidrostática. ASTM C 128 AASHTO T 84

Caracterización física del cemento asfáltico

Penetración AASHTO T 49

Viscosidad cinemática ASTM D 2170-01 AASHTO T 201-03

Punto de ablandamiento

Punto de Inflamación

Punto de llama

Gravedad Especifica

Porcentaje de extracción del asfalto ASTM D 2172-1995 AASHTO T 164

Análisis granulométrico con agregados convencionales

Combinación de agregado grueso (piedra), agregado fino (arena) y polvillo, para el cumplimiento de los limites granulométricos indicados en las especificaciones para mezclas tipo II.

Elaboración de briquetas

Según los criterios Marshall: Peso del material aproximadamente 1200g de muestra combinada según las especificaciones, calentamiento de los agregados y cemento asfáltico, adición del cemento asfáltico en los diferentes puntos y finalmente se aplica la compactación dando 75 golpes cara a cara.

Ensayo de briquetas

Pesaje de las briquetas en aire, aire más parafina y agua más parafina

Cálculo del volumen

Densidad máxima teórica (RICE) ASTM D 2041 AASHTO T 209

Método Marshall ASTM D 1559 AASHTO T 225

Estabilidad

Densidad

Flujo

Vacios

Diseño de mezcla asfáltica tipo II

(patrón)

Diseño de mezcla como tal, mediante la unión de resultados de ensayos y metodologías antes mencionadas en esta fase para la realización de las gráficas e interpretación de los resultados para la obtención del óptimo de asfalto según el método Marshall.

Caracterización, desde el punto de vista físico, del material asfáltico de desecho según la norma COVENIN 12-10.

54

Tabla 3.1 Continuación Fases Metodología

Recolección de muestras

Ubicación del material asfáltico de desecho.

Preparación de las muestras recolectadas para proceder a separar el material para el análisis granulométrico

Ensayos del material asfáltico de desecho

Ensayo de Granulometría (Análisis por el tamizado) según la norma, ASTM D 422 AASTHO T88

Porcentaje de extracción del asfalto ASTM D 2172 AASHTO T 164

Contenido de humedad

Peso específico del desecho asfáltico por el método de la balanza hidrostática y picnómetro

Diseño de una mezcla asfáltica en caliente tipo II, elaborada con material asfáltico de desecho en sustitución del agregado grueso según la metodología Marshall.

Fases Metodología

Diseño de mezcla con desecho asfáltico

Método Marshall ASTM D 1559 AASHTO T 225

Estabilidad

Densidad

Flujo

Porcentaje de vacios en los agregados minerales

Porcentaje de asfalto

Obtención del óptimo de asfalto.

Determinación del comportamiento volumétrico de las mezclas asfálticas a diferentes situaciones externas según la metodología Marshall.

Fases Metodología

Distribución de las briquetas elaboradas en diferentes

condiciones

Briquetas a alta temperatura: Horno a 140°C.

Baja temperatura: Frízer a 0°C

Temperatura ambiente (Intemperie)

Inmersión parcial

Lluvia (Simulación con regadera)

Determinación del comportamiento volumétrico

según la metodología Marshall

Método Marshall ASTM D 1559 AASHTO T 225

Estabilidad

Flujo

Densidad

Vacios

Análisis de la durabilidad comparando los resultados obtenidos de la mezcla asfáltica elaborada con material asfáltico de desecho con la mezcla patrón según las especificaciones COVENIN 2000-87.

Fases Metodología

Interpretación de los resultados

Comparación de los valores Marshall por medio de representaciones gráficas.

Análisis del comportamiento de las propiedades Marshall en el tiempo para determinar su durabilidad.

55

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS DE RESULTADOS

En este capítulo se presentan los resultados obtenidos, para las muestras

seleccionadas, las cuales están conformadas por muestras sometidas a diferentes

condiciones. Seguidamente se muestran los datos obtenidos en base a los

objetivos propuestos en la investigación siguiendo un orden de acuerdo a las

variables e indicadores. Dichos resultados se indican por medio de un resumen,

los cuales provienen de planillas de informes llenados de manera manual

directamente en el laboratorio. Adicionalmente se elaboraron graficas lineales de

acuerdo a los parámetros Marshall.

De igual manera se explica a modo general la metodología empleada para su

cumplimiento y esta se muestra a continuación:

4.1. Diseño de una mezcla asfáltica en caliente tipo II (patrón) según la norma

covenin 2000-87.

Para el logro de este objetivo fue necesario realizar diferentes análisis

fundamentales para la obtención del diseño de mezcla de acuerdo al método

Marshall. Para efectos de los resultados se presentan las tablas que indican el

comportamiento de los agregados para cada uno de los ensayos realizados, las

propiedades del cemento asfáltico y finalmente la combinación de estos que llevan

al diseño de mezcla como tal para obtener el punto óptimo de asfalto.

4.1.1 Caracterización física de los agregados

Los datos obtenidos se indican por medio de un resumen, estos se muestran en la

tabla 4.1.

56

Tabla 4.1. Granulometría de los agregados convencionales

GRANULOMETRIA (%Pasante)

MATERIAL 1 /2” 3/8” N°4 N°8 N°30 N°50 N°100 N°200 Pasa 200

Piedra 100 52,22 7,92 3,75 2,44 2,01 1,39 0,71 0,68

Arena 100 95,82 74,00 54,71 36,73 26,73 21,62 16,23 10,88

Polvillo 100 99,25 74,52 52,82 29,43 19,80 12,55 8,21 6,00

En este ensayo se clasificó el agregado mediante el tamizado.

Tabla 4.2. Propiedades del agregado

Agregados

Equivalente

de Arena

Peso Especifico

BULK kg/m3

Peso especifico Sat.

con S. Seca kg/m3

Peso específico Aparente Kg/m3

% de

Absorción

Piedra - 2.593,00 2.633,00 2.699,00 1.52

Arena 46 2.400,00 2.489,00 2.631,00 3.73

Polvillo 63 2.470,00 2.556,00 2.702,00 2,37

Espc. >45 > 2.4 > 2.4 > 2.4

< 3.7 para A. Grueso < 3 para A.

Fino

Para este diseño fue necesaria la realización de dos pesos específicos por la

arena y el polvillo dado que el porcentaje retenido en el tamiz N° 8 no era un valor

que representara el peso especifico de toda la muestra para ello se utilizó la

combinación de dos métodos como lo son picnómetro para el material pasante

N°8 y balanza hidrostática para el material retenido en dicho tamiz, para luego

obtener el peso especifico ponderado representativo de la muestra total.

Adicionalmente se destaca que el agregado cumple de manera satisfactoria con

las propiedades que se requieren para el diseño según la metodología Marshall y

la norma COVENIN 2000-87 capitulo 12-10, la cual permite hacer estos agregados

aptos para su utilización. Mientras que el ensayo equivalente de arena resultó con

valores bajos en el agregado fino (Arena) pero de igual manera cumple con lo

establecido en la metodología Marshall mayor de 45.

57

4.1.2. Ensayos de las propiedades del cemento asfáltico

Las propiedades del cemento asfáltico fueron corroboradas con el certificado de

calidad emitido por la refinería Bajo Grande (Anexo N°1).

En la tabla 4.3 se observan las propiedades del cemento asfáltico.

Tabla 4.3. Propiedades del cemento asfáltico

Penetración

Gravedad Especifica

Viscosidad Cinemática

A 135°C (C.S)

Punto de Ablanda-

miento (°C)

Punto de

Llama (°C)

Punto de Inflamación

(°C)

65 1.035 1000.48 52 306 274

Espec. 60<P<70 1 GE<1.06 350<V.C<3000 <48P.A<58 >232

4.1.3. Análisis granulométrico con agregados convencionales

Para el cumplimiento del objetivo fue necesaria la combinación de agregados para

una representación de mezcla tipo II según la norma COVENIN 12-10 ver tabla

2.2. En la tabla 4.4 se observan los diferentes porcentajes de los agregados

utilizados y las especificaciones de mezcla tipo II.

Tabla 4.4. Combinación de agregados

COMBINACIÓN

Tipo de Mezcla

II % Pasante tamiz

Material %

combi- nación

1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 8 # 30 # 50 # 100 # 200

A 30,00 100,00 100,00 100,00 52,22 7,92 3,75 2,44 2,01 1,39 0,71

B 30,00 100,00 100,00 100,00 95,82 74,00 54,71 36,73 26,73 21,62 16,23

C 40,00 100,00 100,00 100,00 99,25 74,52 52,82 29,43 19,80 12,55 8,21

Combi-nación 100,00 100,00 100,00 100,00 84,11 54,38 38,67 23,52 16,54 11,92 8,36

Límite superior 100 100 100 100 75 50 29 23 16 10

Límite inferior 100 100 100 80 50 35 18 13 8 4

58

Con la información recolectada se puede afirmar que el diseño de mezcla

realizado cumple con los límites establecidos para una combinación tipo II debido

al porcentaje utilizado de piedra, arena y polvillo. Cabe destacar que el material

retenido en los tamices de ½”, 3/4” y 1” fue descartado debido al tipo de mezcla.

4.1.4. Diseño de mezcla tipo II

Por medio de los resultados obtenidos de las características y propiedades de los

agregados y el cemento asfáltico y luego de efectuada la combinación de ambos

se realizaron quince briquetas tres por cada punto de asfalto cada 0.5 según los

criterios Marshall, obteniendo mediante las graficas del diseño de mezcla un

óptimo de asfalto de 5.3 (ver anexo N°2), mientras que en la tabla 4.5 se observa

un resumen de los resultados.

Tabla 4.5. Resumen del ensayo Marshall para mezcla asfáltica tipo II elaborada

con agregados convencionales

Propiedades Marshall Unidad de Medición

Valor obtenido en el diseño

Norma COVENIN 2000-87

Peso Unitario g/cm 2,338 Ninguno

Estabilidad Lbs. 3.500 ≥ 1.200

Flujo 0.01 pulg. 12,6 8-16

Vacios Totales % 3,3 3-5

Vacios en el agregado Mineral (VAM)

% 13 ≥13

Vacios llenados con Asfalto % 76,8 75-85

Mediante esta tabla se representan los resultados de los parámetros Marshall,

finalizando con el diseño y dando cumplimiento al objetivo.

4.2. Caracterización del material asfáltico de desecho según la norma

covenin 12-10

Con respecto al presente objetivo se pudo identificar el material asfáltico de

desecho representando sus propiedades; peso especifico, contenido de ligante y

la granulometría después de la extracción.

59

Granulometría

En la tabla 4.6 se observa la granulometría efectuada por tamizado.

Tabla 4.6. Granulometría del desecho asfáltico

GRANULOMETRIA (%Pasante)

MATERIAL 1 /2” 3/8” N°4 N°8 N°30 N°50 N°100 N°200 Pasa 200

Desecho 100 82,38 60,99 40,41 20,67 10,94 6,69 4,90 2,29

Es importante mencionar que el material asfáltico de desecho fue sometido a un

proceso de secado en el horno para luego practicarle los ensayos pertinentes.

Los datos expresan que el análisis granulométrico del material asfáltico de

desecho cumple con la gradación adecuada para la mezcla, especificado en la

Norma COVENIN 12-10.

Propiedades del material asfáltico de desecho

Para determinar las propiedades del material asfáltico de desecho se realizaron dos

pesos específicos dado a los porcentajes pasantes en los diferentes tamices, se

utilizó la combinación de los dos métodos, picnómetro para el material pasante N°8 y

balanza hidrostática para el material retenido en dicho tamiz, para luego obtener el

peso especifico ponderado representativo de la muestra total. Ver tabla 4.7.

Tabla 4.7. Propiedades del material asfáltico de desecho

PESOS ESPECÍFICOS Contenido de

ligante

Peso Específico BULK (kg/m3) 2.614,00

3,9% Peso Específico SATURADO CON SUPERFICIE SECA (kg/m

3) 2.634,00

Peso Específico APARENTE (kg/m3) 2.681,00

% ABSORCIÓN 2,00

Ahora bien el porcentaje de absorción obtenido fue de 2.00 a diferencia del

material grueso utilizado, siendo el mismo de 1.52; mediante el cual se produjo

60

una impregnación mayor en el material de desecho, lógicamente puede afirmarse

que el contenido óptimo de cemento asfáltico será mayor.

4.3. Diseño de una mezcla asfáltica en caliente tipo II, elaborada con

material asfáltico de desecho en sustitución del agregado grueso según la

metodología Marshall

La mezcla con material asfáltico de desecho fue elaborada con los datos de la

arena y el polvillo del diseño (patrón) presentados anteriormente por consiguiente

se utilizaron los pesos específicos y la granulometría con la diferencia que el

agregado grueso fue sustituido por material de desecho.

Se determinaron las propiedades y características de los agregados, el cemento

asfáltico y la combinación de ambos para posteriormente realizar quince briquetas

tres por cada punto de asfalto cada 0.5 según los criterios Marshall (ver anexo

N°3) obteniendo así los siguientes datos para un óptimo de asfalto proyectado de

6.0 como se observa en la tabla 4.8.

Tabla 4.8. Resumen del ensayo Marshall para mezcla asfáltica tipo II elaborada

con material asfáltico de desecho

Propiedades Marshall Unidad de

Medición

Valor obtenido en

el diseño

Norma COVENIN

2000-87

Peso Unitario g/cm 2,310 Ninguno

Estabilidad Lbs. 3.650 ≥ 1.200

Flujo 0.01 pulg. 12 8-16

Vacios Totales % 3,4 3-5

Vacios en el agregado Mineral

(VAM) % 14,7 ≥13

Vacios llenados con Asfalto % 75,3 75-85

Mediante esta tabla se representan los resultados de los parámetros Marshall,

finalizando con el diseño y dando cumplimiento al objetivo.

61

4.4. Determinación del comportamiento volumétrico de las mezclas asfálticas

a diferentes situaciones externas según la metodología Marshall

Luego de haber sometido las briquetas a las condiciones externas como lo son

intemperie, lluvia, inmersión parcial en agua, baja y alta temperatura se evaluaron

los parámetros Marshall a 0, 20 y 40 días de exposición representando

gráficamente su variación en el tiempo como se muestra a continuación en las

siguientes figuras:

Resultados para la condición externa intemperie

Figura 4.1. Estabilidad en condición de intemperie

Figura 4.2. Densidad real en condición de intemperie

0

1200

2400

3600

4800

0 días 20 días 40 días

Estabilidad

Patrón

Desecho

2150

2200

2250

2300

2350

0 días 20 días 40 días

Densidad real Patrón

Desecho

62

Figura. 4.3. Flujo en condición de intemperie

Figura. 4.4. Porcentaje de vacios totales en condición de intemperie

Figura. 4.5. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de

intemperie

11

11,5

12

12,5

13

13,5

14

14,5

0 días 20 días 40 días

Flujo

Patrón

Desecho

1

2

3

4

5

6

7

8

0 días 20 días 40 días

% Vacios totales

Patrón

Desecho

0

5

10

15

20

0 días 20 días 40 días

% Vacios en el agregado mineral

Patrón

Desecho

63

Figura. 4.6. Porcentaje de vacios llenados con asfalto en condición de intemperie

La condicion de intemperie en la mezcla patrón y de desecho presentaron valores

de estabilidad dentro de los parametros exigidos mayores a 1200 Lbs,(Figura 4.1),

para la densidad no hay un parámetro como tal que especifique un valor por lo

tanto las densidades son normales (Figura 4.2.). El flujo aumenta a los 20 días y

sigue el mismo comportamiento a los 40, lo que puede representar una

estabilización en las deformaciones (Figura 4.3.).

Los vacios totales solo cumplen hasta los 20 días despues de ese tiempo se ve

aumentado lo que favorece el ingreso de aire y agua (Figura 4.4.), los vacios en el

agregado mineral presentan disminuciones a lo largo del periodo de 40 días, este

comportamiento se basa que entre más gruesa es la película de asfalto sobre el

agregado, mayor será la durabilidad. Mientras que un valor bajo como es este

caso implica una delgada película de asfalto recubriendo las partículas de

agregado y por ende una menor durabilidad de la mezclas asfálticas evaluadas

(Figura 4.5.).

Por último los vacios llenados con asfalto definen la cantidad de carga esperada

en el pavimento, entre mayor sea la carga esperada de transito, menores valores

de vacios llenos de asfalto son requeridos con el fin de regular el posible efecto de

exudación. Las briquetas evaluadas presentan un comportamiento normal

cumpliendo con los vacios llenados especificados en los criterios Marshall entre

75-85% (Figura 4.6.).

73

74

75

76

77

78

0 días 20 días 40 días

% Vacios Llenados con Asfalto

Patrón

Desecho

64

Resultados para la condición externa lluvia

Figura 4.7. Estabilidad en condición de lluvia

Figura 4.8. Densidad real en condición de lluvia

Figura 4.9. Flujo en condición de lluvia

0

1200

2400

3600

4800

0 días 20 días 40 días

Estabilidad

Patrón

Desecho

2100

2150

2200

2250

2300

2350

0 días 20 días 40 días

Densidad Real Patrón

Desecho

12

12,5

13

13,5

14

14,5

15

15,5

0 días 20 días 40 días

Flujo

Patrón

Desecho

65

Figura 4.10.Porcentaje de vacios totales en condición de lluvia

Figura 4.11. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de lluvia

Figura 4.12. Porcentaje de vacios llenados con asfalto en condición de lluvia

La condicion de lluvia en la mezcla patrón y de desecho presentaron valores de

estabilidad dentro de los parametros exigidos mayores a 1200 Lbs (Figura 4.7.), la

1

3

5

7

9

0 días 20 días 40 días

% Vacios totales

Patrón

Desecho

0

5

10

15

20

0 días 20 días 40 días

% Vacios en el agregado mineral

Patrón

Desecho

50

55

60

65

70

75

80

0 días 20 días 40 días

% Vacios Llenados de asfalto

Patrón

Desecho

66

densidad real observada en las dos mezclas son normales (Figura 4.8.), mientras

que el flujo presenta un comportamiento en ascenso en mezcla patrón y las de

desecho en descenso, las briquetas elaboradas con desecho presentaron mayor

deformación sin embargo estos resultados se enmarcan dentro de los parametros

Marshall entre 8 y 16 (Figura 4.9.).

Los vacios totales solo cumplen hasta los 20 días despues de ese tiempo se ve

aumentado lo que favorece el ingreso de aire y agua (Figura 4.10.). Los vacios en

el agregado mineral presentan disminuciones a lo largo del periodo de 40 días

(Figura 4.11.). Por último los vacios llenados con asfalto son menores en 40 días

lo que podría causar exudación si la carga aplicada es liviana, ya que una carga

mayor requiere menos porcentaje de vacios llenados (Figura 4.12.).

Resultados para la condición externa inmersión parcial en agua

Figura 4.13. Estabilidad en inmersión parcial en agua

Figura 4.14. Densidad real en inmersión parcial en agua

0

1200

2400

3600

4800

0 días 20 días 40 días

Estabilidad

Patrón

Desecho

2000

2100

2200

2300

2400

0 días 20 días 40 días

Densidad real Patrón

Desecho

67

Figura 4.15. Flujo en inmersión parcial en agua

Figura 4.16. Porcentaje de vacios totales en inmersión parcial en agua

Figura 4.17. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en inmersión parcial en

agua

0

5

10

15

20

0 días 20 días 40 días

Flujo

Patrón

Desecho

1

2

3

4

5

6

7

0 días 20 días 40 días

% Vacios totales

Patrón

Desecho

0

5

10

15

20

0 días 20 días 40 días

% Vacios en el agregado mineral

Patrón

Desecho

68

Figura 4.18. Porcentaje de vacios llenados con asfalto en inmersión parcial en

agua

Las muestras sometidas a inmersión parcial en agua en la mezcla patrón y de

desecho presentaron valores de estabilidad dentro de los parametros exigidos

mayores a 1200 Lbs (Figura 4.13.), las densidades se muestran en la (Figura

4.14.), el flujo presenta un comportamiento similar a lo largo del período (Figura

4.15.). Los vacios totales solo cumplen hasta los 20 días despues de ese tiempo

se ve aumentado lo que favorece el ingreso de aire y agua (Figura 4.16.), los

vacios en el agregado mineral presentan disminuciones a lo largo del periodo de

40 días (Figura 4.17.). Por último los vacios llenados con asfalto son menores en

40 días lo que podría causar exudación si la carga aplicada es liviana, ya que una

carga mayor requiere menos porcentaje de vacios llenados (Figura 4.18.).

Cabe destacar que los parámetros Marshall son similares en las condiciones de

lluvia e inmersión parcial debido a que las dos condiciones son en agua.

Resultados para la condición externa baja temperatura

Figura 4.19. Estabilidad en condición de baja temperatura

0

50

100

0 días 20 días 40 días

% Vacios llenados con asfalto

Patrón

Desecho

0

1200

2400

3600

4800

0 días 20 días 40 días

Estabilidad

Patrón

Desecho

69

Figura 4.20. Densidad real en condición de baja temperatura

Figura 4.21. Flujo en condición de baja temperatura

Figura 4.22. Porcentaje de vacios totales en condición de baja temperatura

2100

2150

2200

2250

2300

2350

0 días 20 días 40 días

Densidad real Patrón

Desecho

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 días 20 días 40 días

Flujo

Patrón

Desecho

1

2

3

4

5

6

7

8

0 días 20 días 40 días

% Vacios totales

Patrón

Desecho

70

Figura 4.23. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en condición de baja

temperatura

Figura 4.24. Porcentaje de vacios llenados con asfalto en condición de baja

temperatura

Las muestras sometidas a baja temperatura tanto en la mezcla patrón como la de

desecho presentaron valores de estabilidad dentro de los parametros exigidos

mayores a 1200 Lbs (Figura 4.20.), las densidades reales son normales y se

muestran en la (Figura 4.20.), el flujo presenta un comportamiento similar a lo

largo de todo el período (Figura 4.21.). Los vacios totales solo cumplen hasta los

20 días despues de ese tiempo se observa una gran diferencia entre las dos

mezclas ya que en la mezlca patrón son elevados y en la mezcla con desecho los

vacios son muy bajos (Figura 4.22.). Mientras que los vacios en el agregado

mineral presentan disminuciones a lo largo del periodo de 40 días (Figura 4.23.).

Por último los vacios llenados con asfalto cumplen con las especificaciones

Marshall entre 75-85%, (Figura 4.24.).

0

5

10

15

20

0 días 20 días 40 días

% Vacios en el agregado mineral

Patrón

Desecho

65

70

75

80

85

0 días 20 días 40 días

% Vacios llenados con asfalto

Patrón

Desecho

71

Resultados para la condición externa alta temperatura

Figura 4.25. Estabilidad en condición de alta temperatura

Figura 4.26. Densidad real en condición de alta temperatura

Figura 4.27. Flujo en alta temperatura

0

1200

2400

3600

4800

6000

0 días 20 días 40 días

Estabilidad

Patrón

Desecho

2150

2200

2250

2300

2350

0 días 20 días 40 días

Densidad real Patrón

Desecho

0

5

10

15

20

0 días 20 días 40 días

Flujo

Patrón

Desecho

72

Figura 4.28. Densidad real en alta temperatura

Figura 4.29. Porcentaje de vacios en el agregado mineral en alta temperatura

Figura 4.30. Porcentaje de vacios llenados con asfalto en alta temperatura

0

1

2

3

4

0 días 20 días 40 días

% Vacios totales

Patrón

Desecho

0

5

10

15

20

0 días 20 días 40 días

% Vacios en el agregado mineral

Patrón

Desecho

0

25

50

75

100

125

0 días 20 días 40 días

% Vacios llenados con asfalto

Patrón

Desecho

73

Las muestras sometidas a alta temperatura tanto en la mezcla patrón como la de

desecho presentaron valores de estabilidad dentro de los parametros exigidos

mayores a 1200 Lbs. observando un comportamiento atipico al ser sometidas a la

condición ya que estas presentaron una estabilidad máxima mayor a 14000Lbs. lo

que conlleva a una rigidez de las muestras (Figura 4.25.).

Las densidades reales se muestran en la (Figura 4.26.), el flujo presenta un

comportamiento normal en las muestras que no fueron sometidas a las

condiciones externas mientras que las mezclas que si fueron sometidas

presentaron un flujo minimo el cua indica que no hubo deformación alguna (Figura

4.27.).

Los vacios totales solo cumplen en las muestras que no fueron expuestas a las

condiciones, mientras que las que si fueron expuestas presentaron valores por

debajo de los parámetros normales (Figura 4.28.), lo que ocasiona un proceso

acelerado de deterioro de la carpeta asfáltica por oxidación y susceptibilidad al

daño por humedad debido a la permeabilidad.

Por estas razones los vacíos en la mezcla se relacionan con la propiedad de

durabilidad del pavimento asfáltico. Mientras que los vacios en el agregado

mineral presentan disminuciones a lo largo del periodo de 40 días (Figura 4.29.).

Por último los vacios llenados con asfalto cumplen con las especificaciones

Marshall entre 75-85% (Figura 4.30.).

4.5. Análisis de la durabilidad de la mezcla asfáltica elaborada con material

asfáltico de desecho en comparación con los resultados obtenidos con la

mezcla patrón según las especificaciones COVENIN 2000-87.

En la tabla 4.9 se muestra una comparación de las propiedades Marshall que se

obtuvieron en los diseños de mezclas tanto patrón como las elaboradas con

desecho asfáltico.

74

Tabla 4.9. Comparación de los Parámetros Marshall al mismo día de elaboradas

las briquetas.

Propiedades Marshall

Unidad de Medición

Mezcla patrón Mezcla con

desecho asfáltico

Norma COVENIN 2000-

87

Peso Unitario g/cm 2,338 2,310 Ninguno

Estabilidad Lbs. 3.500 3.650 ≥ 1.200

Flujo 0.01 pulg. 12,6 12 8-16

Vacios Totales % 3,3 3,4 3-5

Vacios en el agregado Mineral (VAM)

% 13 14,7 ≥13

Vacios llenados con Asfalto

% 76,8 75,3 75-85

Los valores arrojados afirman que una mezcla elaborada con desecho asfáltico a

comparación con una elaborada con agregados convencionales cumple con los

criterios Marshall tomando en cuenta un buen diseño de mezcla.

A continuación se presenta la comparación de las mezclas elaboradas con

material asfáltico de desecho con la mezcla (patrón), expresando la relacion entre

las condiciones externas evaluadas y su durabilidad.

A modo general la condicion de intemperie en la mezcla patrón y de desecho

presentaron valores enmarcados dentro de los parámetros exigidos hasta los 20

días, mientras que con el transcurrir del tiempo ambas muestras se ven afectadas

por la exposición de su estructura a las precipitaciones, variaciones de

temperatura y radiación solar, lo que acelera el proceso de oxidación del asfalto,

esto conlleva a un envejecimiento del pavimento, tomándose fragil y quebradizo

generando un deterioro en la mezcla a largo plazo.

Las mezclas sometidas a condiciones de lluvia cumplen con la estabilidad,

densidad, vacios llenados, vacios totales, mientras que los vacios en el agregado

son relativamente bajo lo que implica una delgada película de asfalto recubriendo

las partículas de agregado y por ende una menor durabilidad de las mezclas

asfálticas tanto patrón como las elaboradas con desecho ya que esta condición

75

afecta las características reológicas del pavimento produciendo la separación de

ambos materiales ocasionando la disgregabilidad.

Las briquetas en inmersión parcial presentaron valores bajos en los vacios

llenados en ambas mezclas, estos valores son poco representativos para variar la

durabilidad por tanto puede afirmarse que tendrá un buen comportamiento en el

tiempo, ya que este parámetro depende de la carga aplicada al pavimento es decir

su nivel de servicio.

La muestras evaluadas a baja temperatura presentaron valores dentro de las

especificaciones Marshall a lo largo del tiempo, puesto que no modifican las

propiedades del pavimento. Quimicamente el sistema no se alterará ya que no

existen descensos en la temperatura que puedan generar tensiones internas por lo

tanto su durabilidad no se verá reducida.

Las briquetas sometidas a alta temperatura especificamente 140°C presentan un

comportamiento atipico ya que su estabilidad fue muy elevada y el flujo fue muy

bajo lo que permite un comportamiento fragil y rigido, dicho comportamiento no

implica que mezcla tenga mayor durabilidad durante la operación.

76

CONCLUSIONES

En este estudio se ejecutaron los ensayos pertinentes para la determinación de las

propiedades y el comportamiento de las mezclas en las condiciones climáticas a

las que son expuestos los pavimentos normalmente, ya que son condiciones que

se presentan en la naturaleza, una vez analizados todos los parámetros Marshall

se puede concluir lo siguiente:

La utilización del material asfáltico de desecho en las mezclas asfálticas

generan un comportamiento similar al de las mezclas convencionales en todas las

condiciones evaluadas lo que conlleva a la utilización de desecho asfáltico para

pavimentar.

Las propiedades y características del material asfáltico de desecho presentaron

buenas cualidades lo que conlleva a una razón más para su reutilización en

mezclas asfálticas en caliente y por ende se disminuye el costo de la misma, factor

importante en nuestro país.

El método Marshall evalúa las propiedades tanto físicas como volumétricas de las

mezclas asfálticas, expresando mediante los parámetros de estabilidad y flujo un

indicativo del efecto producido por las condiciones externas a las que

normalmente se encuentra un pavimento, pero no determina el comportamiento en

sitio del pavimento cuando se encuentra en dichas condiciones.

77

RECOMENDACIONES

Se recomienda el estudio de la durabilidad de mezclas asfálticas en calientes

evaluadas a condiciones externas por un tiempo mayor.

Evaluar la durabilidad de mezclas asfálticas en caliente en contacto con

sustancias agresivas, como la gasolina y el aceite quemado de motor.

Analizar la durabilidad de mezclas asfálticas en caliente aumentando el porcentaje

de desecho asfáltico.

Analizar desde el punto de vista economico, los diseños de mezclas asfálticas en

caliente con material asfáltico de desecho, comparandolos con diseños de

mezclas asfálticas en caliente elaboradas con agregados nuevos.

Analizar el impacto ambiental que generaría la utilización de estas mezclas

asfálticas en caliente elaboradas con material asfáltico de desecho, al reducirse la

necesidad de zonas de botes para disponer este material y la explotación de

canteras.

78

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Arias, M. y Rivera, T. (2012). Comportamiento de mezclas asfálticas en caliente diseñadas con asfalto reciclado para la rehabilitación de vías de bajo tráfico. Trabajo especial de grado, Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela.

Bracho, C. y Lugo, E. (2007). Evaluación de mezclas asfálticas en caliente tipo III

sometidas a diferentes condiciones climáticas. Trabajo especial de grado, Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela.

Osorio y Latif. (2007). Calidad de los materiales de pavimentación y su relación

con la durabilidad del concreto asfáltico. Trabajo especial de grado, Universidad Rafael Urdaneta, Maracaibo, Venezuela.

Montejo, A. (2002). Ingenieria de pavimentos para carreteras. Stella Valbuena de

Fierro. Reyes, F. (2003). Diseño Racional de Pavimentos. Escuela Colombiana de

Ingenieria. Colombia. Lynch, H. (S/F). Construcción de Pavimentos. Universidad Centro Occidental

Lisandro Alvarado (UCLA). Barquisimeto, Venezuela. Asphalt Institute (1992). Principios de construccion de pavimentos de mezcla

asfáltica en caliente. Serie de manuales N°22 (MS-22), USA. Rondon, A. Reyes, F. Ariel H. (2010). Caracterización dinámica de una mezcla

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COVENIN 2000-87. Pavimentos. Ministerio del Poder Popular para Transporte

Terrestre. Caracas. 1980. Tamayo y Tamayo, M. (1993). Proceso de la investigación. (3era ed). Limusa.

Distrito Federal. Mexico. Hernandez y Batista, P. (2000). Metodologia de la Investigación. (2da ed).

McGraw-Hill Interamericana Editores, SA. Mexico. Sabino, C. (2002). El proceso de Investigación: Una introducción teorico-practica.

Panapo. Caracas. Kerlinger, F. Lee, H. (2002). Metodos de Investigación. McGraw Hill. Mexico.

79

Anexo 1 . Certificado de calidad del CA-30

80

Anexo 2. Gráficos de los parámetros Marshall para el diseño de mezcla patrón

81

Anexo 3. Gráficos de los parámetros Marshall para el diseño de mezcla elaborada con desecho asfáltico