LISANDRO ALVARADO DECANATO DE INGENIERIA...
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SOLICITUD DE AUTORIZACIÓN DE SUSTENTACIÓN DEL TRABAJO
ESPECIAL DE GRADO
Quien suscribe, profesor: Ing. Oscar Zavarce, tutor del trabajo especial de grado
denominado: “EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO FÍSICO MECANICO DE
UNA MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE P-401 UTILIZANDO AGREGADOS
VIRGENES CON LA INCORPORACIÓN DE MATERIAL PROVENIENTE DE
LA ESCARIFICACIÓN DE LA CARPETA ASFÁLTICA (FRESADO)”, presentado
por los bachilleres: Arteaga Valero, Carmen Julia C.I:14.799.216 y Rios Sánchez, William
Enrique C.I: 17.852.911, considera que el proyecto está terminado y se ajusta al instructivo
para la Elaboración, Presentación y Evaluación de Trabajo Especial de Grado de la carrera
Ingeniería Civil y por tanto pueden presentarlo en fe de cual firmo.
Atentamente:
_____________________
Ing. Oscar Zavarce.
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
LISANDRO ALVARADO
DECANATO DE INGENIERIA CIVIL
BARQUISIMETO
AUTORIZACIÓN DE SUSTENTACIÓN DEL TRABAJO ESPECIAL
DE GRADO
Visto el informe presentado por el tutor Ing. Oscar Zavarce, el Decanato de Ingeniería Civil
autoriza a los bachilleres:
Arteaga Valero, Carmen Julia Rios Sánchez, William Enrique
C.I:14.799.216 C.I: 17.852.911
Sustentar por parte del Jurado Calificador, el Trabajo Especia de Grado titulado:
EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO FÍSICO MECANICO DE UNA
MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE P-401 UTILIZANDO AGREGADOS
VIRGENES CON LA INCORPORACIÓN DE MATERIAL PROVENIENTE DE
LA ESCARIFICACIÓN DE LA CARPETA ASFÁLTICA (FRESADO).
Dicho jurado estará conformado por:
_____________________________________ (Coordinador)
_____________________________________ (Examinador)
_____________________________________ (Suplente)
Decano:_____________________
Barquisimeto, ___ de __________ de 2013
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
LISANDRO ALVARADO
DECANATO DE INGENIERIA CIVIL
CONSTANCIA DE EVALUACIÓN DEL TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
Quienes suscriben, miembros del jurado designado por el consejo de decanato de
Ingeniería Civil de la Universidad Centrooccidental “Lisandro Alvarado”, reunidos para
examinar y dictar veredicto sobre el trabajo Especial de Grado denominado:
EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO FÍSICO MECANICO DE UNA
MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE P-401 UTILIZANDO AGREGADOS
VIRGENES CON LA INCORPORACIÓN DE MATERIAL PROVENIENTE DE
LA ESCARIFICACIÓN DE LA CARPETA ASFÁLTICA (FRESADO).Presentado por
los BachilleresArteaga Valero, Carmen Julia,y Rios Sánchez, William Enrique, para
optar por el título de Ingeniero Civil, haciendo analizado con el mayor detenimiento e
interés dicho trabajo, se procedió a realizar la sustentación por parte de sus presentadores
emitiéndose el veredicto que a continuación se expresa:
_________________________________
En fe de lo expresado, firmamos la presente Acta en la Ciudad de Barquisimeto, a
los ____ días del mes de ________________ de dos mil trece.
___________________________ _____________________________
___________________________ _____________________________
Observaciones:
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
LISANDRO ALVARADO
DECANATO DE INGENIERIA CIVIL
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
EVALUACIÓNDEL COMPORTAMIENTO FÍSICO MECANICO DE UNA
MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE P-401 UTILIZANDO AGREGADOS
VIRGENES CON LA INCORPORACIÓN DE MATERIAL PROVENIENTE
DE LA ESCARIFICACIÓN DE LA CARPETA ASFÁLTICA (FRESADO).
ARTEAGA VALERO, CARMEN JULIA
RIOS SÁNCHEZ, WILLIAM ENRIQUE
Barquisimeto, 2013
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
EVALUACIÓNDEL COMPORTAMIENTO FÍSICO MECANICO DE UNA
MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE P-401 UTILIZANDO AGREGADOS
VIRGENES CON LA INCORPORACIÓN DE MATERIAL PROVENIENTE
DE LA ESCARIFICACIÓN DE LA CARPETA ASFÁLTICA (FRESADO).
Trabajo Especial de Grado presentado ante el Decanato de Ingeniería Civil.
Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado” para optar al título de
Ingeniero Civil
Por: ARTEAGA VALERO, CARMEN JULIA C.I:14.799.216
RIOS SÁNCHEZ, WILLIAM ENRIQUE C.I.17.852.911
Tutor: ING. OSCAR ZAVARCE
Barquisimeto, Julio 2013
vi
INDICE GENERAL
Pág.
INDICE DE TABLAS………………………………………………………….. ix
INDICE DE FOTOGRAFIAS……………………………………….…………. xi
INDICE DE FIGURAS………………………………………………..……….… xiii
INDICE DE GRAFICOS........................................................................................ xiv
INDICE DE ANEXOS…………………………………………………...………. xvii
RESUMEN…………………………………………………………………..…… xviii
AGRADECIMIENTO............................................................................................. ixx
DEDICATORIA....................................................................................................... xx
INTRODUCCION…………………………………………………………...……. 1
CAPITULO I. EL PROBLEMA
Planteamiento del Problema……………………………………………………….. 3
Objetivo General…………………………………………………………………... 6
Objetivos Específicos……………………………………………………………… 6
Justificación………………………………………………………………………... 8
Alcances y Limitaciones…………………………………………………………… 9
CAPITULO II. MARCO TEORICO
Antecedentes de la Investigación……………………………………………………10
Bases Teóricas……………………………………………………………………….15
CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO
Naturaleza del Estudio……………………………………………………..………. 62
Diseño de la Investigación…………………………………………...…………….. 63
vii
Procedimiento………………………………………………………………….…… 63
Caracterización de los agregados naturales y material proveniente del…………
fresado…………………………………………………………………………….. 64
Caracterización de los agregados naturales………………………………………….65
Granulometría de los agregados pétreos…………………………………………..65
Tamaño nominal máximo………………………………………………………….66
Peso específico…………………………………………………………………..…66
Porcentaje de caras producidas por fracturas……………………………………..68
Porcentaje de partículas alargadas y planas……………………………………….68
Equivalente de arena……………………………………………………………….69
Resistencia de los agregados al desgaste………………………………………….70
Caracterización del material producto del fresado………………………………..70
Determinación del contenido de ligante asfáltico………………………………...70
Granulometría antes de la extracción……………………………………………...71
Caracterización el cemento asfáltico……………………………………………..71
Peso específico………………………………………………………..................71
Penetración…..…………………………………………………………………72
Punto de ablandamiento………………………………………………………. 73
Viscosidad Absoluta…………………………………………………………….73
Ductilidad……………………………………………………………...............73
Punto de inflamación…………………………………………………..............74
viii
Diseño de mezcla patrón en caliente P- 401 con el uso de materiales vírgenes……..74
Diseño de mezcla en caliente con el uso de materiales vírgenes y provenientes………
del fresado, adicionando un aditivo………………………………………………… 78
Evaluación de las propiedades físico-mecánicas de la mezcla asfáltica caliente....... 80
Densidad real de las briquetas……………………………………………………….80
Estabilidad y Flujo…………………………………………..……………………….81
Análisis de densidad y vacíos………………………………………………………. 82
Realización de estudio comparativo de las propiedades de una mezcla asfáltica…...…
en caliente (mac)……………………………………………………………………..86
CAPITULO IV. ANALISIS Y RESULTADOS
Análisis y Resultados…………………………………………………………......88
CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones…………………………………………………………………….119
Recomendaciones………………………………………………………………..123
BIBILOGRAFIA………………………………………………………………..124
ANEXOS……………………………………………………………………......126
ix
ix
INDICE DE TABLAS
Pág.
CAPITULO II. MARCO TEORICO
Tabla N°1. Granulometría de los agregados ……………..………………………..17
Tabla N°2. Criterios de diseño Marshall para mezcla P-401 75 golpes......................18
Tabla N°3. Evaluación integral de pavimento.............................................................53
CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO
Tabla Nº 4. Mezclas Trabajo…………..…………………………………………….64
Tabla Nº 5 Tamaño Máximo nominal……………………….………………………66
Tabla Nº 6. Granulometría de Diseño………………...…..………………………....75
Tabla Nº 7.Pesos de los agregados combinados por porcentaje decemento
asfáltico………………………………………………………………………….....75
Tabla Nº 8Pesos de los agregados retenidos en cada tamiz para cada porcentaje. 77
Tabla Nº 9. Pesos a adicionar del aditivo en la mezcla…….………………………..79
Tabla Nº 10. Porcentajes de aporte de cada agregado por fracción….………………84
CAPITULO IV. ANALISIS Y RESULTADOS
Tabla Nº 11.Tamaño máximo nominal……………………………………..……… 89
Tabla Nº 12.Pesos específicos de los Agregados Minerales………………….……..90
Tabla Nº 13. Porcentaje de Caras Producidas por Fracturas………….……………..90
Tabla Nº 14. Porcentaje de Caras Largas y Aplanadas………………….……..……91
Tabla Nº 15. Peso específico Bulk y aparente del material proveniente del fresado..91
x
Tabla Nº 16.Distribución granulométrica de agregados naturales y producto
delfresado……………………………………………………..………………………...
93
Tabla Nº 17. Porcentaje Obtenido del Ensayo del Equivalente de Arena para la
muestra patrón………………….………………………………………………..…..94
Tabla Nº 18. Porcentaje Obtenido del Ensayo del Equivalente de Arena en la muestra
con material fresado……………….……………………………...............................94
Tabla Nº19. Porcentaje Obtenido de Resistencia al Desgaste………….……………95
Tabla Nº 20.Propiedades del cemento asfáltico………………………………..95-96
Tabla Nº 21.Porcentaje en la combinación para cada agregado para la
muestrapatrón…………………………………………………………………………..
.……97
Tabla Nº 22.Porcentaje en la combinación para cada agregado para la muestra con
material fresado……………………………………………………………………..97
Tabla Nº 23.Porcentaje en la combinación para cada agregado para la muestra con
10% de material fresado…………………………….……………………….…….109
Tabla Nº 24.Porcentaje de aditivo regenerador para la muestra con 10% de material
fresado………………………………………………………………………………110
Tabla N 25. Porcentajes de cemento asfaltico óptimo probable para cada mezcla...114
.
xi
INDICE DE FOTOGRAFIA
Pág.
CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO
Fotografía Nº 1. Método de Cuarteo……………………………………….……..65
Fotografía Nº 2. Juego de Tamices………………………………………………..66
Fotografía Nº 3. Secado de la Muestra……………………………………………67
Fotografía Nº 4. Muestra Inmersa…………………………………………………67
Fotografía Nº5. Preparación…………...…………………………………………..67
Fotografía Nº6. Medición del Volumen Desplazado……………………………..67
Fotografía Nº 7. Muestra Utilizada……………………………………………….68
Fotografía Nº 8. Extracción de Aire………………………………………………68
Fotografía Nº 9.Calibrador para el Ensayo……………………………………….69
Fotografía Nº 10. Ensayo Equivalente de Arena…………………………………69
Fotografía Nº 11. Equipo Agitador……………………………………………….69
Fotografía Nº 12. Ensayo, Desgaste de los Ángeles……………………………..70
Fotografía Nº 13.Horno de Ignición…………………………………………… 71
Fotografía Nº 14. Peso del Picnómetro Vacío……………………….……………72
Fotografía Nº 15. Picnómetro con cemento Asfáltico A-20………………………72
Fotografía Nº 16.Ensayo de Penetración………………………………………...72
xii
Fotografía Nº 17. Ensayo de Punto de Ablandamiento…………………………73
Fotografía Nº 18. Elaboración de las Briquetas…………………………………78
Fotografía Nº 19. Incorporación del Aditivo Rejuvenecedor…………………..80
Fotografía Nº 20. Briqueta Sumergida…………………………………………..81
Fotografía Nº 21.Ensayo de Estabilidad y Flujo………………………………..82
Fotografía Nº 22. Ensayo del Método Rice…………………………………….85
xiii
INDICE DE FIGURAS
Pág.
CAPITULO II. MARCO TEORICO
Figura 1.Curva de diseño de pavimento flexible………….………...……………….24
Figura 2. Distribución de carga característica de un Pavimento Flexible versus
unoRígido.
…………..…………………………………………………………………..44
Figura 3. Modelo de Boussinesq………..……………………...……………………46
Figura 4. Proceso de selección de estrategias de rehabilitación……………..………51
xiv
INDICE DE GRAFICOS
Pág.
CAPITULO IV. ANALISIS Y RESULTADOS
Grafico N°1. Combinación Granulométrica para mezcla patrón…………………….89
Grafico N°2. Combinación Granulométrica para mezcla patrón…………………….98
Grafico N°3. Combinación Granulométrica para mezcla con material producto del
fresado………………………………………………………………………………..98
Grafico N° 4. Densidad Vs % Cemento Asfáltico. Mezcla Patrón………………….99
Grafico N° 5. Estabilidad Vs % Cemento Asfáltico. Mezcla Patrón…………….…100
Grafico N° 6. Flujo Vs % Cemento Asfáltico. Mezcla Patrón……………………..101
Grafico N° 7. Vacíos Totales Vs % Cemento Asfáltico. Mezcla Patrón………… 101
Grafico N° 8. Vacíos de Agregado Mineral Vs % Cemento Asfáltica Mezcla
Patrón…………………………………………………………………………….. 102
Grafico N° 9. Vacíos Llenados Vs % Cemento Asfáltico. Mezcla Patrón…….…..103
Grafico N° 10. Densidad Vs % Porcentaje de Aditivo (Iterlene ACF 1000). Mezcla…
con la incorporación de material fresado…………………………………….……..104
Grafico N° 11. Flujo Vs % Porcentaje de Aditivo (Iterlene ACF 1000). Mezcla con la
incorporación de material fresado………………………………………………….104
Grafico N° 12. Estabilidad Vs % Porcentaje de Aditivo (Iterlene ACF 1000). Mezcla
con la incorporación de material fresado……………………………………...……105
xv
Grafico N° 13. Vacíos llenados Vs % Porcentaje de Aditivo (Iterlene ACF 1000).
Mezcla con la incorporación de material fresado……………………………..……105
Grafico N° 14. Vacíos totales Vs % Porcentaje de Aditivo (Iterlene ACF 1000).
Mezcla con la incorporación de material fresado…………………………….…….106
Grafico N° 15.Vacíos de agregado mineral Vs % Porcentaje de Aditivo(Iterlene ACF
100). Mezcla con la incorporación de material fresado……………………….……106
Grafico N° 16. Combinación Granulométrica para mezcla con 10% de material
fresado……………………………………………………………………………....110
Grafico N° 17. Densidad Vs % Cemento Asfaltico. Mezcla con 10% de fresado y 0,5
% de Aditivo………………………..………………………………………………111
Grafico N° 18. Estabilidad Vs % Cemento Asfaltico. Mezcla con 10% de fresado y
0,5 % de Aditivo……………………………………………………………………111
Grafico N° 19. Flujo Vs % Cemento Asfaltico. Mezcla con 10% de fresado y 0,5 %
de Aditivo…………….……………………………………………………...…..…112
Grafico N° 20. Vacíos Totales Vs % Cemento Asfaltico. Mezcla con 10% de fresado
y 0,5 % de Aditivo…………………….………………………………………..…..112
Grafico N° 21. Vacío de Agregados Minerales Vs % Cemento Asfaltico. Mezclacon
10% de fresado y 0,5 % de Aditivo…………………………..……………..……..113
Grafico N° 22. Vacío Llenados Vs % Cemento Asfaltico. Mezcla con 10% defresado
y 0,5 % de Aditivo…………………………………………………………...…….113
Grafico N 23. Comparación de Estabilidad vs %Cemento Asfaltico entre mezclacon
fresado más aditivo y mezcla patrón……………..……………………..………….115
Grafico N 24. Comparación de Flujo vs %Cemento Asfaltico entre mezcla con
fresado más aditivo y mezcla patrón…………………………..……………….…..115
xvi
Grafico N 25. Comparación de Densidad vs %Cemento Asfaltico entre mezcla con
fresado más aditivo y mezcla patrón…………..……………...……………………116
Grafico N 26. Comparación de Vacíos Totalesvs %Cemento Asfaltico entre mezcla
con fresado más aditivo y mezcla patrón…………………………………………...116
Grafico N 27 Comparación de Vacíos Llenados vs %Cemento Asfaltico entre mezcla
con fresado más aditivo y mezcla patrón…………………………………………..117
Grafico N 28 Comparación de Vacíos de Agregado Mineral vs %Cemento Asfaltico
entre mezcla con fresado más aditivo y mezcla patrón…………………………….118
xvii
INDICE DE ANEXOS
Pág.
ANEXOS
Anexo A Tablas de densidad, estabilidad y flujo……….........................................122
Anexo B Densidad Máxima Teórica (gmm) o densidad rice……………..….........125
Anexo C Vacíos Totales (VT)……………………….……….................................126
Anexo D Porcentaje de Vacíos del agregado mineral……………...………..…….127
Anexo E Porcentaje de vacíos llenados de asfalto……………………………..….128
Anexo F Graficas de Densidad, Flujo, Estabilidad,VAM,VT,VLL…………........129
Anexo GCarta Técnica del Aditivo Regenerador y Especificaciones de la F.A.A.
.................................................................................................................................132
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO FÍSICO MECANICO DE UNA
MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE P-401 UTILIZANDO AGREGADOS
VIRGENES CON LA INCORPORACIÓN DE MATERIAL PROVENIENTE DE
LA ESCARIFICACIÓN DE LA CARPETA ASFÁLTICA (FRESADO).
Autores: Carmen Julia Arteaga Valero
William Enrique Ríos Sánchez
Tutor: Ing. Oscar Zavarce.
RESUMEN
El estudio se basa en proponer mezclas recicladas en caliente para aeropuertos
motivado a la necesidad de buscar nuevas alternativas que paren el desgaste
ambiental, garantizando la calidad de los trabajos realizados.Se realizó el diseño de
mezclas asfálticas incorporando un porcentajes de fresado de 30% que sustituyeron a
los porcentajes de arrocillo de una mezcla tipo P-401 cuyos resultados no fueron
favorables, posteriormente se evaluó la cantidadde aditivo regenerador ITRELENE
ACF 1000 a usar, determinando un porcentaje de material fresado de 10%, para
posteriormente mediante la aplicación del método Marshall, comparar el
comportamiento de estas mezclas no convencionales con una mezcla patrón diseñada
y elaborada en laboratorio.Dando como resultados que cumplen con las
especificaciones de la Administración Federal de Aviación en Pavimentos de
Aeropuertos (FAA), a excepción de los vacíos del agregado mineral y el flujo que
resultaron ser inferiores al valor mínimo requerido y superiores al máximo
respectivamente, se estima que el factor determinante podría ser la cantidad de finos
aportados por el fresado al ser sometido a temperaturas de mezclado.Por lo que se
hizo necesario recomendar que se realicen estudios con una mezcla patrón y material
fresadovariando la cantidad de material fresado en un rango entre 10% y 20%, pero
sin dejar de incorporar el aditivo regenerador.
Palabras Clave:P-401, FAA, mezclas asfálticas de aeropuertos, rap, aditivo regenerador.
AGRADECIMIENTO UCLA-DIC
AGRADECIMIENTO
Agradecemos primeramente a Dios, por habernos dado la vida y permitirnos
llegar hasta este momento tan importante de nuestra vida, donde hemos obtenido este
logro académico y profesional tan importante. A la UCLA institución que nos ha
dado la oportunidad de ser parte de ella. Al Decanato de Ingeniería Civil (DIC),
escuela de formación donde gracias a su destacado equipo de profesionales,
adquirimos los conocimientos necesarios para enfrentar la vida profesional. A el Ing.
Oscar Zavarce, nuestro tutor que nos ofreció las herramientas y conocimientos
necesarios para lograr este triunfo. Al Laboratorio de pavimentos del Decanato de
Ingeniería Civil de la UCLA (DIC), que nos brindó sus instalaciones y equipos para
poder lograr culminar este trabajo de grado, y en especial a su valioso personal las
TSU Mileida y Lenny ya que sin su valiosa colaboración este trabajo de grado no
sería hoy una realidad. Al Ing. Eleazar Colina evaluador del trabajo de grado que nos
ofreció su ayuda, colaboración y conocimientos para salir adelante con el trabajo de
grado.Muy especialmente queremos agradecer a la empresa Motiasca y al personal
que hay labora como lo son el Tsu. Hugo Muñoz y la Ing. Mariannne Gutiérrez que
nos facilitaron todo el material granular y asfáltico utilizado en el trabajo de grado. A
todos infinitas gracias.
Carmen Arteaga y William Ríos
DEDICATORIA UCLA-DIC
DEDICATORIA
Dedico este trabajo principalmente a Dios, por haberme dado la vida y
permitirme el haber llegado hasta este momento tan importante de mi formación
profesional. A mi madre, por ser el pilar más importante y por demostrarme siempre
su cariño y apoyo incondicional sin importar las adversidades que se presenten. A la
Profesora Zunilde Escalona, por siempre brindarme su apoyo y ayuda desinteresada
durante este largo caminar. A mis hermanos Daniel y David, que siempre están en
apoyo constante. A mis tíos Olida, Aura y Luigi por motivarme a seguir adelante. A ti
abuela Carmen que con tu aplomo me enseñaste a no desmallar. A mis amigas
Merlin, Dalila y María de los Ángeles a quienes les agradezco por compartir
momentos significativos conmigo y por siempre estar dispuestas a escucharme y
ayudarme en cualquier momento.
Carmen Arteaga
INTRODUCCION UCLA-DIC
INTRODUCCION
Actualmente la necesidad de prolongar la vida útil de las estructuras en el área de
la ingeniería y el desarrollo de todos los sectores productivos, ha llevado a generar el
deterioro del medio ambiente en que vivimos por lo que se tiene la necesidad de
buscar nuevas alternativas que disminuyan el desgaste ambiental, garantizando la
calidad de los trabajos realizados.
Uno de los proyectos de mayor contribución en el desarrollo de las ciudades han
sido las carreteras, por ello las técnicas para mejorarlas se deben cada día mejorar y
enfocar la construcción de carreteras sostenibles para de esta manera reducir
considerablemente el daño causado al medio ambiente. Dos medios para mejorar la
sostenibilidad de las carreteras son el minimizar la cantidad de energía empleada para
su construcción y utilizar eficientemente los materiales producto de la escarificación
de las carreteras para reducir los desperdicios.
El futuro de los pavimentos asfálticos es altamente positivo. El desarrollo de
nuevas tecnologías en los últimos años ha permitido mejorar la calidad de los
productos y procedimientos utilizados en la pavimentación de vías con dos grandes
ventajas: la reducción en los costos y alta durabilidad durante toda la vida de servicio
del pavimento.La durabilidad de los pavimentos se traduce en mantenimientos y
INTRODUCCION UCLA-DIC
reparaciones mínimas durante su vida útil, enfrentar el paso de millones de vehículos,
resistir los efectos dañinos de los rayos solares, el aire y agua.
En muchos casos el mantenimiento del pavimento supera los fondos disponibles.
El reciclaje del pavimento asfáltico se ha convertido en una opción de mantenimiento
y rehabilitación poderosa y económicamente efectiva que además ofrece beneficios
ambientales. El primer caso documentado de reciclaje en caliente en el sitio aparece
en la literatura de la década de 1930, y el reciclaje en frío y rehabilitación de vías data
de 1900.Los avances más grandes en tecnología y equipo ocurrieron a mediados de la
década de 1970. Hay dos eventos que avivaron este interés: la crisis del petróleo de
1970 y la introducción en 1975 de las máquinas fresadoras. Desde ese momento, los
métodos de reciclaje de la carpeta asfaltica han avanzado exponencialmente.
CAPITULO I. EL PROBLEMAUCLA-DIC
3
CAPITULO I
EL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
Los pavimentos son superestructuras que gracias a su diseño han ido
evolucionando con el paso de los años, donde se toma en consideración la variable
“tiempo”, y el diseño se realiza desde el momento presente y a lo largo de un número
de años determinado.La construcción del primer pavimento, tipo SheetAsphalt,
ocurre en 1876 en Washington D.C., con asfalto natural importado. En 1900 aparece
la primera mezcla asfáltica en caliente, utilizada en la rue du Louvre y en la Avenue
Victoria en París, la cual fue confeccionada con asfalto natural de la Isla de Trinidad.
A partir del año 1902, se inicia el empleo de asfaltos destilados de petróleo en los
Estados Unidos, que por sus características de pureza y economía en relación a los
asfaltos naturales, constituye en la actualidad la principal fuente de abastecimiento.
CAPITULO I. EL PROBLEMAUCLA-DIC
4
La aparición y desarrollo de la circulación automovilística en las carreteras de
aquel entonces - de macadam a base de agua - provocaban grandes nubarrones de
polvo, ello dio origen a los tratamientos superficiales a base de emulsiones en el año
1903, con objeto de enfrentar dicho inconveniente. En 1909 en Versalles, sobre el
cuerpo de una carretera con un tráfico diario de 5000 vehículos, se construyó una
capa de aglomerado bituminoso de 5 cm de espesor. Así pues, en los albores del siglo
XX, ya existían los principales componentes de la técnica de revestimientos
bituminosos. Su desarrollo y perfeccionamiento, es tarea que incumbe a los
profesionales del asfalto del siglo XX.
Con el paso del tiempo se ha buscado desarrollar nuevas tecnologías que
permitan mejorar la calidad de los productos y procedimientos utilizados en la
pavimentación, tratando también que estas innovaciones tecnológicas reduzcan el
impacto ambiental, y abaratar los costos de producción. Actualmente, se está llevando
a cabo a nivel europeo el proyecto PARAMIX (Road Pavement
RehabilitationTechniquesUsingEnhancedAsphalt Mixtures) dentro del programa
Growth del V plan marco de la Unión Europea. El consorcio formado por 13 socios
de cinco países diferentes (España, Suecia, Bélgica, Italia y Alemania) se plantea una
sistematización del proceso de reciclado así como mejoras en el procedimiento
constructivo y el desarrollo de nuevos métodos de cálculo y evaluación con una
voluntad de intercambiar conocimientos y diferentes maneras de enfocar el problema.
El reciclado de pavimentos constituye una alternativa de rehabilitación más
competitiva y económica que la elaboración de mezclas convencionales, ya que
CAPITULO I. EL PROBLEMAUCLA-DIC
5
permite minimizar la utilización de recursos no renovables, áridos naturales y ligantes
hidrocarbonados de origen petrolífero, previniendo de esta manera la creación de
residuos que generan la acumulación de desperdicios, disminuyendo por consiguiente
la necesidad de transportar estos materiales desde y hacia la obra.
En la actualidad, la red vial de Venezuela presenta un considerable deterioro,
requiriendo trabajos de mantenimiento, basado en la importancia de su
funcionamiento. Siendo los medios de transporte factores de vital importancia para el
desarrollo económico, político y cultural de un estado, resulta evidente la necesidad
de mantener en óptimas condiciones las estructuras para el perfecto funcionamiento
de los distintos sistemas de transporte.
Por tal motivo, el diseño de mezcla asfáltica en caliente P-401, pretende lograr una
contribución de gran relevancia, tanto para el mejoramiento de las estructuras
existentes en aeropuertos como para la disminución de costos y de incidencia en el
impacto del medio ambiente, en comparación con la utilización de mezclas
convencionales.
Finalmente, se plantean las siguientes interrogantes ¿la utilización de agregado
fresado para la elaboración de mezclas P-401 cumplirá con los requerimiento de la
norma de Airport Pavement, Federal Aviation Administration, (FAA)? ¿La
utilización de fresado para elaborar mezclas tendrá un efecto positivo en la
disminución de los niveles de contaminación ambiental con respecto a una mezcla sin
material fresado?
CAPITULO I. EL PROBLEMAUCLA-DIC
6
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
Objetivo General
Evaluar el comportamiento de una mezcla asfáltica en caliente P-401 mediante la
incorporación de material proveniente de la escarificación de carpetas asfálticas y la
utilización de aditivo ITRELENE ACF 100.
Objetivos Específicos
Caracterizar agregados pétreos y asfálticos provenientes de planta ubicada en
el Estado Portuguesa.
Diseñar una mezcla asfáltica en caliente patrón P-401 con agregados vírgenes.
Diseñar una mezcla asfáltica en caliente P-401 adicionando agregado fresado
proveniente de la escarificación de vías ubicadas en el Estado Portuguesa.
Evaluar el comportamiento físico-mecánico de una mezcla asfáltica en
caliente P-401 con y sin la incorporación de material proveniente de la escarificación
de carpetas asfálticas proveniente de planta ubicada en el Estado Portuguesa.
CAPITULO I. EL PROBLEMAUCLA-DIC
7
Evaluar el comportamiento físico-mecánico de una mezcla asfáltica en
caliente P-401 con la incorporación de material proveniente de la escarificación de
carpetas asfálticas y un aditivo regenerador del material escarificado.
CAPITULO I. EL PROBLEMAUCLA-DIC
8
JUSTIFICACION
Los pavimentos como cualquier estructura, se diseñan, construyen y reparan; por
ésto se ilustran métodos y tecnología moderna relacionada con el diseño,
construcción y reparación de pavimentos flexibles.
Cada día adquiere mayor relevancia la nueva técnica de reutilización del material
fresado, debido a lo económico y de fácil colocación logrando obtener beneficios para
la comunidad como para el ambiente.
Es por ello que al realizar una rehabilitación con material reciclado se obtienen
mejores beneficios ajustados a los parámetros de disponibilidad y durabilidad
exigidos por la norma.
Más del 90 por ciento de los pavimento rehabilitados son del tipo flexible. Para
evaluar su condición se requiere de metodologías muy costosas que se adecuen a la
región donde están construidos. Con esta nueva técnica se ofrecen mayores beneficios
y la oportunidad de aumentar la meta física en proyectos de envergadura, como sería
la rehabilitación de pistas de aterrizaje en aeropuertos nacionales e internacionales.
CAPITULO I. EL PROBLEMAUCLA-DIC
9
ALCANCE
El trabajo se basa en el análisis del comportamiento de las mezclas asfálticas en
caliente recicladas que estan orientadas, para la rehabilitación de pistas de aterrizaje
de aeropuertos.
Los ensayos de caracterización y su respectivo aval se realizaron en las
instalaciones de la Universidad Centrooccidental Lisandro Alvarado Decanato de
Ingeniería Civil específicamente en el laboratorio de pavimentos.
LIMITACIONES
Una de las limitantes se encuentra en la aplicación y uso de estándares
internacionales como lo son la norma para la elaboración de mezclas asfálticas
especiales.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
10
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION
Para el desarrollo de esta investigación se examinó la relación de ésta con
diferentes estudios similares con el objetivo de adquirir más información del tema. Es
importante citar que se tomaron en consideración los siguientes antecedentes y
publicaciones que se mencionan a continuación.
García y Medina (2010). “EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE
PAVIMENTOS RECICLADOS CON CEMENTO (REPACE) EN
COMPARACIÓN CON LOS RECICLADOS CON ASFALTO ESPUMADO,
PARA SER USADOS COMO BASE INTERMEDIA EN ESTRUCTURAS DE
PAVIMENTO. CASO DE ESTUDIO: MUESTRA PROCEDENTE DE LA
ESCARIFICACIÓN DE LA SUB- RAMAL 010 LA, MUNICIPIO TORRES,
ESTADO LARA”, El reciclaje de pavimentos se ha convertido en una importante
alternativa de rehabilitación de carreteras, debido principalmente a su valor ecológico
y los excelentes resultados que se han obtenido en diversos estudios realizados. Las
técnicas de reciclaje son relativamente nuevas en el país, por lo que es de interés de
este trabajo de investigación establecer parámetros y a su vez ampliar la gama de
conocimientos en lo que se refiere a las metodologías de REPACE y Asfalto
Espumado, realizando los diseños de mezcla a través de dichos métodos, con la
finalidad de compararlos en cuanto a costos, comportamiento estructural, eficiencia
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
11
entre otros, evaluando así el desempeño de los mismos como propuesta de
rehabilitación. Para llevar a cabo este propósito se planteó esta investigación en siete
fases (toma de las muestras, estudios de las propiedades de las muestras de agregado,
estudio de calidad del cemento, combinación granulométrica de los materiales, diseño
de la base intermedia del REPACE, determinación del CBR del REPACE, diseño de
la estructura de pavimento) utilizando las condiciones establecidas para una vía
hipotética de tráfico bajo. Se procedió a caracterizar el material proveniente de la
escarificación de la carpeta de rodamiento, como también, el empleado como base
granular en la hipótesis elaborada, para luego realizar la dosificación de los
materiales. Conjuntamente, se verificó la calidad del cemento para luego realizar el
diseño de mezcla, siguiendo los lineamientos específicos en el método de diseño
AASHTO para mezclas de REPACE, determinando el porcentaje óptimo de cemento.
Como resultado se obtuvo un porcentaje óptimo de cemento igual a 4%.
Posteriormente se comparó el desempeño de esta propuesta con la aportada por una
investigación paralela de reciclado con Asfalto Espumado bajo las mismas
condiciones establecidas. Concluyendo que el método de reciclado con Asfalto
Espumado representa la mejor alternativa de rehabilitación para esta vía.
Jiménez y Venegas (2010).”EVALUACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
RECICLADAS CON EMULSIÓN (MARE) EN COMPARACIÓN CON
MEZCLAS RECICLADAS DE PAVIMENTOS FLEXIBLES CON CEMENTO
(REPACE) PARA SER USADAS COMO BASE INTERMEDIA EN
CARPETAS DE PAVIMENTOS”, En el presente trabajo se evaluó el desempeño
de las mezclas asfálticas recicladas con emulsión para ser usada como base
intermedia en la propuesta hipotética de rehabilitación de la estructura de un
pavimento, mediante el mismo se busca valorar su comportamiento en comparación
con las mezclas recicladas con cemento. La investigación es de naturaleza
descriptiva. Se definió la emulsión asfáltica con ensayos de laboratorio y el
comportamiento con mezclas de materiales pétreos por el método Marshall
Modificado de Illinois. Se determinaron los parámetros físicos-mecánicos como
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
12
Estabilidad, Densidad Seca Bulk, Módulo de Elasticidad y Coeficiente Estructural, el
último fue determinado a través del método de tracción indirecta con la mordaza
Lottman mediante la implementación de un deformímetro ubicado de manera
perpendicular al eje diametral de la briqueta. Se concluyó que la mezcla estudiada
presenta propiedades óptimas como capa base en pavimentación, limitado su uso para
carpeta de rodamiento por el porcentaje de vacíos, donde el factor determinante
podría ser el tiempo de curado. El estudio condujo al diseño de una nueva estructura
de pavimento en comparación con las mezclas recicladas con cemento, demostrando
así sus parámetros más influyentes a la hora de tomar una decisión para la
rehabilitación.
Carrillo, Hernández y Toledo (2011). “PROPUESTA DEL PROYECTO DE
REHABILITACIÓN DE LA PISTA DE ATERRIZAJE DEL AERÓDROMO
LA GREDA. CARORA MUNICIPIO TORRES DEL ESTADO LARA”, Este
trabajo tuvo como objetivo realizar la propuesta del proyecto de rehabilitación de la
pista de aterrizaje del aeródromo La Greda. Carora Municipio Torres del estado Lara.
En función de los resultados logrados en el análisis de los materiales que componen
la estructura y mediante el Indicie de Condición de Pavimento se logró plantear dos
acciones de rehabilitación, la primera es la construcción de una base de suelo de 11
cm y carpeta asfáltica de 9 cm (REPACE), utilizando los materiales existentes se
reducirá el impacto ambiental comparado si se realiza una sustitución total de la
estructura de pavimento, para la evaluación de esta alternativa se realizaron los
ensayos necesarios para lograr la resistencia mínima a la comprensión simple sin
confiar a los 7 días de 20 kg/cm2 según Normas INVEAS 11-70, esta se realizó con
una fracción de material asfáltico extraído en la calicata y en una fracción del
material base utilizado en la construcción de la pista. La segunda propuesta es realizar
una escarificación total de la carpeta asfáltica y hacer un diseño de mezcla con
características propias de aeropuertos (P-401) de Norma F.A.A con espesor de capa
de rodamiento de 10 cm, para tal fin se contó con la colaboración de la planta de
mezcla asfáltica ubicada en Burere en la autopista Lara-Zulia donde se realizó la
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
13
caracterización del material empleado en la planta, así como la caracterización del
cemento asfáltico para posteriormente realizar la combinación granulométrica y el
diseño aplicando el método Marshall. Para la presentación de las alternativas solo se
consideró el pavimento flexible por ser el tipo de estructura que existe en la pista
estudiada. En base a los resultados obtenidos en los presupuestos planteados, se
evalúo cuál de las dos soluciones será la más viable al momento de la ejecución
tomando en cuenta el desarrollo endógeno e inversión que tenga proyectado el
Municipio.
Lara y Martínez (2011). “DISEÑO DE UNA MEZCLAS ASFÁLTICAS EN
CALIENTE MEDIANTE LA INCORPORACIÓN DE MATERIAL
PROVENIENTE DE LA ESCARIFICACIÓN DE CARPETAS ASFÁLTICAS”,
El aumento de las exigencias, hace necesario buscar alternativas para la utilización de
materiales reciclados, por lo que en el presente trabajo de investigación se plantea la
utilización de material proveniente de la escarificación de carpetas asfálticas en la
elaboración de mezclas asfálticas en caliente. El trabajo se inició con la
caracterización de agregados naturales, cemento asfálticos de fresado. Se realizó el
diseño de mezclas asfálticas incorporando varios porcentajes de fresado, 22% y 30%
que sustituyeron a los porcentajes de arrocillo de una mezclas tipo M19 Establecida
como patrón, para posteriormente ser evaluadas y obtenidas las propiedades
correspondientes mediante la aplicación del método Marshall, comparando el
comportamiento de estas mezclas no convencionales con una mezcla patrón diseñada
y elaborada en laboratorio. Cada mezcla fue evaluada para conocer el
comportamiento de las propiedades dando como resultados que cumplen con las
especificaciones NTF 2000-1: 2009, a excepción de los vacíos del agregado mineral
que resultaran ser inferiores al valor mínimo requerido, fallando así los diseños
planteados para esta propiedad, donde el factor determinaste podría ser la cantidad de
finos aportados por el fresado al ser sometido a temperaturas de mezclado. En
consecuencia no se pudo seleccionar la mezcla que mejor se ajusta a los
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
14
requerimientos estipulados, por lo que se hizo necesario desarrollar un cuerpo de
recomendaciones que dan paso a la profundización del tema en investigación.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
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BASES TEORICAS
Para el análisis, estructuración y planificación de este proyecto se requiere de una
serie de conceptos relacionados con el estudio a realizar.
Asfalto: Es un material viscoso, pegajoso y de color negro, usado como
aglomerante en mezclas asfálticas para la construcción de carreteras, autovías o
autopistas. También es utilizado en impermeabilizantes. Está presente en el petróleo
crudo y compuesto casi por completo de bitumen.
Como el asfalto es un material altamente impermeable, adherente y cohesivo,
capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo la acción de cargas
permanentes, presenta las propiedades ideales para la construcción de pavimentos
cumpliendo las siguientes funciones:
Impermeabilizar la estructura del pavimento, haciéndolo poco sensible a la
humedad y eficaz contra la penetración del agua proveniente de la precipitación.
Proporciona una íntima unión y cohesión entre agregados, capaz de resistir la
acción mecánica de disgregación producida por las cargas de los vehículos.
Igualmente mejora la capacidad portante de la estructura, permitiendo disminuir su
espeso
RAP: Se define como el pavimento asfaltico que ha cumplido su vida útil que ha
sido fresado o extraído y posteriormente triturado, y sus propiedades dependen
directamente de varios factores como: el tipo de mezcla asfáltica del que proviene, la
metodóloga empleada en su extracción, la capa del pavimento que se extrajo, o bien,
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
16
del proyecto que proviene, lo que produce generalmente una heterogeneidad en el
material, implicando algunas variaciones significativas en cuanto a la calidad los
áridos, contenido y tipo de ligante adherido, lo cual puede influir en homogeneidad de
la mezcla final que se desea fabricar, sobre todo cuando el RAP se emplea en altas
tasas.
Aditivo Regenerador de asfalto en caliente ITERLENE ACF 1000
ITERLENEACF1000 es unaditivo líquidomultiusos, usadodirectamente en el
material producto de la escarificación de la carpeta asfáltica, que le permite
"regenerar" el cemento asfalticodelmaterial fresado.Consta dediferentescomponentes
químicos, cada unode los cuales tieneuna función precisaen relación conel cemento
asfáltico: antioxidante, plastificante, regeneración, agente humectante, dispersante y
diluyente.Puede seradicionadoenlos tanques de almacenamientode cemento asfalticoo
directamente duranteel ciclo de producción.(ver anexo G pag.125)
Mezclas Asfálticas para Aeropuertos: Son mezclas bituminosas diseñadas para
cumplir con requerimientos específicos de los pavimentos aeroportuarios varían
sustancialmente dependiendo de varios factores como clima, intensidad de tráfico,
tipos de avión, entre otros. Estas mezclas asfálticas ofrecen suficiente flexibilidad en
su composición y características físico/mecánicas para que puedan diseñarse a
medida para cumplir con las necesidades de aeropuertos individuales.
Especificaciones para granulometría de los agregados establecidapor la
Norma Administración Federal de Aviación de Pavimentos de
Aeropuertos(Airport Pavement Federal Aviation Administration; FAA).
Para la elaboración de las mezclas asfálticas para aeropuertos P-401, es
necesario que la granulometría de los agregados pétreos cumpla con los
parámetros siguientes:
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
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Especificaciones para el diseño Marshallde Mezclas Asfálticas para
Aeropuertosestablecidas por la Agencia Federal de Aviación (FAA).
Las especificaciones establecidas por la Agencia Federal de Aviación para el
diseño de mezclas asfálticas en caliente P-401, está enmarcada en una serie de
criterios establecidos para determinar las propiedades Físico –mecánicas, las cuales
están reflejadas en las tabla mostradas a continuación:
Tabla 1. Granulometría de los Agregados
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
18
Tabla 2. Criterios de diseño Marshall para mezcla P-401 75 golpes
Pavimentos en Aeropuertos: Los pavimentos aeroportuarios son construidos para
soportar las cargas impuestas por las aeronaves, así como de proporcionar una
superficie adecuada y segura para transitar en cualquier condición meteorológica.
La determinación del espesor del pavimento se basa en el análisis teórico de la
distribución de las cargas por los pavimentos y los terrenos de fundación
(subrasantes), en el análisis de los datos experimentales relativos al pavimento y en
un estudio del comportamiento de los pavimentos, en condiciones de servicio reales.
Aun cuando la estructura básica y la función de los pavimentos en aeropuertos es
esencialmente la misma, que en una carretera, existen diferencias significativas entre
uno y otro, como por ejemplo: la anchura, la forma, los pesos totales y la elevada
presión que los neumáticos de las ruedas de las aeronaves transmiten. Los pavimentos
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
19
en las pistas también tienen que soportar las vibraciones del período de
calentamiento, el escape de los motores de reacción y los impactos del aterrizaje.
Las pistas sufren menos aplicaciones de carga que una carretera normalmente
concurrida. La disposición de las ruedas y los patrones de carga son diferentes; por lo
general, las aeronaves tienen un tren de aterrizaje en triciclo, con una rueda o
conjunto de ruedas dirigible. Las cargas se canalizan en la parte media de la pista, y
quedan un 80 % de las cargas dentro de 8% más o menos del área pavimentada. Así
pues, el esfuerzo se concentra dentro del tercio central del pavimento.
Uno de los métodos aceptados comúnmente para el diseño de pavimentos
aeroportuarios civiles, es el método modificado del Airport Paving Manual publicado
por la Federal Aviation Administration, el cual calcula la resistencia de los
pavimentos de un aeropuerto, en función del peso bruto de la aeronave, para cada tipo
de tren de aterrizaje.
Los pavimentos se dividen en general en dos tipos: flexible y rígido. Cuando está
apropiadamente diseñado y construido, cada tipo proporcionará un pavimento
aeroportuario satisfactorio.
Parámetros por considerar para el diseño de pavimentos por el método de la
Agencia Federal de Aviación (FAA).
Hay varios factores que ejercen influencia sobre el espesor del pavimento
requerido. Estos son la calidad del terreno de fundación y de los materiales, que
constituyen la estructura del pavimento, la magnitud y el carácter de las cargas de las
aeronaves que han de soportarse, el volumen del tránsito y su concentración en ciertas
zonas. Relacionando estos conceptos, la FAA ha preparado una serie de curvas para
el cálculo de los pavimentos, tanto rígidos como flexibles, con base en un cálculo de
vida útil de 20 años. Estas curvas simplifican los procedimientos de cálculo, para lo
cual es necesario contar con los siguientes parámetros:
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
20
Aeronave de Diseño: Las características de las aeronaves que influyen en el
diseño de los pavimentos son: peso bruto, porcentaje de carga sobre la rueda de proa,
disposición de las ruedas, carga sobre la pata principal, presión de los neumáticos y el
área de contacto de cada uno.
La aeronave de diseño se selecciona verificando todas las aeronaves del pronóstico
de tránsito del aeropuerto, así como el espesor de pavimento requerido por las
mismas, con la utilización de las respectivas gráficas. La aeronave que necesite
mayor espesor de pavimento será considerada como la aeronave de diseño.
Peso Máximo Aeronave de Diseño: Es el peso máximo de despegue de la
aeronave, que proporciona cierto grado de prudencia en el diseño, debido a que
pueden presentarse cambios en el uso operacional del pavimento, y en consideración
de que el tránsito previsto es una aproximación.
Salidas Anuales Equivalentes Aeronave de Diseño: Con el pronóstico del
tránsito anual de cada tipo de aeronave y el número de salidas anuales de la aeronave
de diseño, se determina el número de salidas anuales equivalentes, que transforman
los diferentes tipos de tren de aterrizaje de las distintas aeronaves, al tipo de tren de
aterrizaje que posee la aeronave de diseño, por medio de un factor de conversión
establecido. Con este procedimiento, se logra un único número de salidas anuales de
la aeronave de diseño.
Índice de Penetración de California (CBR): Es la relación entre la fuerza por
unidad de superficie necesaria, para penetrar en una masa de suelo y la fuerza
necesaria que permite penetrar en un material normalizado, se expresa en porcentajes.
Determina las características de resistencia del suelo para ser utilizado en el diseño de
pavimentos.
Diseño de Pavimentos Flexibles Por el Método de la FAA: El diseño de
pavimentos flexibles por el método de la FAA, se basa en los resultados de pruebas
de suelos de subrasantes, para reducir así la presión superficial a un valor que el
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
21
terreno de fundación pueda soportar. Cada una de las capas de la estructura debe
poseer el espesor mínimo que reduzca los esfuerzos sobre la capa inferior inmediata.
Así también, la capa de rodadura debe tener resistencia suficiente para aceptar sin
peligro las presiones producidas por los neumáticos de las aeronaves sobre la misma,
además de una adherencia adecuada entre la aeronave y el pavimento, aún en
condiciones húmedas.
La FAA ha ideado una relación entre las clases de suelo y el espesor de la capa
superficial, la capa base y la sub-base necesaria, para diferentes pesos brutos de
aeronaves, basados en diferentes condiciones de drenaje y la acción de congelación.
Estructura de los Pavimentos Flexibles
Subrasante: Se considera la cimentación del pavimento, por lo que es
indispensable realizar un análisis de las propiedades físicas del terreno, con el fin de
conocer las variaciones importantes de su estructura, cambios de contenido de
humedad, nivel de aguas freáticas, condiciones de drenaje, entre otros, lo cual
permitirá proporcionar una estimación del valor soporte del suelo bajo diferentes
condiciones. Cuanta mejor calidad tenga esta capa, el espesor del pavimento será más
reducido.
Los ensayos por realizarse para la determinación de las propiedades físicas del
suelo, están normalizados en las publicaciones de la ASTM para pavimentos, que
están previstos para servir a las aeronaves.
Las subrasantes deben compactarse escrupulosamente, para proporcionar la más
alta capacidad de soporte posible.
Sub-base: La sub-base está compuesta de material granular, integrante
generalmente de la estructura del pavimento flexible, está protegida por la carpeta y
la base, colocada sobre la sub-rasante compactada. Impide que el agua de las
terracerías ascienda por capilaridad y evita que el pavimento sea absorbido por la sub-
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
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rasante. Ésta debe transmitir en forma adecuada los esfuerzos a las terracerías. Para
los mejores grupos de suelos, es posible prescindir de este elemento.
En algunos casos, esta capa permite transformar un cierto espesor de la capa de
base a un espesor equivalente de material de sub-base.
Base: La base es el componente estructural más importante de un pavimento
flexible ya que recibe la mayor parte de los esfuerzos producidos por las cargas
concentradas aplicadas a la superficie. Su propósito fundamental consiste en evitar
que se presenten deformaciones por corte y consolidación de la sub-rasante, y
adicionalmente provee un sub-drenaje al pavimento, así como protección contra la
acción de las heladas cuando fuere necesario.
Generalmente esta capa, además de la compactación, necesita otro tipo de
mejoramiento (estabilización), para resistir las cargas sin deformarse y transmitirlas
adecuadamente. Los materiales para la base son variados, con el fin de aprovechar los
materiales locales. Cuando se usan agregados de alta calidad, los tratamientos de
asfalto o cemento Pórtland producen bases que son más eficaces que las bases no
tratadas. De acuerdo con ello, la FAA reconoce una pulgada de ciertos materiales
tratados para base, como equivalente de 1.5 pulgadas de materiales para bases no
tratadas.
Áreas críticas: Son las que requieren mayor espesor de pavimento. Incluyen los
extremos de las pistas de aterrizajes, todas las pistas de rodaje y las plataformas. Estas
son áreas sujetas a las más diversas cargas por parte de los aviones. El espesor del
pavimento en zonas no críticas puede reducirse respecto del espesor mismo en las
zonas que sí lo son.
Carpeta de rodamiento: Es la parte superior del pavimento flexible, que
proporciona la superficie de rodamiento; es elaborada con material pétreo
seleccionado y un producto asfáltico, según los requerimientos de tránsito. La carpeta
de rodamiento tiene como función proteger la base del agua superficial y en el caso
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
23
de las pistas de los aeropuertos, proveer una superficie de rodaje tersa para las
aeronaves, dar espacio a cargas de tráfico, resistir patinamiento, resistir la abrasión al
tráfico y el desgaste a la intemperie.
Para las mezclas asfálticas, es de gran importancia conocer la cantidad de asfalto
por emplearse, debiéndose buscar un contenido óptimo, ya que en una mezcla este
elemento debe formar una membrana alrededor de las partículas, de un espesor tal,
que sea suficiente para resistir los efectos del tránsito y de la intemperie, pero no debe
resultar muy gruesa, ya que además de ser antieconómica puede provocar una pérdida
de la estabilidad en la carpeta; este exceso de asfalto puede hacer resbalosa la
superficie. Para calcular este contenido óptimo de asfalto, se tienen las pruebas de
compresión simple para mezclas en frío, la prueba de Marshall para muestras en
caliente, y otras.
Procedimiento de diseño: Para el diseño de los pavimentos flexibles se requiere
de los siguientes parámetros:
• CBR del suelo de fundación
• CBR del material para la sub-base
• Peso bruto de la aeronave de diseño
• Número de salidas anuales de la aeronave de diseño
Una vez obtenidos los anteriores parámetros, se hace uso de las curvas
publicadaspor la FAA
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
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Figura 1.Curva de diseño de pavimento flexible
Fuente: Airport Pavement, Federal Aviation Administration, FAA. Curva de
diseño de pavimento flexible en zonas críticas; tren de aterrizaje de doble rueda, así
también se han establecido curvas para tren de aterrizaje de una rueda y de tándem
doble.
Mediante el uso de las curvas de cálculo, se determina el espesor del pavimento
para cada aeronave, el espesor del revestimiento asfáltico, el espesor mínimo de la
base y sub-base.
Se registra en la abscisa superior el valor CBR del terreno de fundación, que se
proyecta verticalmente hasta el peso bruto de la aeronave, en el punto de intersección
se traza una línea horizontal, hasta el número de salidas anuales equivalentes; y de
este nuevo punto de intersección, se proyecta verticalmente hacia abajo, para
determinar el espesor total del pavimento requerido. El mismo procedimiento se
utiliza para la determinación del espesor de la sub-base, excepto que se ingresa el
valor CBR del material de la sub-base. Habiendo determinado estos valores y el
espesor de la carpeta asfáltica, que también es proporcionado por las curvas, se
determina el espesor de la base.
El procedimiento anterior es utilizado para determinar los espesores en áreas
críticas de las pistas, que son las que por su posición sufren concentración de
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
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movimientos de las aeronaves, para el caso de las áreas no críticas, las que sufren
menos concentración de esfuerzos; el espesor del pavimento se obtiene tomando el
valor 0.9 de los espesores críticos.
Cementos Asfálticos:Los cementos asfálticos se utilizan principalmente en
aplicaciones viales. Son sólidos a temperatura ambiente y se clasifican por su
consistencia de acuerdo al grado de penetración o por su viscosidad.
Son recomendados para la construcción de carreteras, autopistas, caminos y demás
vías y forman parte de la capa estructural de una vía, brindando propiedades
de impermeabilidad, flexibilidad y durabilidad aún en presencia de los diferentes
grado de penetración o por su viscosidad grado de penetración o por su viscosidad
agentes la externos tales como el clima, la atura, la temperatura ambiental y
condiciones severas de tráfico.
Asfalto Líquido:Son materiales asfálticos de consistencia blanda o fluida por lo
que se salen del campo en el que normalmente se aplica el ensayo de penetración,
cuyo límite máximo es 300. Están compuestos por una fase asfáltica y un fluidificante
volátil, que puede ser bencina, queroseno o aceite. Los fluidificantes se evaporan
(proceso de curado), quedando el residuo asfáltico el cual envuelve y cohesiona las
partículas del agregado. Son asfaltos líquidos los siguientes productos.
Asfaltos Emulsificados: Son parte de los asfaltos líquidos. Es un sistema
heterogéneo de dos fases normalmente inmiscibles, como son el asfalto y el agua, al
que se le incorpora una pequeña cantidad de un agente activador de superficie,
tensoactivo o emulsificante, de base jabonosa o solución alcalina, el cual mantiene en
dispersión el sistema, siendo la fase continua el agua y la discontinua los glóbulos del
asfalto, en tamaño, entre uno a diez micrones.
El asfalto es emulsificado en un molino coloidal con 40-50% por peso de agua que
contiene entre 0.5 y 1.5% por peso de emulsificante. Permite la aplicación del asfalto
donde no es práctico, por las condiciones, el uso de materiales calientes.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
26
Cuando la emulsión se pone en contacto con el agregado se produce un
desequilibrio que la rompe, llevando a las partículas del asfalto a unirse a la superficie
del agregado. El agua fluye o se evapora, separándose de las partículas pétreas
recubiertas por el asfalto. Existen emulsificantes que permiten que esta rotura sea
instantánea y otros que retardan éste fenómeno. De acuerdo con la velocidad de
rotura, las emulsiones asfálticas pueden ser:
De rompimiento rápido, la que se designa por las letras RS (Rapid Setting).
Estas producen una capa relativamente dura y principalmente es usada para
aplicaciones en spray sobre agregados y arenas de sello, así como penetración sobre
piedra quebrada; que por ser de alta viscosidad sirve de impermeabilizante.
De rompimiento medio, las que se designan con las letras MS (Medium
Setting).
Rompimiento lento, designada por las letras SS (SlowSeting). Son diseñadas
para una máxima estabilidad de mezclado. Son usadas para dar un buen acabado con
agregados compactos y asegurar una buena mezcla con éstos.
El tipo de emulsión a utilizar depende de varios factores, tales como las
condiciones climáticas durante la construcción, tipos de agregados disponibles, etc.
Las emulsiones asfálticas deben ser afines a la polaridad de los agregados con el
propósito de tener una buena adherencia. Esta cualidad se la confiere el emulsificante,
el cual puede darle polaridad negativa o positiva, tomando el nombre de aniónicas, las
primeras, afines a los áridos de cargas positivas y catiónica, las segundas, afines a
áridos de cargas negativas; como son las de origen cuarzoso o silíceo.
Principales pruebas para determinar las propiedades físicas del asfalto:Entre
las principales pruebas para determinar las propiedades físicas de los cementos
asfálticos tenemos.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
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Peso Específico:Este ensayo se efectúa para ubicar las correlaciones necesarias de
peso a volumen, varía con la temperatura, o al adicionarle algún otro material;
regularmente el asfalto presenta una densidad mayor que el agua.
Solubilidad Tricloroethileno: Este método sirve para detectar impurezas o
materiales extraños que presente el asfalto, o bien algún elemento que no sea soluble
al asfalto.
Punto de Inflamación:Es una prueba de seguridad que se realiza para conocer a
que temperatura provoca flama el material asfáltico.
Punto de ablandamiento:Por el método del anillo y la esfera, nos proporciona
una medida a la resistencia del material al cambio de sus propiedades de acuerdo a su
temperatura.
Penetración a 25° C:Con esta prueba se determina la dureza que presentan los
diferentes tipos de asfalto; de acuerdo a la dureza nos indica de qué tipo de cemento
se trata.
Ductilidad a 25° C:Mide al alargamiento que presenta el asfalto sin romperse, la
longitud del hilo de material se mide cuando se corta en cm., este ensayo además de
indicarnos el tipo de asfalto nos da la edad del mismo; ya que si se rompe a valores
menores a los establecidos nos indica que es un asfalto viejo y que ha perdido sus
características, por consecuencia puede provocar grietas en la carpeta "cemento
asfáltico crackeado" (viejo.)
Viscosidad SaybolFurol: Nos ayuda a conocer la temperatura en la cual el asfalto
es de fácil manejo. En esta prueba se mide el tiempo que tardan en pasar 60 cm³ de
asfalto por un orificio de diámetro aproximadamente igual a 1 mm, este ensayo se
efectúa a temperaturas que van de los 60 a los 135° C dependiendo del tipo de asfalto
de que se trate.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
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Viscosidad Absoluta a 60° C:Con esta prueba se clasifica el cemento. Consiste en
hacer pasar hacia arriba el asfalto dentro de un tubo capilar bajo condiciones
controladas de vacío y temperatura, el resultado se calcula de acuerdo al tiempo que
tarda en pasar el asfalto de un punto a otro dentro del tubo, este tiempo se multiplica
por una constante del equipo usado y la unidad que se maneja es el "poise" que es una
fuerza de 1g/cm² y de acuerdo con la viscosidad que presente se clasifican los
asfaltos.
Viscosidad Cinemática a 135° C:Con esta prueba se mide el tiempo en que un
volumen de asfalto fluye a través de un viscosímetro capilar, de un orificio
determinado. El tiempo se multiplica por un factor de calibración del viscosímetro, la
unidad que emplea es el "centistokes". Esta unidad se basa en las relaciones de
densidad de un líquido a la temperatura de prueba representada en 1g/cm³.
Pérdida por Calentamiento:También llamada prueba de película delgada; esta
prueba estima el endurecimiento que sufren los asfaltos después de calentarse a
temperaturas extremas (163° C) además nos determina los cambios que sufre el
material durante el transporte, almacenamiento, calentamiento, elaboración y tendido
de mezcla. Se efectúa en películas de pequeño espesor que se someten a los efectos
del calor y el aire, con ellos se evalúa el endurecimiento que presenta y la pérdida de
su propiedades; después de efectuado este ensaye se efectúan pruebas de viscosidad,
ductilidad, penetración y pérdida de peso.
CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA ASFÁLTICA
Densidad:Es una característica muy importante, la que está definida para la
mezcla asfáltica compactada como su peso unitario. Es esencial obtener una densidad
alta para obtener un rendimiento duradero.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
29
Las especificaciones usualmente requieren que la densidad del pavimento sea un
porcentaje de la densidad del laboratorio, debido a que no siempre se logra una
compactación in – situ con las densidades que se obtienen en el laboratorio.
Vacíos de Aire:Los vacíos de aire son espacios pequeños de aire, o bolsas de aire,
que están presentes entre los agregados revestidos en la mezcla final compactada.
El porcentaje permitido de vacíos (en muestras de laboratorio) para capas de base
y bacheos es del 3 al 5 %, dependiendo del diseño específico.
La densidad y el contenido de vacíos están directamente relacionados.
Entre más alta es la densidad, menor es el porcentaje de vacíos en la mezcla y
viceversa. El rango de vacíos dado por el criterio de diseño, está basado en numerosas
investigaciones que muestran que el desempeño de la mezcla depende
fundamentalmente del contenido de vacíos tras 2 a 3 años de servicio:
Vacíos en la Mezcla inferiores al 3% tienden a producir inestabilidad y
exudación.
-Vacíos en la Mezcla mayores al 5% producen mezclas permeables al aire y
agua, por lo que son propensas a sufrir envejecimiento prematuro y posterior
desintegración por oxidación prematura.
Las especificaciones en las obras generalmente requieren una densidad que
permita acomodar el menor número posible de vacíos; menos del 8%.
Existe consenso en que niveles mayores al 8% dan lugar a mezclas muy
permeables al aire y agua, resultando en oxidación prematura, desprendimiento y
desintegración.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
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Vacíos en el Agregado Mineral (VAM):Son los espacios de aire que existen
entre las partículas de agregado en una mezcla compactada, incluyendo los espacios
que están llenos de asfalto.
El VAM representa el espacio disponible para acomodar el volumen efectivo de
asfalto y el volumen de vacíos necesarios en la mezcla. Cuanto mayor sea el VAM,
más espacio habrá disponible para las películas de asfalto.
Existen valores mínimos para VAM los cuales están recomendados y
especificados como función del tamaño del agregado. Cuyos valores se basan en el
hecho de que, cuanta más gruesa sea la película de asfalto que cubre las partículas de
agregado, más durable será la mezcla.
Propiedades deseadas en las mezclas asfálticas en caliente colocada:Las
buenas Mezclas Asfálticas en Caliente, son aquellas que se diseñan,elaboran y
colocan, cuidando que se adquieran propiedades que garanticen la obtención de
pavimentos y Mantenimientos funcionales y durables.
Estas propiedades son:
Estabilidad:Es su capacidad para resistir desplazamiento y deformación bajo las
cargas de tránsito. Una carpeta de pavimento estable es capaz de mantener su forma y
lisura bajo las cargas repetidas del tráfico. La estabilidad depende de la fricción y la
cohesión interna en la mezcla.
Durabilidad:Es la habilidad de una carpeta de asfalto, para resistir factores como
la desintegración del agregado, cambios en las propiedades del asfalto y la separación
de las películas de asfalto.
Esta propiedad se mejora de tres formas:
Usando la mayor cantidad posible de asfalto,
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
31
Usando una gradación densa de agregado resistente a la separación,
Diseñando y compactando la mezcla para obtener la máxima
impermeabilidad.
Impermeabilidad:Es la resistencia al paso del aire y agua hacia el interior del
pavimento, o a través de él. Esta característica está relacionada con el contenido de
vacíos de la mezcla compactada.
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 esté dentro de los límites especificados.
Trabajabilidad:Está descrita por la facilidad con la que una mezcla de
pavimentación puede ser colocada y compactada.
Flexibilidad:Es la capacidad de un pavimento asfáltico para acomodarse, sin que
se agriete a movimientos y asentamientos graduales de la sub-rasante.
Resistencia a la Fatiga:Es la resistencia a la flexión repetida bajo las cargas de
tránsito. Se conoce por medio de los estudios realizados a diferentes carpetas
asfálticas, que los vacíos y la viscosidad del asfalto, tienen un efecto considerable en
la resistencia a la fatiga.
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 esta mojada.
La mejor resistencia al deslizamiento se obtiene con un agregado de textura
áspera, en una mezcla de graduación abierta y con un tamaño máximo de 9.5mm
(3/8”) a 12.5 mm (½”).
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
32
MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE
Consiste en mezclar el agregado pétreo y el cemento asfáltico a alta temperatura
(135 a 165 ºC), son las de mayor estabilidad de todas las mezclas asfálticas, se
clasifican de acuerdo a diferentes criterios.
A continuación se muestra a manera de información general las diferentes
clasificaciones:
Según la granulometría:
a) Mezclas de gradación fina
b) Mezclas de gradación densa
c) Mezclas de gradación gruesa
d) Mezclas de gradación abierta.
Según el porcentaje de huecos en la mezcla:
a) Mezclas abiertas: huecos mayores al 5%
b) Mezclas cerradas: huecos menores al 5%
Según el método constructivo:
a) Mezclas en el lugar o mezclas en frío.
b) Mezclas en planta.
Según la temperatura de colocación:
a) Mezclas en Caliente
b) Mezclas en Frío
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
33
MATERIALES DE UNA MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE
Los materiales que contiene son:
Agregados: Debe ser grava o combinaciones de grava sin triturar y arena,
procedente de rocas duras y resistentes, no debe contener arcilla en terrones ni como
película adherida a los granos; y debe estar libre de todo material orgánico.
El agregado se clasifica en: grueso, fino y polvo mineral.
El agregado grueso: Es la fracción del agregado que queda retenida en la
malla Nº 8 y no debe tener más de 5%, de su peso, de partículas planas y achatadas, el
porcentaje de desgaste (Ensayo de los Ángeles), no debe ser mayor de 50%.
El agregado fino:es la fracción que pasa la malla Nº 8 y se retiene en la Nº
200.
Debe estar constituido por arena o residuos de grava, en forma de granos limpios y
duros. En esta fracción también suele incluirse el Relleno Mineral, cuyas partículas
pasan el tamiz N°30.
El polvo mineral: Es la fracción del agregado que pasa la malla Nº 200.
El concreto asfáltico mezclado en planta y compactado en caliente es el pavimento
asfáltico de mejor calidad y se compone de una mezcla de agregados gradados y
asfalto, realizada a una temperatura aproximada de 150 °C colocada y compactada en
caliente. Las plantas para la producción de mezclas en caliente se construyen de tal
manera que, después de calentar y secar los agregados, los separa en diferentes
grupos de tamaños, los recombina en las proporciones adecuadas, los mezcla con la
cantidad debida de asfalto caliente y finalmente los entrega a los camiones
transportadores, éstos a su vez, la colocan en el lugar a realizar el tipo de
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
34
mantenimiento, después de lo cual se compacta mediante rodillos mientras la
temperatura se conserva alta. Para la construcción de este tipo de pavimento se usan
cementos asfálticos de penetración 60-70 (AC-20), y 85-100 (AC-10).
Agregados:Los agregados empleados en la construcción de carreteras, deben
cumplir con requisitos de granulometría y especificaciones técnicas, que garanticen
un buen comportamiento durante su periodo de vida. A su llegada al laboratorio, las
muestras deben ser preparadas para someterlas a diferentes ensayos de calidad de
agregados.
Dependiendo de la función que van a cumplir como parte de la estructura del
pavimento se las prepara para los siguientes ensayos:
Agregados naturales:Estos son aquellos que son usados en su forma natural, con
muy poco o con ningún procesamiento. Están constituidos por partículas producidas
mediante procesos naturales de erosión y degradación. Los principales tipos de
agregado natural usados en la construcción de pavimento son la grava y la arena. La
grava se define usualmente, como partículas de un tamaño igual o mayor que 6.35
mm (1/4”). La arena se define como partículas de un tamaño menor que 6.35 mm
(1/4”) pero mayor que 0.075 mm (Nº 200). Las partículas de un tamaño menor que
0.075 mm (N° 200) son conocidas como relleno mineral, el cual consiste
principalmente en limo y arcilla.
Agregados procesados: Son aquellos que han sido triturados y tamizados antes de
ser usados. Esto se hace debido a tres razones: para cambiar la textura superficial de
las partículas de lisa a rugosa, para cambiar la forma de la partícula de redonda a
angular, para mejorar la distribución de los tamaños de las partículas (graduación).
Agregados sintéticos: Ellos son el producto del procesamiento físico o químico
de materiales. Algunos son subproductos de procesos industriales de producción
como el refinamiento de metales. Estos agregados son relativamente nuevos en la
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
35
industria de la pavimentación. Los productos finales son típicamente livianos y tienen
una resistencia alta al desgaste.
En la carpeta compactada, los agregados pétreos constituyen entre el 90 y el 95 por
ciento en peso, y entre el 75 y 85 por ciento en volumen. La capacidad de carga de la
carpeta es proporcionada esencialmente por los agregados, por lo que la selección
adecuada y el buen manejo de estos materiales contribuyen en la construcción de un
pavimento asfáltico de buena calidad. Para ello, las características de los materiales
pétreos deben cumplir con las especificaciones, las cuales están relacionadas
principalmente a su granulometría y a las características intrínsecas del material. Esto
hace que la calidad del agregado usado sea un factor crítico en el comportamiento del
pavimento. Sin embargo, además de la calidad, se aplican otros criterios que forman
parte de la selección de un agregado en una obra de pavimentación. Estos criterios
incluyen el costo y la disponibilidad del agregado. Aún más, un agregado que cumple
con los requisitos de costo y disponibilidad deberá poseer también ciertas
propiedades para poder ser considerado apropiado para pavimento asfáltico de buena
calidad.
Principales pruebas para determinar las propiedades físicas del agregado
natural:
Graduación y Tamaño Máximo:(Normas: AASHTO T - 27 y AASHTO T – 11,
ASTM D 546), Todas las especificaciones de pavimento asfáltico de mezcla en
caliente, requieren que las partículas de agregado estén dentro de un cierto margen de
tamaños y que cada tamaño de partículas, esté presente en ciertas proporciones
mediante el cribado de los agregados.
Esta distribución de varios tamaños de partículas dentro del agregado, es
comúnmente llamada graduación del agregado o gradación del agregado.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
36
Es necesario entender cómo se mide el tamaño de partículas para determinar si la
graduación del agregado cumple o no con las especificaciones.
Tamaño Máximo de Partícula:El tamaño de las partículas más grandes en la
muestra debe ser determinado, debido a que las especificaciones hablan de un tamaño
máximo de partículas para cada agregado usado. Existen dos formas de designar
tamaños máximos de partículas:
a) Tamaño máximo nominal de partícula, designado como un tamiz más grande
que el primer tamiz que retiene más del 10 por ciento de las partículas de agregado,
en una serie normal de tamices.
b) Tamaño máximo de partícula designado como un tamiz más grande que el
tamaño máximo nominal de partícula, típicamente, este es el tamiz más pequeño por
el cual pasa el 100 por ciento de las partículas de agregado.
Una mezcla de pavimentación se clasifica de acuerdo a su tamaño máximo o a su
tamaño máximo nominal.
La granulometría de las partículas es determinada por un análisis de tamices (o
granulometría) efectuado sobre las muestras de agregados. El análisis de tamices
consiste en pasar la muestra por una serie de tamices (ver Figura Nº 2.3), cada uno de
los cuales tiene aberturas de un tamaño específico.
Los concretos asfálticos son clasificados de acuerdo a los porcentajes de partículas
de agregado que contienen:
Agregado grueso: material retenido por el tamiz de 2.36 mm (Nº 8).
Agregado fino: material que pasa el tamiz de 2.36 mm (Nº 8).
Relleno mineral: fracciones de agregado fino que pasan el tamiz de 0.60 mm
(Nº30).
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
37
Polvo mineral: fracciones de agregado fino que pasan el tamiz de 0.075 mm
(Nº200).
Todos ellos son esenciales para la producción de una mezcla densa, cohesiva,
durable, y resistente a la penetración del agua. Sin embargo, un pequeño porcentaje
de más o menos de relleno o polvo mineral, puede causar que la muestra aparezca
excesivamente seca o excesivamente rica (o sea, la mezcla de pavimentación parecerá
como si tuviera muy poco asfalto o demasiado asfalto).
Limpieza:(Norma: AASHTO T 176), Esta prueba se utiliza para estimar la
cantidad de partículas de materiales extraños que adulteran el agregado, generalmente
estas las constituyen: vegetación, arcilla esquistosa, partículas blandas, terrones de
arcillas, etc. Las cantidades excesivas de estos materiales, pueden afectar
desfavorablemente el comportamiento del pavimento.
La limpieza del agregado puede determinarse, usualmente, mediante inspección
visual, pero un tamizado por lavado (donde el peso de la muestra de agregado antes
de ser lavada es comparado con su peso después de ser lavada) proporciona una
medida exacta del porcentaje de material indeseable más fino que 0.075 mm (No.
200). El ensayo de equivalente de arena (AASHTO T 176) es un método para
determinar la proporción indeseable de polvo fino y arcilla en la fracción (porción) de
agregado que pasa el tamiz de 4.75 mm (No. 4).
Dureza:(Norma: AASHTO T 96), Los agregados deben ser capaces de resistir la
abrasión (desgaste irreversivo) y degradación durante la producción, colocación, y
compactación de la mezcla de pavimentación, y durante la vida de servicio del
pavimento. Los agregados que están en, o cerca de, la superficie, deben ser más duros
(tener más resistencia) que los agregados usados en las capas inferiores de la
estructura del pavimento. Esto se debe a que las capas superficiales reciben los
mayores esfuerzos y el mayor desgaste por parte de las cargas del tránsito.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
38
El Ensayo de Desgaste de Los Ángeles (AASHTO T 96) es la medida más común
de la dureza en los agregados. Este ensayo nos permite tener una idea, de la forma en
que se comportaran los agregados, bajo los efectos de la Abrasión causados por el
tráfico. Además nos proporciona una idea del grado de intemperismo que poseen los
agregados. Los agregados intemperizados tendrán valores de desgaste elevados, por
lo que su uso podrá ser limitado o nulo, dentro de un proyecto de pavimentación. Por
lo tanto, este valor, es muy utilizado como un indicador de la relativa calidad de los
agregados a utilizarse en pavimentación.
Una medida indirecta de la dureza también la proporciona la prueba de Sanidad de
los Agregados, ya que mide la resistencia de este a una simulación de intemperismo
agresivo.
También los ensayos para determinación de gravedades específicas están
relacionados con la dureza, pues usualmente se acepta que:
Agregados con Gravedades Específicas bajas (< 2.000) no son apropiados para
mezclas de superficie, ya que pueden catalogarse como agregados livianos, propensos
a excesiva pulimentación, a causa de las cargas vehiculares. También la gravedad
específica está relacionada con la porosidad del agregado y por lo tanto a su
capacidad de absorción, por eso éstos valores pueden ser un indicativo de la calidad
de los materiales pétreos, así por ejemplo, absorciones altas indicaran agregados con
alto contenido de poros permeables, lo que los vuelve de mala calidad para mezclas
de superficie.
Forma de la Partícula:(Normas: ASTM D 692), La forma de la partícula afecta la
trabajabilidad de la mezcla durante su colocación, así como la cantidad de fuerza
necesaria para compactar la mezcla a la densidad requerida. La forma de la partícula
también afecta la resistencia de la estructura del pavimento durante su vida.
Las partículas irregulares y angulares generalmente resisten el desplazamiento
(movimiento) en el pavimento, debido a que tienden a entrelazarse cuando son
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
39
compactadas. El mejor entrelazamiento ocurre con partículas de bordes puntiagudos y
de forma cúbica, producidas casi siempre, por trituración.
Muchas de las mezclas asfálticas de pavimentación contienen partículas angulares
y redondas. Las partículas gruesas (grandes) de agregado, proporcionan la resistencia
en el pavimento y provienen generalmente de piedra o grava triturada.
Las partículas finas de agregado suministran la trabajabilidad necesaria en la
mezcla y generalmente provienen de arenas naturales.
La prueba de laboratorio más utilizada para medir la forma de las partículas es
conocida como “cubicidad de las partículas”. Este método comprende el
procedimiento de laboratorio para determinar las partículas chancadas (caras
fracturadas), rodadas y lajeadas de la fracción retenida en la malla Nº 4 (4.75 mm) de
un pétreo.
Valores altos de chancado indicarán que el agregado se compone de partículas con
el potencial de proporcionar una superficie con adecuada rugosidad.
Los valores que componen a la Cubicidad, toman mayor significado en el diseño
de las mezclas para superficie de pavimentos, ya que estos valores serán
determinantes para obtener el porcentaje óptimo de aglutinante y la rugosidad de la
superficie del pavimento a construir con dichos agregados. Así agregados con bajo
porcentaje de partículas chancadas, requerirán de un mayor porcentaje de aglutinante
que otros con alto porcentaje de partículas chancadas. Las partículas chancadas
contribuyen en gran medida a la Estabilidad de la mezcla elaborada con estas mismas.
Las especificaciones ASTM D 692, indican los valores permisibles de partículas
chancadas en agregados para mezclas bituminosas. En esta se especifica que para
mezclas convencionales, no menos del 40% en peso de las piezas de grava retenido
sobre la malla N"4 (4.75 mm), deberán tener por lo menos una cara fracturada, esto
significa que el porcentaje mínimo de Rodado permisible para los materiales
retenidos en esta malla es 40%. Así mismo para mezclas gruesas de gradación abierta,
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
40
se especifica un Porcentaje de Rodado no menor de 90% en peso y un chancado
mínimo del 75%, para el material retenido en la malla N° 4.
Textura Superficial:La textura superficial de las partículas de agregado es otro
factor que determina no solo la trabajabilidad y resistencia final de la mezcla de
pavimentación, sino también las características de resistencia al deslizamiento en la
superficie del pavimento. Algunos consideran que la textura superficial es más
importante que la forma de la partícula. Una textura áspera, como la del papel de lija,
aumenta la resistencia en el pavimento debido a que evita que las partículas se
muevan unas respecto a otras, y a la vez provee un coeficiente alto de fricción
superficial que hace que el movimiento del tránsito sea más seguro. Adicionalmente,
las películas de asfalto se adhieren más fácilmente a las superficies rugosas que a las
superficies lisas.
Las gravas naturales son frecuentemente trituradas durante su procesamiento
debido a que generalmente contienen superficies lisas. El trituramiento produce
texturas superficiales rugosas en las caras fracturadas, así como cambios en la forma
de la partícula.
No existe un método directo para evaluar la textura superficial. Es tan solo una
característica, como la forma de la partícula, que está reflejada en los ensayos de
resistencia y en la trabajabilidad de la mezcla durante la construcción.
Capacidad de Absorción: Normas: (Agregado grueso: AASHTO T 85-91 y
ASTM C 127. Agregado fino: AASHTO T 84 y ASTM C 128), Todos los agregados
son porosos, y algunos más que otros. La cantidad de líquido que un agregado
absorbe cuando es sumergido en un baño determina su porosidad. La capacidad de un
agregado de absorber agua (o asfalto) es un elemento importante de información. Si
un agregado es altamente absorbente, entonces continuará absorbiendo asfalto
después del mezclado inicial en la planta, dejando así menos asfalto en su superficie
para ligar las demás partículas de agregado. Debido a esto, un agregado poroso
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
41
requiere cantidades mayores de asfalto que las que requiere un agregado menos
poroso.
Los agregados altamente porosos y absorbentes no son normalmente usados, a
menos de que posean otras características que los hagan deseables, a pesar de su alta
capacidad de absorción. Algunos ejemplos de dichos materiales son la escoria de alto
horno y ciertos agregados sintéticos. Estos materiales son altamente porosos, pero
también son livianos en peso y poseen alta resistencia al desgaste.
El ensayo utilizado para medir está propiedad física es: el de Gravedad Específica
y Absorción del Agregado. El valor de Gravedad Específica y Absorción son
utilizados en el diseño de mezclas para superficie, así por ejemplo, la Gravedad
Especifica es utilizada en el análisis de DENSIDAD-VACIOS de las mezclas
asfálticas. También estos valores pueden ser un indicativo de la calidad de los
materiales pétreos, así por ejemplo, absorciones altas indicaran agregados con alto
contenido de poros permeables, lo que los vuelve de mala calidad para mezclas de
superficie.
Afinidad con el Asfalto:La afinidad de un agregado con el asfalto es la tendencia
del agregado a aceptar y retener una capa de asfalto, los agregados que tienen alta
afinidad con el asfalto son conocidos como hidrofóbicas (repelen el agua) porque
resisten los esfuerzos del agua por separar el asfalto de sus superficies. Los agregados
hidrofílicos (atraen el agua) tienen poca afinidad con el asfalto.
Por consiguiente, tienden a separarse de las películas de asfalto cuando son
expuestos al agua. Los agregados silíceos (como la cuarcita y algunos granitos) son
ejemplos de agregados susceptibles, al desprendimiento y deben ser usados con
precaución.
No es muy claro el por qué los agregados hidrofóbicos e hidrofílicos se comportan
de tal manera. A pesar de esto, existen varios ensayos para determinar su afinidad con
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
42
el asfalto y su tendencia al desprendimiento. En uno de estos ensayos, la mezcla de
agregado - asfalto sin compactar, es sumergida en agua, y las partículas cubiertas son
observadas visualmente. En otro ensayo, comúnmente conocido como ensayo de
inmersión-compresión, dos muestras de mezcla son preparadas y una es sumergida en
agua. Posteriormente, ambas son ensayadas para determinar sus resistencias. La
diferencia en resistencia es considerada un indicativo a la susceptibilidad del
agregado al desprendimiento.
Peso Específico:(Norma: ASTM D 70, AASHTO T 228), El peso específico de un
agregado (también conocido como gravedad específica) es la proporción entre el peso
de un volumen dado de agregado y el peso de un volumen igual de agua. El peso
específico es una forma de expresar las características de peso y volumen de los
materiales. Estas características son especialmente importantes en la producción de
mezclas de pavimentación debido a que el agregado y el asfalto son proporcionados,
en la mezcla, de acuerdo al peso. Una tonelada de agregado de bajo peso específico
tiene un volumen mayor (ocupa más espacio) que una tonelada de agregado con un
peso específico más alto.
Por consiguiente, para poder cubrir todas las partículas de agregado, más asfalto
debe ser adicionado a una tonelada de agregado con bajo peso específico (mayor
volumen) que a una tonelada de agregado con un peso específico más alto (menos
volumen.).
Otra razón importante por la cual es necesario conocer el peso específico de los
agregados usados es: que este ayuda en el cálculo de porcentaje de vacíos de aire
(espacios de aire) de las mezclas compactadas. Todas las mezclas de pavimentación
deben incluir un cierto porcentaje (en volumen) de vacíos o espacios de aire. Estos
espacios desempeñan una labor importante en el pavimento terminado. La única
manera de calcular el porcentaje de vacíos de aire en un volumen dado de mezcla de
pavimentación es midiendo el peso específico de una muestra de la mezcla de
pavimentación y luego restando, de su valor, los pesos específicos del agregado y el
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
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asfalto que conformará la mezcla. El resultado es una indicación del volumen de
vacíos de aire en la muestra.
Todos los agregados son hasta cierto punto porosos.
Se ha desarrollado tres tipos de peso específico para tener en cuenta la porosidad
del agregado, debido a que esta afecta la cantidad de asfalto que se requiere para
cubrir las partículas de agregado y también el porcentaje de vacíos de aire en la
mezcla final.
Estos tres tipos son:
Peso específico total
Peso específico aparente, y
Peso específico efectivo
La determinación de esta propiedad (peso específico) incluyendo los tres tipos ya
mencionados, se logra mediante el ensayo de laboratorio conocido como: Gravedad
Específica y Absorción del Agregado.
El peso específico total de una muestra incluye todos los poros de la muestra. El
peso específico aparente no incluye, como parte del volumen de la muestra, los poros
y espacios capilares que se llenarían de agua al saturar la muestra. El peso específico
efectivo excluye, del volumen de la muestra, todos los poros y espacios capilares que
absorben asfalto. Ninguna de estas suposiciones excepto en casos muy raros, es
verdadera sin embargo, el peso específico efectivo, el cual discrimina entre poros
permeables al agua y poros permeables al asfalto, es el que más se acerca al valor
correcto que debe ser usado en los cálculos de mezclas asfálticas.
Granulometría densa del agregado natural:Agregado cuya distribución en el
tamaño de las partículas permite que cuando se compacte, los huecos entre las
partículas de agregado, expresados como porcentaje del espacio total que ocupa el
material, sean relativamente pequeños.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
44
Pavimento:La superestructura de una vía, construida sobre la sub-rasante, y
compuesta normalmente por la sub-base, la base y la capa de rodamiento, cuya
función principal es soportar las cargas rodantes y transmitir los esfuerzos al terreno,
distribuyéndolos en tal forma que no se produzcan deformaciones perjudiciales, así
como proveer una superficie lisa y resistente para los efectos del tránsito.
Tipos de pavimentos
Flexible
Rígido
Otros.- Empedrados, adoquín, estampado
Pavimento Flexible
Pavimento Rígido
Figura 2. Distribución de carga característica de un Pavimento Flexible versus uno
Rígido. Fuente Eleazar Colina
Flexibles: Tienen carpetas asfálticas como rodamiento.
Características:
a) La capacidad estructural del pavimento es proporcionada por las capacidades
de aceptación y distribución de cargas de cada una de las capas de pavimento.
b) Son construidos (al menos la capa superior) con material asfáltico.
c) Variaciones pequeñas del suelo de fundación tienen gran incidencia en la
capacidad estructural del pavimento.
d) Las propiedades de las mezclas, afectan la resistencia del conjunto multicapa
Rígidos: Carpeta de concreto hidráulico como rodamiento.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
45
Características:
a) Distribuye la carga sobre un área relativamente grande del suelo por la rigidez
y el módulo de elasticidad
b) Una gran parte de la capacidad estructural la proporciona la capa superior.
c) En su comportamiento influye notablemente l resistencia del concreto.
d) Variaciones pequeñas del suelo de fundación tienen poca incidencia en la
capacidad.
Modelación mecanicista de un pavimento flexible:Existen en general dos clases
de estructuras de pavimento, los flexibles y los rígidos; la principal diferencia entre
estos es la forma como reparten las cargas. Desde el punto de vista de diseño, los
pavimentos flexibles están formados por una serie de capas y la distribución de la
carga está determinada por las características propias del sistema de capas. Los
rígidos tienen un gran módulo de elasticidad y distribuyen las cargas sobre una área
grande, la consideración más importante es la resistencia estructural del concreto
hidráulico. (Ver figura 2).
Una buena forma de caracterizar el comportamiento de un pavimento flexible bajo
la acción de cargas de ruedas, es considerarlo como un semiespacio homogéneo; este
tiene un área infinita y una profundidad infinita con una carpeta delgada encima
donde son aplicadas las cargas.
Como un primer análisis para determinar la distribución de esfuerzos en un
pavimento se aplicó el modelo propuesto por el matemático francés Boussinesq en
1885, estado de esfuerzos en una masa de suelo a cualquier profundidad; el estudio
del matemático se basó en una carga concentrada aplicada en un semiespacio lineal,
elástico, isótropo y homogéneo; los esfuerzos, deformaciones y deflexiones debidos a
la carga concentrada pueden ser extrapolados para obtener aquellas debidas a una
área circular cargada.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
46
Esta solución fue por mucho tiempo la única disponible, hasta que en 1945 Donald
M. Burmister propuso una teoría que se podía aplicar a estructuras de pavimentos,
basada en la de Boussinesq pero que tenía en cuenta estratos y las propiedades
mecánicas de los materiales que conforman la masa de suelo, para calcular el estado
de esfuerzos de ésta a cualquier profundidad. Desde el punto de vista del estudio de
pavimentos, el modelo de Burmister puede ser usado para determinar los esfuerzos,
deformaciones y deflexiones en la subrasante si la relación de módulos del pavimento
flexibley la subrasante es cercana a la unidad, si no es así, la modelación es más
compleja. (Ver figura 3)
La generalización del modelo a estructuras multicapa con diferentes condiciones
de frontera fue propuesta por Westergaard, Palmer y Barber, Odemark y otros; estos
modelos describen el funcionamiento del sistema en el cual, la presión ejercida por
una rueda q puede ser muy alta para ser soportada por el suelo natural; la estructura
del pavimento reparte la carga para llevarla lo más reducida posible a la subrasante
que es la fundación del pavimento; entonces la solución al problema consiste en
determinar a una profundidad z que cantidad de esfuerzo se ha disipado.
Figura 3. Modelo de Boussinesq
La modelación de la solución inicial basada en la teoría de Boussinesq se muestra
en la figura 3. La ecuación general para determinar la distribución de esfuerzos es la
siguiente:
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
47
σ z = k * (q/z2)
k = (3/2π) * (1/(1+(a/z)2)5/2
Donde,
σ z: es el esfuerzo vertical a cualquier profundidad.
q: es la presión de la carga.
a: es el radio de la carga de huella circular.
z: descenso
Se supone un comportamiento lineal entre los esfuerzos y deformaciones, lo que
indica que se acepta que los materiales trabajan dentro de su rango elástico; sin
embargo, la reología de los materiales asfálticos demuestra que su comportamiento es
viscoelástico, función del estado de esfuerzos, del tiempo de aplicación de las cargas
y de la temperatura; de la misma manera los materiales granulares responden a las
cargas, de acuerdo al nivel de esfuerzos aplicados, a su densidad y humedad, en
general su comportamiento no es lineal y depende en gran medida de las
características del material de la capa subyacente; en este sentido existen modelos
teóricos elásticos no lineales (Boyce 1980).
Consideraciones mecánicas de pavimentos flexibles:
• Un pavimento está compuesto por un sistema Multicapas.
• Los materiales en cada capa son homogéneos.
• Cada capa tiene espesor finito, excepto la subrasante. Todas las capas, sin
embargo son infinitas en la dirección lateral.
• El material que conforma cada capa es isotrópico.
• Se desarrolla la completa fricción entre las capas a nivel de las diferentes
interfaces.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
48
• No ocurren esfuerzos cortantes en la capa de rodamiento.
• Los esfuerzos para cualquier material se definen mediante dos propiedades:
La relación de Poisson (μ).
Módulo de Elasticidad (E)
Mantenimiento y rehabilitación del pavimento flexible:Dentro del contexto de
rehabilitación se incluyen acciones tomadas para reparar, restaurar, rehabilitar y
reconstruir pavimentos. Todas las actividades están destinadas a alargar la vida útil
del pavimento, además de:
Mejorar capacidad estructural
Mejorar calidad de rodaje
Mejorar resistencia a la fricción (seguridad)
Mejorar apariencia
Sellar e impermeabilizar la superficie
Combinación de estas.
Pasos para seleccionar estrategias de M&R:La selección de estrategias
adecuadas para el mantenimiento y rehabilitación (M&R) de pavimentos se
considerada un arte más que una ciencia. Debido a las numerosas variables que deben
tomarse en cuenta (algunas no bien definidas aun) el problema y su solución son de
gran complejidad. Dentro de los aspectos a considerar están:
Tipos y severidad de la(s) falla(s) del pavimento
Posible causa de deterioro
Comportamiento general del pavimento
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
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Tipo de estructura y subrasante
Importancia de la vía
Características del trafico
Forma de control del trafico
Técnicas disponibles y su aplicabilidad
Recursos disponibles
Condiciones ambientales
Nivel requerido o deseado de mejoramiento
Mantenimiento previamente aplicado y sus efectos
Políticas y metas de oficina (administración) responsable
Generalmente es factible encontrar y seleccionar varias alternativas que pueden
solucionar un problema determinado, de igual forma esta tendrá:
Diferente grado de efectividad
Diferente vida útil esperada
Diferente costo
Diferente comportamiento
Teniendo en cuenta que algunos de estos aspectos son difíciles de cuantificar la
decisión por lo general se torna difícil para el administrador. En este punto es donde
el buen criterio ingenieril, el análisis adecuado de las diferentes alternativas posibles
y la experiencia deben combinarse para lograr la mejor selección.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
50
La figura 3, tomada “METODO AASHTO-86 para el diseño de pavimentos”,
ilustra esquemáticamente el proceso de selección de estrategias. Como puede
observarse se distinguen tres fases principales.
Fase 1: definición del problema, la cual consiste en:
a) Recolección de información.
b) Evaluación de información.
c) La identificación de las limitaciones
Fase 2: Selección de posibles soluciones:
a) Estas soluciones son analizadas en función d las limitaciones a fin de:
1. Determinar cuáles son realmente aplicables o factibles
2. Desarrollar diseños preliminares
Fase 3: Selección de la solución preferida basándose en los siguientes pasos:
b) Análisis de costo.
c) Consideraciones no económicas
d) Alternativa preferida y finalmente
e) Diseño detallado
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
51
Figura 4. Proceso de selección de estrategias de rehabilitación. Fuente AASHTO 86
Como se indicó anteriormente, por lo general este proceso es complejo y con
mucha frecuencia es difícil determinar cuáles alternativas o estrategias son buenas o
malas, por lo tanto es más generalizado al definir alternativas preferidas u “optimas”.
La Tabla 1, incluye una lista típica de verificación de los diversos parámetros o
variables que deben considerarse en el proceso de análisis discutido (referencia
AASHTO – 86)
El procedimiento puede ayudar al ingeniero a ahorrar tiempo y dinero en la
selección de la alternativa de rehabilitación que mejor satisfaga las necesidades del
proyecto, y se adapte a las políticas y recursos de la agencia, bien sea en función de
un proyecto específico a una red vial. Si el procedimiento es bien documentado y es
analizado con buen criterio de ingeniería, la selección de una determinada alternativa
será más fácil de justificar ante los diversos niveles administrativos y el público
usuario. Otro aspecto interesante e igualmente beneficioso es que ofrece la
posibilidad de emplear criterios diferentes y el uso de nuevos métodos y/o
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
52
alternativas diferentes y el uso de nuevos métodos y/o alternativas diferentes a los
normalmente establecidos que tienden a perdurar en las agencias.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
53
Tabla 3. Evaluación integral de pavimento. Fuente AASHTO – 86
Clasificación del mantenimiento del pavimento flexible:Generalmente las
actividades de mantenimiento de pavimentos se agrupan en dos categorías,
preventivas y correctivas. El mantenimiento preventivo incluye aquellas actividades
realizadas para proteger el pavimento y reducir su tasa de deterioro. Por su parte el
mantenimiento correctivo consiste en aquellas actividades ejecutadas para corregir
fallas específicas del pavimento o áreas deterioradas.
Capacidad de soporte: Baja, media, alta
Deficiencia de capacidad estructural: Si, No. Reduccion potencial por humedad: Baja, Media, Alta
Condicion de rodaje: Muy buena, Buena, Aceptable, mala, muy mala Problemas de Temperatura: Si, No
Indice de Condicion del Pavimento (PCI) Problemas por suelos expansivos: Si, No
Resistencia al deslizamiento (friccion): Buena, cuestionable, mala. Malo, Aceptable, Bueno
Ahuellamiento: Poco, Moderado, fuerte Ha contribuido al deterioro la falta de mantenimiento: Si, No.
Sistematica a lo largo de la via: Si, No A largo plazo: Baja, Normal, Alta
Sistematica entre canales: Si, No A corto plazo: Baja, Normal, Alta
Variacion localizada areas muy malas localizadas: Si, No Puede habilitarse desvios y cerrar la via: Si, No.
Zona climatica: Deben trabajarse con traficos: Si, No
Humedad: Todo el ano Pueden traajarse fuera de horas pico de trafico. Explique
Por periodos Capacidad actual adecuada: Si, No
Poca humedad Capacidad futura adecuada: Si, No
Alta Requiere ampliacion: Si, N o
Temperatura Templada Indique sitios de peligrosidad
Fria Problemas de altura en puentes
Efectos de humedad en fallas: Baja, Media, Alta Problemas de obstruccion lateral
Fallas plasticas: Si, No Problemas de Instalaciones y servicios
Efectos sobre capas asfalticas: Alto, Medio, Malo Problemas de puentes/estructuras
Capacidad de Drenaje de la base: Bueno, Malo PDT (ambos sentidos)
Capacidad de Drenaje superficial. Debe Mojarse: Si, No. Explique Camiones por dia
Superficie: Estable, Deteriorada. Explique Ejes equivalentes acumulados
Base: Estable, deteriorada. Explique Ejes equivalentes por ano
Sub-Base: Estable, deteriorada. Explique Condicion del pavimento: Buena, Regular, Mala
Deterioro en areas localizadas: Si, No
DATOS DE TRAFICO
HOMBRILLOS
EVALUACION SUBRASANTE
EVALUACION DEL MANTENIMIENTO APLICADO
EVALUACION DE LA RATA DE DETERIORO
CONTROL DE TRAFICO DURANTE MANTENIMIENTO
GEOMETRIA Y ASPECTO DE SEGURIDAD
Fallas existentes: Asociacion con el trafico: alta, moderada, pocaEVALUACION ESTRUCTURAL
EVALUACION FUNCIONAL
EVALUACION DE VARIACION DE
CONDICION
EVALUACION DE EFECTOS CLIMATICOS
EVALUACION DE CAPAS DEL PAVIMENTO
EVALUACION DE LA TAZA DE DETERIORO
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
54
En el presente manual, se ha adoptado la siguiente clasificación, que agrupa en
forma práctica el concepto total de mantenimiento y rehabilitación de pavimentos:
El mantenimiento menor/rutinario incluye acciones que se aplican a pequeñas
áreas del pavimento para corregir fallas localizadas, mejorar su condición y/o
controlar el aumento de la tasa de deterioro. El mantenimiento rutinario debe
ejecutarse continuamente, e iniciarse tan pronto como el pavimento muestre los
primeros síntomas de falla. Dentro del mantenimiento rutinario se incluyen aquellas
acciones menores tanto programadas como de emergencia.
Por su parte, el mantenimiento mayor incluye actividades que se aplican a toda el
área de un tramo, estas pueden estar precedidas por acciones preparatorias de
mantenimiento menor.
Acciones de mantenimiento y rehabilitación:Como se indicó, las acciones de
M&R se clasifican en mantenimiento menor y mantenimiento mayor.
Adicionalmente, se han considerado un grupo de acciones denominadas acciones
complementarias, las cuales, principalmente se requieren para corregir problemas en
vías urbanas.
Tipo de Método de
Mantenimiento del pavimento
Característica de las acciones
Alcance Objetivo
a. Menor / Rutinario
b. Mayor
Localizado
(Puntual)
Todo el área
Preventivo Correctivo
Efectivo Correctivo
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
55
MÉTODO MARSHALL PARA DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS.
NORMAS: AASHTO T-245, ASTM D-1559
Descripción General
Muchas agencias usan actualmente el Método Marshall para el diseño de mezclas.
Es desde hace mucho tiempo, el procedimiento más usado para el diseño de Mezclas
Asfálticas en Caliente en el mundo. Esta técnica finalmente fue normalizada como
ASTM D 1559, “Resistencia a la fluencia plástica de mezclas bituminosas usando
el Aparato de Marshall”.
El método Marshall es un experimento de laboratorio dirigido al diseño de una
adecuada mezcla asfáltica por medio del análisis de su estabilidad/fluencia y
densidad/vacíos.
Una de las virtudes del método Marshall es la importancia que asigna a las
propiedades densidad/vacíos del material asfáltico.
Este análisis garantiza que las proporciones volumétricas de los componentes de la
mezcla, están dentro de rangos adecuados para asegurar una Mezcla Asfáltica en
Caliente durable. Otra ventaja del método es que el equipamiento requerido no es
caro y es de fácil manejo, por lo que, se presta a operaciones de control de calidad a
distancia. Desafortunadamente, muchos ingenieros creen que el método de
compactación de laboratorio por impacto usado en el método Marshall no simula la
densificación de la mezcla que ocurre bajo tránsito en un pavimento real. Más aún, el
parámetro de resistencia usado en éste enfoque, estabilidad Marshall no estima en
forma adecuada la resistencia al corte de la Mezcla Asfáltica en Caliente. Estas dos
situaciones pueden resultar en mezclas asfálticas propensas al ahuellamiento. En
consecuencia, se puede concluir que el método Marshall ha sobrevivido más allá de
su utilidad como moderno método de diseño de mezclas asfálticas.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
56
Este método tradicionalmente se aplica a mezclas asfálticas en caliente, donde el
asfalto ha sido clasificado por penetración o viscosidad, y que contiene agregados con
tamaños máximos de 25.0 mm (1 pulgada o menos).
El Método Marshall es una serie de ensayos que utilizan muestras normalizadas de
prueba (probetas) de 64 mm (2.5 pulgadas) de espesor por 102 mm (4 pulgadas) de
diámetro.
Una serie de probetas, cada una con la misma combinación de agregados pero con
diferentes contenidos de asfalto, es preparada usando un procedimiento específico
para calentar, mezclar y compactar mezclas asfálticas de agregado.
Los dos datos más importantes del diseño de mezclas del Método Marshall son:
Análisis de la relación de vacíos-densidad,
Prueba de estabilidad-flujo de las muestras compactadas.
Procedimiento para la Aplicación del Método Marshall
a) Selección de las Muestras de Material: El primer paso en el método de
diseño, es seleccionar un tipo de agregado y un tipo compatible de asfalto que puedan
combinarse para producir las cualidades que se están buscando para la carpeta
(estabilidad, durabilidad, Trabajabilidad. resistencia al deslizamiento, etcétera).
La relación viscosidad-temperatura del cemento asfáltico que va a ser usado debe
ser ya conocida para poder establecer las temperaturas de mezclado y compactación
en el laboratorio.
El procedimiento incluye:
Secar el agregado: hasta obtener un peso constante a una temperatura de 110
ºC.
Determinar peso específico: es determinado al comparar el peso de un volumen
dado de agregado, con el peso de un volumen igual de agua a la misma temperatura.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
57
El peso específico del agregado se expresa en múltiplos del peso específico del agua
(la cual siempre tiene un valor de 1). El cálculo del peso específico de la muestra seca
de agregado, establece un punto de referencia para medir los pesos específicos
necesarios en la determinación de las proporciones de agregado, asfalto y vacíos que
van a usarse en el método de diseño.
Análisis granulométrico por lavado: mediante el cual se identifican las
proporciones de partículas diferente en las muestras de agregado (Ver Norma
AASHTO T- 11).
b) Selección del Tipo de Mezcla: tomando en cuenta el criterio del diseñador.
c) Evaluación de la Granulometría de los Agregados: determinar por medio de
ensayos granulométricos, si los tamaños de agregados están dentro de los rangos
teóricos, propios de cada tipo de granulometría, de acuerdo a las gráficas con las
curvas de graduación.
d) Mezclado de Agregados y Asfaltos: se mezclan los agregados en sus
diferentes proporciones con los distintos contenidos de asfalto que se evaluarán.
e) Preparación de Especímenes de Ensayo: Las probetas de ensayo de las
posibles mezclas de pavimentación son preparadas haciendo que cada una contenga
una ligera cantidad diferente de asfalto. El margen de contenidos de asfalto usado en
las briquetas de ensayo está determinado con base en experiencia previa con los
agregados de la mezcla.
El asfalto y el agregado se calientan y mezclan completamente hasta que todas las
partículas de agregado estén revestidas. Esto simula los procesos de calentamiento y
mezclado que ocurren en la planta.
Las mezclas asfálticas calientes se colocan en los moldes pre-calentados Marshall,
como preparación para la compactación, en donde se usa el martillo Marshall de
compactación, el cual también es calentado para que no enfríe la superficie de la
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
58
mezcla al golpearla. Las briquetas son compactadas mediante golpes del martillo
Marshall de compactación. El número de golpes del martillo (35, 50 o 75) depende de
la cantidad de tránsito para la cual la mezcla está siendo diseñada. Ambas caras de
cada briqueta reciben el mismo número de golpes.
Después de completar la compactación las probetas son enfriadas y extraídas de
los moldes.
f) Determinación de la Gravedad Específica Bulk de los Especímenes
Compactados
g) Ensayo Estabilidad – Flujo: Como se mencionó anteriormente, el ensayo de
estabilidad, está dirigido a medir la resistencia a la deformación de la mezcla.
h) Determinación de la Gravedad Específica Teórica Máxima de la Mezcla
Suelta.
i) Análisis Densidad – Vacíos:
Ensayos Marshall: Existen tres procedimientos en el método del ensayo
Marshall, estos son:
a) Determinación del peso específico total.
b) Medición de la estabilidad y la fluencia Marshall.
c) Análisis de la densidad y el contenido de vacíos.
a) Determinación del Peso Específico Total: El peso específico total de cada
probeta se determina tan pronto como las probetas recién compactadas se hayan
enfriado a la temperatura ambiente. Esta medición de peso específico es esencial para
un análisis preciso de densidad-vacíos. El peso específico total se determina usando el
procedimiento descrito en la norma AASHTO T 166.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
59
b) Ensayos de estabilidad y fluencia: El ensayo de estabilidad está dirigido a
medir la resistencia a la deformación de la mezcla. La fluencia mide la deformación,
bajo carga, que ocurre en la mezcla.
Las mezclas que tienen valores bajos de fluencia y valores muy altos de
estabilidad Marshall son consideradas demasiado frágiles y rígidas para un pavimento
en servicio. Aquellas que tienen valores altos de fluencia son consideradas demasiado
plásticas y tienen tendencia a deformarse fácilmente bajo las cargas del tránsito.
c) Análisis de Densidad y Vacíos: El propósito del análisis es el de determinar el
porcentaje de vacíos en la mezcla compactada.
Una vez que se completan los ensayos de estabilidad y fluencia, se procede a
efectuar un análisis de densidad y vacíos para cada serie de probetas de prueba.
Análisis de Vacíos: Se calcula a partir de los pesos específicos del asfalto y el
agregado de la mezcla, con un margen apropiado para tener en cuenta la cantidad de
asfalto absorbido por el agregado; o directamente mediante un ensayo normalizado
(AASHTO T- 209) efectuado sobre la muestra de mezcla sin compactar. El peso
específico total de las probetas compactadas se determina pesando las probetas en
aire y en agua.
Análisis de Peso Unitario: El peso unitario promedio para cada muestra se
determina multiplicando el peso específico total de la mezcla por la densidad del agua
1000 kg/m3 (62.4 lb/ft3).
Análisis de Vacíos en el Agregado Mineral (VMA): El VMA es calculado con
base en el peso específico total del agregado y se expresa como un porcentaje del
volumen total de la mezcla compactada. Por lo tanto, el VMA puede ser calculado al
restar el volumen del agregado (determinado mediante el peso específico total del
agregado) del volumen total de la mezcla.
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
60
Análisis de Vacíos Llenos de Asfalto (VFA): El VFA, es el porcentaje de vacíos
ínter granulares entre las partículas de agregado (VMA) que se encuentran llenos de
asfalto. El VMA abarca asfalto y aire, y por lo tanto, el VFA se calcula al restar los
vacíos de aire del VMA, y luego dividiendo por el VMA, y expresando el valor final
como un porcentaje. Proporciona valores límites de VFA en función de la intensidad
de tránsito para el cual de diseñará la carpeta.
Previo a la ejecución del método se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:
Los materiales a usar deben cumplir con las especificaciones del proyecto.
La mezcla de agregados debe cumplir con las especificaciones
granulométricas del proyecto.
Se deben determinar las densidades reales secas de todos los agregados y las
del asfalto para ser usados en el análisis de huecos de la mezcla.
Las dos características principales del método de diseño son el análisis densidad
vacíos y el ensayo de fluencia y estabilidad de las probetas.
Análisis de Resultados Ensayo Marshall: Se procede a trazar los resultados del
ensayo en gráficas, para poder analizar las características particulares de cada
muestra. Mediante el estudio de las gráficas se puede determinar cual muestra de la
serie, cumple mejor los criterios establecidos para el pavimento terminado. Las
proporciones de asfalto y agregado en estas muestras se convierten en las
proporciones usadas en la mezcla final.
Las gráficas que se deben trazar para el diseño son:
Porcentajes de vacíos
Porcentajes de vacíos en el agregado mineral (VMA)
Porcentajes de vacíos llenos de asfalto (VFA)
CAPITULO II. MARCO TEORICO UCLA-DIC
61
Pesos unitarios (densidades)
Estabilidad Marshall
Fluencia Marshall
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
62
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
NATURALEZA DEL ESTUDIO.
El presente trabajo se enmarca en una investigación experimental, de datos
obtenidos en laboratorio, donde las estrategias fueron orientadas en el análisis del
comportamiento de una mezcla asfáltica en caliente con la incorporación de material
reciclado (fresado) en la misma y un aditivo rejuvenecedor.
Este aporte provocado por el investigador, le permite introducir determinadas
variables de estudio manipuladas por él, para controlar el aumento o disminución de
esas variables y su efecto en conductas observadas” Kerlinger (1975), en vista de que
se pretende evaluar las propiedades físico-mecánicas de una mezcla asfáltica caliente
P-401, comparándose con las que se obtendrán de una mezcla asfáltica P-401
incorporándole material producto del Fresado y adicionalmente con la adición del
rejuvenecedor conocido como ITRELENE ACF 1000.
Por otra parte el estudio es de carácter descriptivo- analítico, los cuales fueron
llevados a cabo mediante diversos ensayos de laboratorio, enfocados en el concepto
de establecer análisis del comportamiento entre los diseños de mezcla asfáltica que
se estudiaron, para de esta manera lograr desarrollar los objetivos planteados,
controlando variables, con el fin de satisfacer las necesidades de la investigación.
Asimismo la investigación se basó en la elaboración de una mezcla asfáltica en
caliente utilizando material granular virgen y material proveniente del fresado, ligado
con cemento asfaltico tipo A20, realizando para ello dos diseños una mezcla patrón y
otra mezcla modificada donde se le incorporó el aditivo ITERLENE ACF 1000.
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
63
DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN.
Se buscó obtener un diseño de mezcla asfáltica en caliente P-401 que cumpla con
las especificaciones de las normas correspondientes y de esta manera evaluar su
comportamiento físico- mecánico, con la incorporación de material proveniente de la
escarificación (fresado), para ello se debió determinar las proporciones adecuadas de
cemento asfáltico, aditivo regenerador y del material proveniente del fresado,
apoyados en una consulta bibliográfica, sobre experiencias anteriores sobre este tema
y propuestas similares.
PROCEDIMIENTO
Se realizó un total de cuarenta y cinco (45) briquetas de mezcla asfáltica tipo P-
401 siguiendo las especificaciones de la Norma Administración Federal de Aviación
en Pavimentos de Aeropuertos (Airport Pavement Federal Aviation Administration;
FAA). (Ver tabla N° 4)
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
64
Tabla Nº 4. Mezclas de Trabajo. Fuente: Propia
Caracterización De Los Agregados Naturales Y Material Proveniente Del
Fresado.
Para la elaboración de las mezclas asfálticas, los agregados serán sometidos a
una serie de ensayos para determinar las características físicas, los que serán
descritos a continuación:
DESCRIPCIÓN CANTIDAD DE BRIQUETAS TOTAL
Mezcla Patrón
3 Briquetas por cada uno de los 7 Diseños de Mezcla
Asfáltica a los cuales se les vario el porcentaje de Cemento
Asfáltico (3,0% C.A ; 3,5% C.A; 4,0% C.A; 4,5% C.A;
5,0 % C.A; 5,5% C.A; 6% C.A)
21
Mezcla Asfáltica con 30% de
Material Fresado + 1,2% de
Aditivo ITERLENE ACF
1000
3 Briquetas con un óptimo de Cemento Asfáltico de 3,5%
(peso total de la briqueta) y un 1,2% (con respecto al peso
del material fresado) de Aditivo ITERLENE ACF 1000.
3
Mezcla Asfáltica con 30% de
Material Fresado + 1,5% de
Aditivo ITERLENE ACF
1000
3 Briquetas con un óptimo de Cemento Asfáltico de 3,5%
(peso total de la briqueta) y un 1,5% (con respecto al peso
del material fresado) de Aditivo ITERLENE ACF 1000.
3
Mezcla Asfáltica con 30% de
Material Fresado + 1,8% de
Aditivo ITERLENE ACF
1000
3 Briquetas con un óptimo de Cemento Asfáltico de 3,5%
(peso total de la briqueta) y un 1,8% (con respecto al peso
del material fresado) de Aditivo ITERLENE ACF 1000.
3
Mezcla Asfáltica con 10% de
Material Fresado + 0,5% de
Aditivo ITERLENE ACF
1000
15 Briquetas con un óptimo de Cemento Asfáltico de 3,5%
(peso total de la briqueta) y un 0,5 % (con respecto al peso
del material fresado) de Aditivo ITERLENE ACF 1000.
15
Total de Briquetas a Elaborar 45
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
65
Caracterización de los Agregados Naturales.
Se realizó la caracterización de los agregados pétreos los cuales fueron
suministrados por la empresa MOTIASCA, ubicada en la ciudad de Acarigua
estado Portuguesa. Con el fin de obtener una muestra representativa se empleó el
criterio de métodos de muestreo de cada material siguiendo la norma respectiva
hasta obtener una muestra suficiente de cada agregado. Posteriormente a el
procedimiento antes descrito se procedió a secar y cuartear los agregados hasta
obtener el peso requerido para los o métodos de ensayos requeridos.
Fotografía Nº 1. Método de Cuarteo
Fuente: Propia
Granulometría de los Agregados Pétreos.
Se conoció la distribución de los tamaños de las partículas de agregado natural
a partir de la separación de estos, a través de una serie de tamices de aberturas
progresivamente reducidas (Ver fotografía Nº 2), la metodología utilizada fue la
COVENIN 255-1998.
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
66
Fotografía Nº 2. Juego de Tamices
Fuente: Propia
Tamaño Nominal Máximo.
Luego de obtenidos los resultados del ensayo de granulometría aplicado a cada
uno de los agregados, se definió el Tamaño Máximo Nominal, mediante la
abertura en milímetros de la malla inmediatamente superior a la primera malla
que retuvo más del 10% de agregado. Se consideraron las siguientes aberturas de
malla:
Tabla Nº 5 Tamaño Máximo nominal. Fuente: Propia
Peso Específico.
Se procedió a separar las fracciones obtenidas en el tamiz #8, pasante del tamiz
#8 y retenido en el tamiz #200, y el pasante del tamiz #200; de estas fracciones se
tomaron las cantidades establecidas en las especificaciones la metodología
empleada fue la COVENIN 268-1998.
Abertura
Malla (mm)
25,4
mm
19,4
mm
12,5
mm
9,5
mm
4,74mm 2,36
mm
1.18mm 0,60
mm
0,30
mm
0,15
mm
0,074
mm
Tamiz
(Denominación)
1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" #4 #8 #16 #30 #50 #100 #200
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
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Retenido #8
Fotografía Nº 3. Secado de la Muestra Fotografía Nº 4. Muestra Inmersa
Fuente: Propia
Pasante #8, retenido en 200
Fotografía Nº5. Preparación Fotografía Nº6. Medición del Volumen Desplazado
Fuente: Propia
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
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Pasante #200
Fotografía Nº 7. Muestra Utilizada Fotografía Nº 8. Extracción de Aire
Fuente: Propia
Porcentaje de Caras Producidas por Fracturas.
Para este procedimiento se determinó sobre la fracción retenida en el tamiz Nº
4 (4,75 mm) de la piedra y arrocillo, de acuerdo al método establecido en la
Norma COVENIN 1124, para de esta manera obtener el porcentaje de agregado
grueso producido por fractura, cuyos resultados deberán cumplir con lo indicado en
la Fondonorma 2000-1:2009.
Porcentaje de Partículas Alargadas y Planas.
La metodología empleada fue la COVENIN 264-77, el ensayo se desarrolló
tomando una muestra representativa de piedra y arrocillo, posteriormente se analizó
visualmente cada una de las partículas. A cada una de ellas se le tomaron sus medidas
con ayuda del calibrador, para medir el largo y el espesor, determinando así la
esbeltez, con el fin de identificar las partículas con características de formas
alargadas y aplanadas, para posteriormente calcular que porcentaje de partículas que
poseían estas características. (Ver fotografía Nº 9)
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
69
Fotografía Nº 9.Calibrador para el Ensayo
Fuente: Propia
Equivalente de Arena.
Este ensayo se realizó para obtener la proporción en porcentajes
cualitativamente del contenido de polvo fino o material arcilloso presente en la
porción que pasa el tamiz Nº 4, preparando una muestra de 500 gramos, colocada
en tres probetas a las que se le agrego una solución concentrada de cloruro de
calcio, agitándola y dejándola en reposo para luego de que se asentó el material se
realizó la lectura de sedimentos y de suspensión. El valor obtenido del equivalente
de arena no debe ser menor al 45%, según especificaciones de la Norma Técnica
Fondonorma 2000-1:2009 de acuerdo al tipo de tránsito. En las fotografía Nº 10 se
muestran las tres muestras ensayadas y en la fotografía Nº 11 el agitador usado
para el ensayo.
Fotografía Nº 10. Ensayo, Fotografía Nº 11. Equipo Agitador. Fuente: Propia
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
70
Resistencia de Los Agregados al Desgaste.
Para la realización de este ensayo se utilizó la Máquina de los Ángeles, con la
cual es posible medir a los agregados, el desgaste y la resistencia a la abrasión.
Según las especificaciones de la NTF 2000-1:2009, se aceptarán los agregados
que cumplan con los requerimientos establecidos, según la posición de la capa en
la estructura del pavimento y el tipo de tránsito. En la fotografía Nº 12 se observa
la muestra así como las esferas que provocan la abrasión en el material.
Fotografía Nº 12. Ensayo, Desgaste de los Ángeles
Fuente: Propia
Caracterización del Material Producto del Fresado.
Para llevar a cabo este ensayo se tomó una muestra representativa del material
de fresado producto del cuarteo, para ser sometido a estudios que determinaron las
características esenciales de este, para el diseño de la mezcla asfáltica en caliente.
Entre las características a ser estudiadas tenemos las siguientes:
Determinación del Contenido de Ligante Asfáltico.
Para conocer el contenido del ligante asfáltico en el material proveniente del
fresado. Para ello se estudió una muestra representativa del fresado, la cual fue
colocada dentro de un horno de ignición (NCAT) que se encargó de realizar la
extracción del ligante que componía la muestra.(Ver fotografía Nº 13)
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
71
Fotografía Nº 13.Horno de Ignición
Fuente: Propia
Granulometría Antes de la Extracción.
Para el material proveniente del fresado, se realizó previamente el cuarteo de la
muestra y de esta manera obtener cantidades representativas de la misma.
Posteriormente se tomó dos porciones del cuarteo, para luego proceder a realizar
el tamizado y obtener la granulometría del fresado, para ello se empleó la misma
metodología que la usada para el agregado natural.
CARACTERIZACION EL CEMENTO ASFÁLTICO
Por la necesidad de conocer el comportamiento del cemento asfaltico se
procedió a caracterizar el mismo con los ensayos que se describen a continuación:
Peso Específico.
Por medio de este ensayo se pudo conocer la relación entre el peso de un volumen
dado del cemento asfáltico a una temperatura de 25ºC y el peso de un volumen igual
de agua a la misma temperatura, la metodología a empleada fue la descrita en la
COVENIN 1386-83. (Ver fotografía Nº 14 y N°15)
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
72
Fotografía Nº 14. Peso del Picnómetro Fotografía Nº 15. Picnómetro con
Vacío cemento Asfáltico A-20
Fuente: Propia
Penetración.
Este ensayo se debió realizar para medir la consistencia del material
bituminoso, mediante la medición de la distancia en décimas de milímetro que una
aguja penetra verticalmente en una muestra de cemento asfáltico estabilizada a una
temperatura de 25ºC, utilizando un penetrómetro con una precisión de 0.1mm.,
metodología a usada COVENIN 1105. (Ver fotografía Nº 16)
Fotografía Nº 16.Ensayo de Penetración.
Fuente: Propia
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
73
Punto de Ablandamiento.
Este ensayo también se denomina método de anillo y bola, con el cual se
determinó la temperatura donde ocurre el punto de ablandamiento del cemento
asfáltico. La prueba se inició con una temperatura de 5ºC, aumentándose a una rata
de variación constante hasta que la muestra llegue a su punto de ablandamiento y
donde se midió la temperatura, la metodología aplicada fue la COVENIN 419. (Ver
fotografía Nº 17)
Fotografía Nº 17. Ensayo de Punto de Ablandamiento.
Fuente: Propia
Viscosidad Absoluta.
Por medio de esta prueba se obtuvo la viscosidad de una muestra de cemento
asfáltico tipo A-20, midiéndose el tiempo necesario para inducir por medio del vacío
un volumen fijo de líquido a través de un tubo capilar, que luego se multiplicó por el
factor K respectivo del viscosímetro utilizado, la metodología empleada fue la
COVENIN 2053.
Ductilidad.
Con esta prueba se buscó obtener la medida de la capacidad que posee el
cemento asfáltico a soportar deformaciones a las que será sometido el pavimento,
para lograr estas mediciones fue necesario tomar la distancia de elongación del
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
74
cemento asfáltico antes de la rotura a la que será sometida la muestra, la
metodología empleada fue la COVENIN 1123.
Punto de Inflamación.
Este ensayo se realizó con la finalidad de conocer la temperatura a la cual el
cemento asfáltico puede ser calentado sin peligro de que se inflame, la
temperatura a medir fue aquella en la que se produjo una pequeña llama en la
superficie del cemento asfáltico, la metodología usada fue la COVENIN 372.
DISEÑO DE MEZCLA PATRÓN EN CALIENTE P- 401 CON EL USO DE
MATERIALES VÍRGENES.
Una vez fueron caracterizados los componentes de la mezcla asfáltica, se procedió
a realizar el diseño de la mezcla en caliente, dosificando las cantidades de manera
adecuada, el porcentaje de participación de cada agregado utilizado en laboratorio. Se
determinó tomando en consideración los criterios del método Marshall, y las
especificaciones para mezclas asfálticas en caliente según la Administración Federal
de Aviación en Pavimentos de Aeropuertos (Airport Pavement Federal Aviation
Administration (FAA).
Por otro lado se debe destacar que la mezcla asfáltica diseñada fue tipo P-401,
mezcla asfáltica para aeropuertos que se debe tomar en cuenta para el diseño una
carpeta de rodamiento , empleando entonces los criterios del método Marshall para
obtener información de las propiedades de la mezcla y lograr determinar así el
contenido del cemento asfáltico óptimo de la combinación.
Al respecto se debe destacar que para obtener la combinación granulométrica que
mejor se ajustó a las especificaciones establecidas para la mezcla elaborada, se hizo a
través del uso de hojas de cálculo por tanteo, y se logró estimar el porcentaje de
contribución de cada uno de los agregados naturales.( Ver tabla N° 6)
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
75
Tabla Nº 6. Granulometría de Diseño. Fuente: Propia.
Seguidamente se elaboraron un total de 21 briquetas en las cuales se varió el
porcentaje de cemento asfáltico dentro de un rango desde 3,0% hasta 6,0% con una
variación de 0,5% entre cada uno por triplicado, para las cuales el peso
correspondiente a cada uno de los agregados se estableció según su porcentaje en la
combinación, considerando un peso total de cada briqueta de 1200 g. (Ver tabla N° 7)
Tabla Nº 7.Pesos de los agregados combinados por porcentaje de cemento
asfáltico. Fuente: Propia.
Tipo de Mezcla P-401 Combinación Propuesta
Material % en
combinación % Pasante el tamiz de
25,4 mm
19,4 mm
12,5 mm
9,5 mm
4,74 mm
2,36 mm
1.18 mm
0,60 mm
0,30 mm
0,15 mm
0,074 mm
1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 8 # 16 # 30 # 50 # 100 # 200
Arena 18,0% 100,0 100,0 100,0 98,4 86,3 69,0 52,4 32,5 19,1 9,2 6,3
Arrocillo 44,0% 100,0 100,0 100,0 100,0 74,9 50,9 34,0 23,4 17,9 12,2 8,7
Piedra Picada 38,0% 100,0 66,8 29,8 9,9 1,1 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7
Combinación 100,0% 100,0 87,4 73,3 65,5 48,9 35,1 24,7 16,4 11,6 7,3 5,2
Límite superior 100 98 86 77 60 46 37 27 19 16 6
Límite inferior 100 76 66 55 40 26 17 11 7 6 3
Peso de la Briqueta Aprox 1200 Piedra Arrocillo Arena
% C. A
Peso del C.A
% de Agregado
Peso del Agregado
A B C Total
38 44 18
3 36,0 97 1164,0 442,3 512,2 209,5 1164,0
3,5 42,0 96,5 1158,0 440,0 509,5 208,4 1157,9
4 48,0 96 1152,0 437,8 506,9 207,4 1152,1
4,5 54,0 95,5 1146,0 435,5 504,2 206,3 1146,0
5 60,0 95 1140,0 433,2 501,6 205,2 1140,0
5,5 66,0 94,5 1134,0 430,9 499,0 204,1 1134,0
6 72,0 94 1128,0 428,6 496,3 203,0 1127,9
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
76
Posteriormente fue necesario calcular los pesos de los agregados retenidos en
cada tamiz para cada porcentaje de cemento asfáltico dentro del rango
seleccionado, esto con el fin de obtener el peso de todos los agregados que
conforman la combinación granulométrica.
En la tabla siguiente se detalla los pesos por tamiz para los agregados usados
en el diseño:
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
77
Tabla Nº 8 Pesos de los agregados retenidos en cada tamiz para cada
porcentaje.Fuente: Propia.
AGREGADO A Piedra
Tamiz
% Pasante
% Ret Parcial
% de CEMENTO ASFALTICO
3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
1” 100,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
¾” 66,8 33,2 146,8 146,1 145,3 144,6 143,8 143,1 142,3
1/2 29,8 37,0 163,7 162,8 162,0 161,1 160,3 159,4 158,6
3/8 9,9 19,9 88,0 87,6 87,1 86,7 86,2 85,7 85,3
#4 1,1 8,8 38,9 38,7 38,5 38,3 38,1 37,9 37,7
#8 0,8 0,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3
Pasa #8 (Fondo) 0,8 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,4 3,4
TOTAL 442,3 440,0 437,8 435,5 433,2 430,9 428,6
AGREGADO B Arrocillo
Tamiz %
Pasante % Ret Parcial
% de CEMENTO ASFALTICO
3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
1” 100,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
¾” 100,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
1/2 100,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
3/8 100,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
#4 74,9 25,1 128,6 127,9 127,2 126,6 125,9 125,2 124,6
#8 50,9 24,0 122,9 122,3 121,7 121,0 120,4 119,8 119,1
Pasa #8 (Fondo) 50,9 260,7 259,3 258,0 256,6 255,3 254,0 252,6
TOTAL 512,2 509,5 506,9 504,2 501,6 499,0 496,3
AGREGADO C Arena
Tamiz %
Pasante % Ret Parcial
% de CEMENTO ASFALTICO
3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
1” 100,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
¾” 100,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
1/2 100,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
3/8 98,4 1,6 3,4 3,3 3,3 3,3 3,3 3,3 3,2
#4 86,3 12,1 25,3 25,2 25,1 25,0 24,8 24,7 24,6
#8 69,0 17,3 36,2 36,1 35,9 35,7 35,5 35,3 35,1
Pasa #8 (Fondo) 69,0 144,6 143,8 143,1 142,3 141,6 140,8 140,1
TOTAL 209,5 208,4 207,4 206,3 205,2 204,1 203,0
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
78
Seguidamente se elaboraron las briquetas, como primer paso fue calentar el
cemento asfáltico, así como los agregados a una temperatura de aproximadamente
160ºC, ambos fueron mezclados a una temperatura de 150ºC.La compactación se
realizó a una temperatura aproximada de 145ºC, mediante el empleo del martillo
Marshall, considerando 75 golpes por cada cara de las briquetas. (Ver fotografía Nº
18).
Fotografía Nº 18. Elaboración de las Briquetas
Fuente: Propia
DISEÑO DE MEZCLA EN CALIENTE CON EL USO DE MATERIALES
VÍRGENES Y PROVENIENTES DEL FRESADO, ADICIONANDO UN
ADITIVO.
Para la realización de este diseño se tomaron los mismos materiales que fueron
empleados en la elaboración de la mezcla asfáltica caliente patrón, con la variante de
que se le incorporó material producto del fresado y un aditivo que actúa como un
regenerador del material fresado en la mezcla, la dosificación usada fue de 1,2%,
1,5% y 1,8%, con respecto al del peso del material fresado, los anteriores valores de
adicion se escogieron tomando en cuenta que la dosificación varía de 0,4 a 0,6% en
peso de cemento asfaltico añadido por cada 10% de material de fresado a utilizar
según criterio de la ficha técnica del aditivo empleado.
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
79
Considerando el porcentaje de cemento asfáltico presente en el material
escarificado, el cual obtuvo un valor de 4,70%, si la combinación presenta 30% de
este material el 4,70% de este es igual a 1,41% aportándole a la mezcla ese porcentaje
adicional de cemento asfáltico, esto solo para la dosificación de aditivo.( Ver tabla N°
9).
Tabla Nº 9. Pesos a adicionar del aditivo en la mezcla. Fuente: Propia
Una vez determinado los porcentajes de aditivo y sus pesos correspondientes, el
mismo fue incorporado en línea a razón de que este no modifica la viscosidad sino
que propicia la tenso actividad entre los agregados para ello se hizo uso de un
compresor con pistola de aire, y de esta manera poder incorporar el aditivo a los
agregados.
Para el diseño de la mezcla asfáltica caliente se variaron los pesos de los agregados
combinados por porcentaje de cemento asfáltico que fueron utilizados para la mezcla
patrón, en cada tamiz para cada porcentaje. Posteriormente para realizar las
briquetas, el primer paso fue calentar el cemento asfáltico y los agregados a 160
°C, luego a los agregados ya calientes, se les incorporó la cantidad de aditivo
correspondiente con el uso de la pistola de aire y el compresor seguidamente se
mezcló de manera que el agregado se impregnara de la forma más uniforme
posible con el aditivo, posteriormente se le incorporó el cemento asfáltico para
proceder a mezclar a 150ºC la mezcla constituida por los agregados, aditivo y
cemento asfáltico.
% C.A Peso C.A %C.A+%C.A. Ripio
Pesos de Aditivo
1,2% 1,5% 1,8%
3,5% 42 g 3,5% + 1,4% = 4,9% 4,2 g 5,20 g 6,25 g
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
80
Cuando el agregado fue cubierto en su superficie por el cemento asfáltico, se
procedió finalmente a la compactación a una temperatura aproximada de 145ºC
mediante el empleo del martillo Marshall, considerando 75 golpes por cada cara de
las briquetas, las condiciones de temperatura antes descritas son las propias de una
mezcla caliente. (Ver fotografía Nº 19).
Fotografía Nº 19. Incorporación del Aditivo Rejuvenecedor
Fuente: Propia
EVALUACION DE LAS PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LA
MEZCLA ASFÁLTICA CALIENTE
Una vez finalizada la elaboración de las briquetas, estas fueron sometidas a los
ensayos que se describen a continuación, para así obtener y evaluar las propiedades
físico-mecánicas establecidas por el método Marshall.
Densidad Real de las Briquetas
Se determinó su densidad real, sometiendo a cada briqueta a los siguientes pesos
como lo son, su peso en aire, su peso en agua el cual fue tomado luego de que esta
permaneciera sumergida por un minuto en la cesta que posee la balanza hidrostática y
por último se procedió a obtener el peso saturado con superficie seca, el cual fue
logrado al momento de extraer la briqueta de la cesta para posteriormente ser secada
superficialmente y así obtener su densidad real.
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
81
Dónde:
Gmb = Densidad real de la briqueta (grs/cm3)
A = Peso en aire de la briqueta (grs)
V = Volumen total de la briqueta calculado con la diferencia entre el peso saturado
con superficie seca y el peso sumergido. (Ver fotografía Nº 20).
Fotografía Nº 20. Briqueta Sumergida
Fuente: Propia
Estabilidad y Flujo:
Una vez que se obtuvo la densidad real de la briqueta, se aplicó entonces el ensayo
estabilidad y flujo, el cual consistió en aplicar una carga axial hasta alcanzar la rotura,
pero para ello previamente las briquetas se introdujeron en un baño de agua a
temperatura constante de 60ºC por un período de 30 minutos, para luego de cumplido
este tiempo sacarlas y ser trasladadas hasta la prensa.
Para obtener estas propiedades se utilizó una prensa Marshall, sometiendo
entonces las briquetas a una carga de compresión que produjo una deformación hasta
la rotura, obteniéndose entonces la máxima carga en KN que resistió cada briqueta y
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
82
a su vez, la deformación total que se produjo en la briqueta desde el inicio de
aplicación de la carga hasta la carga de rotura.
Obtenidos los valores anteriores se procedió a corregir, para hacerla igual a la que
hubiese resultado de una briqueta de un volumen igual al normalizado la cual es de
6,35 cm según el método Marshall, la estabilidad obtenida fue debidamente corregida
en función de la altura de la briqueta, esta fue medida a cuatro lados de la briqueta
con el uso de un vernier y así obtener el promedio de su altura, para la serie de
briquetas por punto, entonces se obtuvo la estabilidad promedio para cada porcentaje
de cemento asfáltico. (Ver fotografía Nº 21).
Fotografía Nº 21.Ensayo de Estabilidad y Flujo
Fuente: Propia
Análisis de Densidad y Vacíos:
Para llevar a cabo el análisis de densidad y vacíos fue necesario realizar el ensayo
RICE, para así obtener el peso específico máximo teórico de la mezcla asfáltica sin
compactar, previamente se recopilaron datos de la granulometría como lo fueron el
porcentaje retenido en el tamiz #8, porcentaje pasante del tamiz #8 y retenido en el
tamiz #200, y porcentaje pasante del tamiz #200.
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
83
Teniendo estos se procedió a calcular los pesos específicos por fracción de
tamaño, para todos los tipos de agregados, para que a partir de estos pudieran ser
calculados los pesos específicos “bulk” promedio de cada agregado que participó en
la combinación granulométrica, por medio de la siguiente expresión:
Dónde:
%ret8 = Porcentaje de agregado retenido en el tamiz #8
%pasa8ret200 = Porcentaje de agregado pasante del tamiz #8 y retenido en el #200
%pasa200 = Porcentaje de agregado pasante del tamiz #200
PEret8 = Peso específico del agregado retenido en el tamiz #8
PEpasa8ret200 = Peso específico del agregado pasante tamiz #8 y retenido en el
#200
PEpasa200 = Peso específico del agregado pasante del tamiz #200
(Ver tabla N° 10)
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
84
Tabla Nº 10. Porcentajes de aporte de cada agregado por fracción. Fuente: Propia
Posteriormente con el uso de los pesos específicos bulk y aparentes promedio de
los agregados, se calcularon los pesos específicos bulk y aparentes promedio para la
combinación. El cálculo de estos últimos se realizó, tanto para la mezcla patrón en
caliente como para la mezcla tibia, haciendo uso de la siguiente expresión:
El método RICE se calculó para un valor de 3,5% de cemento asfáltico, debido a
que se tenía conocimiento de un antecedente de mezcla con 30% material proveniente
del fresado, donde su valor optimo era de 3,6% Lara y Martínez (2011), entonces se
sumergió sin compactar la mezcla en un envase, donde se le agregó agua para
aplicarle vacío parcial, de este ensayo se reportó, el peso del picnómetro vacío, peso
del picnómetro más muestra, peso del picnómetro más muestra más agua. Se calculó
el peso específico máximo teórico de ambas mezclas asfálticas tanto para la mezcla
patrón en caliente como la tibia a 25ºC. (Ver fotografía Nº 22).
Agregados Piedra Arrocillo Arena
% Ret 8 99,2 49,1 31
% P8 Ret 200 0,1 42,2 62,7
% P200 0,7 8,7 6,3
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
85
Fotografía Nº 22. Ensayo del Método Rice
Fuente: Propia
Obtenido el peso específico máximo teórico para ambas mezclas, se calculó el
peso específico efectivo de los agregados, mediante la expresión:
Asumiendo que este peso específico permanece constante, se calculó la densidad
máxima teórica para cada porcentaje de cemento asfáltico, a partir de:
Considerando como % Agre = 100 - %CA.
Posteriormente se calculó los porcentajes de vacíos totales, porcentaje de vacíos de
agregado mineral y porcentaje de vacíos llenados con asfalto, para realizar la
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
86
representación gráfica de los resultados de los ensayos y del análisis de densidad y
vacíos, con respecto a cada porcentaje de cemento asfáltico.
Con los gráficos obtenidos se obtendrá, el porcentaje óptimo probable de cada una
de las mezclas, utilizando el método COVENIN, el cual establece:
En la curva de Estabilidad vs. %CA, se seleccionó el porcentaje de cemento
asfáltico correspondiente a la máxima estabilidad.
En la curva de densidad de la briqueta vs. %CA, se seleccionó el porcentaje de
cemento asfáltico correspondiente a la máxima densidad.
En la curva de vacíos totales vs. %CA, se seleccionó el porcentaje de cemento
asfáltico correspondiente al promedio del rango.
Estos tres valores obtenidos de los gráficos se promediaron para obtener el
porcentaje de cemento asfáltico óptimo probable de la mezcla.
Cabe destacar que la metodología descrita se utilizó para todas las mezclas,
tomando en cuenta para estas, la incorporación de material proveniente de fresado, se
tomó en cuenta la distribución granulométrica de este en su condición original, es
decir, sin la extracción del ligante, para ser combinado como un agregado adicional.
REALIZACION DE ESTUDIO COMPARATIVO DE LAS PROPIEDADES
DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE (MAC).
Luego de caracterizar, diseñar y evaluar las mezclas asfálticas se procedió a
comparar de acuerdo a los resultados obtenidos, referentes al estudio de las
propiedades físico-mecánicas de ambas mezclas, para definir en base a los
criterios establecidos en las especificaciones de la norma Administración Federal de
Aviación en Pavimentos de Aeropuertos (Airport Pavement Federal Aviation
Administration; FAA), los parámetros Marshall, cuál de las mezclas será la más
CAPÍTULO III. MARCO METODOLOGICO UCLA-DIC
87
adecuada según lo que se espera en este proyecto de investigación. Todos estos
resultados serán expuestos en tablas y/o gráficos que faciliten su interpretación.
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
88
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS Y RESULTADOS
Una vez concluida la fase metodológica del capítulo anterior; que consistió en la
caracterización de los materiales a utilizar en la mezcla, para luego proceder a realizar
el diseño de una mezcla asfáltica patrón en caliente y una mezcla asfáltica con la
incorporación del aditivo que actúa como agente regenerador del material producto
de la escarificación (fresado).Se presenta a continuación el análisis y la tabulación de
resultados que permitan realizar la comparación de las diferentes curvas generadas
para cada mezcla asfáltica diseñada y determinar los valores óptimos de diseño.
CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS NATURALES Y DEL
MATERIAL PROVENIENTE DEL FRESADO.
Caracterización de los Agregados Naturales.
Para la elaboración de las mezclas asfálticas, los agregados naturales y material
producto de la escarificación fueron sometidos a una serie de ensayos para
determinar sus características físicas.
Granulometría de los Agregados Naturales.
Luego de pasar una muestra de cada material granular por el juego de tamices
considerado se obtuvo el porcentaje pasante por los diferentes tamaños de
partículas. (Ver Gráfico N° 1)
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
89
La distribución según su porcentaje pasante se muestra en la gráfica siguiente:
Gráfico N°1. Combinación Granulométrica para mezcla patrón.
Fuente: Propia
Tamaño Máximo Nominal.
Determinándose por medio de la granulometría del material, donde se aprecia que
el tamiz inmediatamente superior al tamiz que retuvo más del 10% del agregado fue
de 1” es decir el tamaño máximo nominal es de 25,4 mm. (Ver tabla N° 11)
Tabla Nº 11.Tamaño máximo nominal. Fuente: Propia
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
% p
as
an
te
Tamaño del tamiz1 3/4" 1/2" 3/8" # 4 # 8 #16 #30 #50 #100 # 200
1” ¾” ½”
100 87,4 73,3
Límite superior
______
Límite inferior
_______
Combinación
_______
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
90
Peso Específico.
Para el cálculo de los pesos específicos bulk y aparente, se realizó el ensayo
correspondiente dependiendo del tamaño del agregado natural, notando que cada uno
de los resultados cumple con las especificaciones COVENIN Fondonorma 2000-1:
2009. (Ver tabla N° 12)
Tabla Nº 12.Pesos específicos de los Agregados Minerales. Fuente: Propia
Material
Peso Específico
Piedra Arrocillo Arena
Peso Específico Bulk (g/cm3) 2,633 2,632 2,594
Peso Específico Aparente (g/cm3) 2,649 2,659 2,630
Porcentaje de Caras Producidas por Fracturas.
En cuanto al porcentaje de caras fracturadas se tiene que para los agregados
naturales de la mezcla considerados como agregados gruesos para la cual, el criterio
de aceptación en las especificaciones considera un valor mínimo del 60%,dando
como resultado buena fricción entre los agregados. Según Norma Administración
Federal de Aviación en Pavimentos de Aeropuertos (Airport Pavement Federal
Aviation Administration; FAA) sección 150/5370-10F año 2011. (Ver tabla N° 13)
Tabla Nº 13. Porcentaje de Caras Producidas por Fracturas.Fuente: Propia
Agregado Resultado
Piedra 89,23%
Arrocillo 93,46%
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
91
Porcentaje de Partículas Largas y Aplanadas.
Por norma ASTM D4791-99 se permiten valores inferiores al 15% de partículas
planas y alargadas, para de esta manera garantizar un buen comportamiento de la
mezcla asfáltica. Este porcentaje fue determinado para el agregado grueso, el
agregado no debe contener más de un total de 8 por ciento, por peso, de partículas
planas, partículas alargadas y partículas planas y alargadas, por tanto al compactarse
no cambiara su granulometría, lo que garantizara que la mezcla sea resistente (Ver
tabla N° 14)
Tabla Nº 14. Porcentaje de Caras Largas y Aplanadas.Fuente: Propia
Determinación de Pesos Específicos.
Al igual que con el material granular, se determinaron los pesos específicos Bulk y
aparente del producto proveniente del fresado en su condición original para cada una
de las fracciones, gruesa, fina y llenante mineral. (Ver tabla N° 15)
Tabla Nº 15. Peso específico Bulk y aparente del material proveniente del
fresado.Fuente: Propia
PESO ESPECÍFICO FRACCIÓN GRUESA FRACCIÓN FINA FILLER
Bulk (grs/cm3) 2,170 2,247 2,355
Aparente (grs/cm3) 2,274 2,336 2,355
Agregado Resultado
Piedra 2,73%
Arrocillo 1,73%
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
92
Determinación del Contenido de Ligante Asfáltico.
Cuando se trabajan mezclas asfálticas con el producto de fresado como agregado
es necesario conocer el contenido de ligante asfáltico del mismo, debido a que al
calentarse en el proceso de mezclado influye en la composición asfáltica
proporcionándole una mayor cantidad del betún que el adicionado de forma directa,
con el ensayo de extracción en el horno de Ignición (NCAT), se obtuvo como
resultado que el porcentaje de ligante asfáltico en el material fresado fue de 4,70%.
Granulometría del material Fresado.
Luego de pasar la muestra producto de la escarificación (fresado) por el juego
de tamices considerado, se obtuvo el porcentaje pasante por los diferentes
tamaños de partículas. (Ver tabla N° 16)
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
93
Tabla Nº 16.Distribución granulométrica de agregados naturales y producto del fresado.Fuente: Propia
Tipo de Mezcla P-401 Combinación Propuesta
Material %combinación % Pasante el tamiz de
25,4mm 19,4mm 12,5mm 9,5mm 4,74mm 2,36mm 1.18mm 0,60mm 0,30mm 0,15mm 0,074mm
1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 8 # 16 # 30 # 50 # 100 # 200
Arena 18,0% 100,0 100,0 100,0 98,4 86,3 69,0 52,4 32,5 19,1 9,2 6,3
Arrocillo 25,0% 100,0 100,0 100,0 100,0 74,9 50,9 34,0 23,4 17,9 12,2 8,7
Piedra Picada 27,0% 100,0 66,8 29,8 9,9 1,1 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7
Fresado 30,0% 100,0 92,7 81,5 71,5 50,1 29,6 16,4 9,5 6,6 3,9 2,0
Combinación 100,0% 100,0 88,8 75,5 66,8 49,6 34,2 23,1 14,7 10,1 6,1 4,1
Límite Superio 100 98 86 77 60 46 37 27 19 16 6
Límite Inferior
100 76 66 55 40 26 17 11 7 6 3
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
94
Ensayo del Equivalente de Arena.
Este ensayo se realizó para obtener la proporción en porcentajes
cualitativamente del contenido de polvo fino o material arcilloso contenido en la
porción que pasa el tamiz Nº 4 de la combinación granulométrica. El valor
obtenido del equivalente de arena debe ser mayor al 45% (Ver Tabla Nº 17 y
N°18).
Tabla Nº 17. Porcentaje Obtenido del Ensayo del Equivalente de Arena para la
muestra patrón. Fuente: Propia
Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Promedio
70,42% 70,83% 71,43% 70,89%
Tabla Nº 18. Porcentaje Obtenido del Ensayo del Equivalente de Arena en la
muestra con material fresado. Fuente: Propia
Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Promedio
78,95% 76,06% 75,71% 76,91%
4.1.2.0 Resistencia de los Agregados al Desgaste.
Siguiendo con los lineamientos para los ensayos de los agregados se realizó el
llamado Desgaste de los Ángeles, que fue realizado a los agregados gruesos, como lo
fueron la Piedra y el Arrocillo, teniendo que los resultados se encuentran dentro del
rango aceptable es decir menor al 40% del desgaste, esto según norma ASTM C 131
(Ver tabla Nº 19).
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
95
Tabla Nº19. Porcentaje Obtenido de Resistencia al Desgaste.Fuente: Propia
Agregado Resultado
Piedra 25,22%
CARACTERIZACIÓN DEL CEMENTO ASFÁLTICO.
De la misma manera que se procedió con la caracterización de los agregados
tanto naturales como del fresado, al cemento asfáltico también se le realizaron los
ensayos correspondientes para conocer sus características y propiedades según su
respectiva norma COVENIN para un ligante asfáltico Tipo A20, entre los
resultados obtenidos se tienen los siguientes:
Tabla Nº 20.Propiedades del cemento asfáltico.Fuente: Propia
PROPIEDADES Min Max RESULTADO Método Observación
Peso Específico a
25ºC - - 1,02
COVENIN
1386 -83
Ok
Penetración 25ºC
100g5smm/10 60 70 69
COVENIN
1105
Ok
Punto de
Ablandamiento de
Anillo y Bola (ºC)
50 50 50 COVENIN
419
Ok
Viscosidad
Absoluta (Poises) 2000 - 2365,44
COVENIN
2053
Ok
Ductilidad 25ºC
5cm/min (cm)
100 - >100 COVENIN
1123
Ok
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
96
Punto de
Inflamación (ºC) - - 268º
COVENIN
372:1997
Ok
Envejecimiento por Capas Finas
Pérdida de Masa
(%) - 0,5 0,37
COVENIN
2046
Ok
Ductilidad a 25ºC
5cm/min (cm) 20 - >20
COVENIN
1123
Ok
Reducción
Penetración (%) - 50 38
COVENIN
1105
Ok
DISEÑO DE UNA MEZCLA PATRÓN EN CALIENTE CON EL USO DE
MATERIALES VÍRGENES Y PROVENIENTES DEL FRESADO.
Luego de considerar el tipo de mezcla, la granulometría de los diferentes
agregados, se determinó la distribución granulométrica de trabajo que se encuentre
dentro los límites máximos y mínimos establecidos en la Airport Pavement Federal
Aviation Administration (FAA), para una mezcla tipo P-401,mezcla para pistas de
aterrizaje de aeropuertos y considerando el efecto de un material poco convencional
como el fresado, el cual no puede ser asumido de la misma manera que un material
granular, por presentar un porcentaje considerable de cemento asfáltico que reacciona
en el momento del mezclado por la temperatura a la que se encuentra sometido. (Ver
tabla N° 21 y N°22), (Ver gráfico 2y 3)
Continuación Tabla Nº 20
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
97
Tabla Nº 21.Porcentaje en la combinación para cada agregado para la muestra
patrón. Fuente: Propia
Tipo de Agregado %en la Combinación
Piedra 38
Arrocillo 44
Arena 18
Tabla Nº 22.Porcentaje en la combinación para cada agregado para la muestra con
material fresado. Fuente: Propia
Tipo de Agregado %en la Combinación
Piedra 27
Arrocillo 25
Arena 18
Ripio 30
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
98
Límite superior ______
Límite inferior _______
Combinación _______
Límite superior ______
Límite inferior _______
Combinación _______
Gráfico N°2. Combinación Granulométrica para mezcla patrón.
Fuente: Propia
Gráfico N°3. Combinación Granulométrica para mezcla con material producto del
fresado.Fuente: Propia
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
% p
as
an
te
Tamaño del tamiz
1 3/4" 1/2" 3/8" # 4 # 8 #16 #30 #50 #100 #200
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
% p
as
an
te
Tamaño del tamiz3/4"1 1/2" 3/8" #4 # #16 #30 #5 #100 #200
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
99
EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICASDE LA
MEZCLA ASFÁLTICA CALIENTE (MAC) Y LA MEZCLA ASFÁLTICA
CON LA INCORPORACION DE MATERIAL DE FRESADO MAS EL
ADITIVO REGENERADOR.
Luego de conocer el tipo de mezcla, la caracterización de los agregados pétreos,
aquellos presentes en estado natural así como el proveniente de la escarificación, las
propiedades del cemento asfáltico, en este caso el A20 y la Combinación de Diseño
(CD), se procederá según el ensayo Marshall para representar gráficamente mediante
las curvas características de este, las propiedades físico mecánicas de cada una de las
mezclas, relacionadas con los porcentajes de cemento asfáltico añadidos a las mismas
sin considerar el remanente presente en el fresado, recordando que este solamente se
consideró para el cálculo del peso del aditivo a adicionar. Previamente se realizaron
los ensayos descritos en el capítulo anterior según sus especificaciones, como lo son:
Densidad, Estabilidad, Flujo, Vacíos Agregado Mineral, Vacíos Totales y Vacíos
Llenos de Asfalto determinados mediante el estudio del ensayo Rice.
PROPIEDADES MARSHALL PARA LA MEZCLA ASFÁLTICA PATRÓN
EN CALIENTE.
Gráfico N° 4. Densidad Vs % Cemento Asfáltico. Mezcla Patrón.
y = -0,019x2 + 0,206x + 1,875R² = 0,944
2,300
2,320
2,340
2,360
2,380
2,400
2,420
2,440
2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Den
sid
ad g
rs/c
m3
% Cemento Asfaltico
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
100
Aquí se describe una curva cóncava que se incrementa a medida que aumenta el
porcentaje de cemento asfáltico, aunque su mayor valor se obtiene en un porcentaje
menor al máximo evaluado, se aprecia que la correlación R2
es un poco menor a 0,95.
Gráfico N° 5. Estabilidad Vs % Cemento Asfáltico. Mezcla Patrón.
El comportamiento de esta curva que describe la estabilidad de la mezcla patrón
muestra que se va incrementando al aumentar el porcentaje de cemento asfáltico,
además se observa un pico en el valor de 4,5 de C.A, donde se llega a un punto
máximo, para comenzar a descender y así perder resistencia lo cual implica una
mayor deformación de la mezcla.
y = -265,2x2 + 2144,x - 1147,R² = 0,949
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
ESTA
BIL
IDA
D L
BS
% CEMENTO ASFALTICO
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
101
GráficoN° 6. Flujo Vs % Cemento Asfáltico. Mezcla Patrón.
La tendencia de la curva de flujo demuestra que a medida de que se aumenta el
porcentaje de cemento asfáltico este parámetro se va incrementando, lo que quiere
decir que la mezcla se hace más deformable, presentando a su vez una correlación
cercana a 0,95.
Gráfico N° 7. Vacíos Totales Vs % Cemento Asfáltico. Mezcla Patrón.
y = -0,476x2 + 4,857x + 1,833R² = 0,935
10
11
12
13
14
15
16
2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
FLU
JO 1
/100
PU
L
% CEMENTO ASFALTICO
y = 0,784x2 - 9,669x + 29,86R² = 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
% D
E V
AC
IOS
TOTA
LES
CEMENTO ASFALTICO (%)
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
102
La curva muestra que decrecen los vacíos totales en la mezcla al incrementarse el
porcentaje de cemento asfáltico, es decir disminuyen los espacios de aire entre las
partículas, resultando una mezcla más impermeable, lo cual es la tendencia típica para
este parámetro.
Gráfico N° 8. Vacíos de Agregado Mineral Vs % Cemento Asfáltico. Mezcla
Patrón.
La gráfica obtenida para los vacíos de agregado mineral presenta una trayectoria
que va decreciendo al aumentarse el porcentaje de cemento asfáltico, esto lo hace
hasta llegar a un punto mínimo a partir del cual se incrementa y muestra una
correlación que es prácticamente 1.
y = 0,727x2 - 6,706x + 27,93R² = 0,999
12
12,5
13
13,5
14
14,5
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
VA
M %
% DE CEMENTO ASFALTICO
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
103
GráficoN° 9. Vacíos Llenados Vs % Cemento Asfáltico. Mezcla Patrón.
En la gráfica anterior se muestra que a medida que aumenta el porcentaje de
cemento asfáltico aumenta lógicamente el porcentaje de Vacíos llenados, siendo estos
llenados por el betún presente en la mezcla patrón.
PROPIEDADES MARSHALL PARA LA MEZCLA ASFÁLTICA EN
CALIENTE CON LA INCORPORACION DEL MATERIAL FRESADO Y
ADITIVO.
Inicialmente se realizó un estudio para determinar el contenido óptimo de aditivo
para diseñar la mezcla, observe los siguientes comportamientos:
y = -4,389x2 + 58,18x - 91,00R² = 0,997
0
20
40
60
80
100
120
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
%V
AC
IOS
LLEN
AD
OS
% CEMENTO ASFALTICO
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
104
Gráfico N° 10. Densidad Vs % Porcentaje de Aditivo (Iterlene ACF 1000). Mezcla
con la incorporación de material fresado.
Aquí se observa una curva convexa, obteniéndose su máximo valor en un valor
cercano al máximo porcentaje de aditivo, lo que indica que la incorporación del
aditivo aumenta la densificación de la mezcla.
Gráfico N° 11. Flujo Vs % Porcentaje de Aditivo (Iterlene ACF 1000). Mezcla con
la incorporación de material fresado.
y = -0,145x2 + 0,491x + 1,930R² = 1
2,305
2,310
2,315
2,320
2,325
2,330
2,335
2,340
2,345
2,350
1,2 1,5 1,8
DEN
SID
AD
GR
S/C
M3
% DE ADITIVO
y = -4E-14x2 + 3,333x + 8R² = 1
11,5
12
12,5
13
13,5
14
14,5
1,2 1,5 1,8
FLU
JO 1
/100
PU
L
% DE ADITIVO
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
105
Este gráfico describe un incremento del flujo a medida que aumenta el porcentaje
de aditivo.
Gráfico N° 12. Estabilidad Vs % Porcentaje de Aditivo (Iterlene ACF 1000).
Mezcla con la incorporación de material fresado.
El comportamiento descrito en la gráfica describe una curva cóncava con ramas
asimétricas por los valores evaluados.
Gráfico N° 13. Vacíos llenados Vs % Porcentaje de Aditivo (Iterlene ACF 1000).
Mezcla con la incorporación de material fresado.
y = -3944,x2 + 11149x - 4111,R² = 1
3100
3200
3300
3400
3500
3600
3700
3800
1,2 1,5 1,8
Esta
bili
dad
LB
S
% DE ADITIVO
y = 17,6x2 - 56,56x + 75,82R² = 1
0
5
10
15
20
25
30
35
1,2 1,5 1,8% V
AC
IOS
LL
EN
AD
OS
% ADITIVO
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
106
Los valores obtenidos en la mezcla describen una curva típica de este parámetro,
donde a mayor porcentaje de aditivo en la mezcla, mayor será el porcentaje de Vacíos
Llenados.
Gráfico N° 14. Vacíos totales Vs % Porcentaje de Aditivo (Iterlene ACF 1000).
Mezcla con la incorporación de material fresado.
Se describe una curva cóncava en donde a medida que aumenta la cantidad de
aditivo aumenta la cantidad de espacios de aire entre las partículas.
Gráfico N° 15.Vacíos de agregado mineral Vs % Porcentaje de Aditivo (Iterlene
ACF 1000). Mezcla con la incorporación de material fresado.
y = 5,861x2 - 17,22x + 21,03R² = 1
8,3
8,4
8,5
8,6
8,7
8,8
8,9
9
9,1
1,2 1,5 1,8
% D
E V
AC
IOS
TOTA
LES
% ADITIVO
y = 5,444x2 - 18,43x + 27,48
11,8
12
12,2
12,4
12,6
12,8
13
13,2
13,4
1,2 1,5 1,8
% V
AC
IOS
DE
A
GR
EG
AD
OS
MIN
ER
AL
ES
% ADITIVO
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
107
Se observa un comportamiento decreciente a razón que aumenta la cantidad de
aditivo.
Se determinó el valor óptimo del aditivo a usar a través del método Covenin
SE UTILIZO LA CARTA TECNICA DEL PRODUCTO QUE INDICA UNA
DOSIFICACION DE 0,4 A 0,6 % DE ADITIVO POR CADA 10% DE MATERIAL
FRESADO UTILIZADO.
Dada la función correspondiente a la gráfica de % vacíos totales:
Por lo tanto el valor óptimo de aditivo a usar es 1,47.
Sustituyendo
Una vez determinado el valor óptimo de aditivo se observó que este valor no
cumple con los Vacíos de Agregado Mineral, por lo que tomo la decisión de elaborar
las briquetas con un porcentaje de aditivo de 0,5%, correspondiente al 10% de fresado
ya que como se estimó en un principio, usando un 30% de material de fresado fue un
valor muy ambicioso que no cumplió con los valores establecidos por la
especificación de la norma Administración Federal de Aviación en Pavimentos de
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
108
Aeropuertos (Airport Pavement Federal Aviation Administration; FAA).(Ver tabla
N°23yGráfico N°16).
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
109
Tabla Nº 23.Porcentaje en la combinación para cada agregado para la muestra con 10% de material fresado. Fuente: Propia
Tipo de Mezcla P-401 Combinación Propuesta
Material %combinación % Pasante el tamiz de
25,4mm 19,4mm 12,5mm 9,5mm 4,74mm 2,36mm 1.18mm 0,60mm 0,30mm 0,15mm 0,074mm
1 " 3/4 " 1/2 " 3/8" # 4 # 8 # 16 # 30 # 50 # 100 # 200
Arena 18,0% 100,0 100,0 100,0 98,4 86,3 69,0 52,4 32,5 19,1 9,2 6,3
Arrocillo 35,0% 100,0 100,0 100,0 100,0 74,9 50,9 34,0 23,4 17,9 12,2 8,7
Piedra Picada 37,0% 100,0 66,8 29,8 9,9 1,1 0,8 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7
Fresado 10,0% 100,0 92,7 81,5 71,5 50,1 29,6 16,4 9,5 6,6 3,9 2,0
Combinación 100,0% 100,0 87,0 72,2 63,5 47,2 33,5 23,3 15,2 10,6 6,6 4,6
Límite superior
100 98 86 77 60 46 37 27 19 16 6
Límite inferior
100 76 66 55 40 26 17 11 7 6 3
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
110
Límite superior ______
Límite inferior _______
Combinación _______
Gráfico N° 16. Combinación Granulométrica para mezcla con 10% de material
fresado. Fuente: Propia
Tabla Nº 24.Porcentaje de aditivo regenerador para la muestra con 10% de
material fresado. Fuente: Propia.
Se evalúan las propiedades físicas mecánicas de las mezclas asfálticas aportando
un 10% de material producto de la escarificación, y relacionando cada una con las
propiedades Marshall con el porcentaje de cemento asfaltico añadido a las mezclas,
sin considerar el remanente para las mezclas con incorporación de fresado, a través de
las gráficas mostradas a continuación:
% C.A Peso C.A %C.A+%C.A. Ripio
Pesos de Aditivo
0,5%
3,5% 42 g 3,5% + 0,58% = 4,08% 0,58 g
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
% p
as
an
te
1 3/4"
1/2"
3/8"
#4 #16#8 #30 #50 #100 #200
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
111
Gráfico N° 17. Densidad Vs % Cemento Asfaltico. Mezcla con 10% de fresado y
0,5 % de Aditivo.
Los valores en este parámetro van en incremento conforme aumenta el porcentaje
de cemento asfaltico, indicando que la mezcla en su máximo valor evaluado ocurre
una mayor densidad.
GráficoN° 18. Estabilidad Vs % Cemento Asfaltico. Mezcla con 10% de fresado y
0,5 % de Aditivo.
y = -0,005x2 + 0,086x + 2,012R² = 0,969
2,2102,2202,2302,2402,2502,2602,2702,2802,2902,3002,3102,320
3 3,5 4 4,5 5
DEN
SID
AD
grs
/cm
3
% CEMENTO ASFALTICO
y = -140,8x2 + 392,9x + 4034,R² = 0,939
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
3 3,5 4 4,5 5
ESTA
BIL
IDA
D L
BS
% CEMENTO ASFALTICO
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
112
El comportamiento de esta gráfica indica que a medida que aumenta la cantidad de
cemento asfaltico disminuye la resistencia de la mezcla en la condición más
desfavorable.
GráficoN° 19. Flujo Vs % Cemento Asfaltico. Mezcla con 10% de fresado y 0,5 %
de Aditivo.
Los valores obtenidos para la mezcla describen como ésta, se hace más deformable
a medida que aumenta la cantidad de cemento asfaltico.
GráficoN° 20. Vacíos Totales Vs % Cemento Asfaltico. Mezcla con 10% de
fresado y 0,5 % de Aditivo.
y = 0,571x2 - 1,371x + 10,85R² = 0,965
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
3 3,5 4 4,5 5 5,5
FLU
JO 1
/100
PU
L
% CEMENTO ASFALTICO
y = 0,201x2 - 4,703x + 22,70R² = 1
0
2
4
6
8
10
12
3 3,5 4 4,5 5
% V
AC
IOS
TO
TA
LES
% CEMENTO ASFALTICO
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
113
Estos valores indicaron que a medida que aumenta el porcentaje de cemento
asfaltico disminuyen los espacios de aire entre las partículas.
Gráfico N° 21. Vacío de Agregados Minerales Vs % Cemento Asfaltico. Mezcla
con 10% de fresado y 0,5 % de Aditivo.
Los resultados en este caso se tornaron atípicos, puesto que no hay una tendencia
ascendente en los porcentajes altos de cemento asfaltico, esto quizás se debió a la
adición de ripio que le confiere comportamientos atípicos.
Gráfico N° 22. Vacío Llenados Vs % Cemento Asfaltico. Mezcla con 10% de
fresado y 0,5 % de Aditivo.
y = 0,222x2 - 2,484x + 21,69R² = 1
14,6
14,8
15
15,2
15,4
15,6
15,8
16
16,2
16,4
3 3,5 4 4,5 5
VA
M
% CEMENTO ASFALTICO
y = 0,176x2 + 16,42x - 15,02R² = 0,999
0
20
40
60
80
3 3,5 4 4,5 5% V
AC
IOS
LLEN
AD
OS
% CEMENTO ASFALTICO
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
114
El comportamiento de la gráfica es típico de ésta, en donde la relación entre el
porcentaje de cemento asfaltico y porcentaje de vacíos llenados ascienden
simultáneamente
A través de las ecuaciones que proyectaron las gráficas se determinaron los
porcentajes de cemento asfaltico óptimo probable para cada mezcla, con este valor se
establecieron los valores de cada propiedad Marshall para luego ser comparados con
las especificaciones de la norma Administración Federal de Aviación en Pavimentos
de Aeropuertos (Airport Pavement Federal Aviation Administration; FAA.
Tabla N 25. Porcentajes de cemento asfaltico óptimo probable para cada mezcla.
Propiedad
Marshall
% C.A Optimo
Patrón
%C.A. optimo
probable con 10
% fresado
EspecificacionesSe
gún norma FAA
3,92 5,08
Contenido de
Asfalto (%)
3,92 5,08 5.0- 7.5
Estabilidad(lbs) 3183,26 2395,44 2150 Min
Flujo (1/100 pulg) 13,55 18,64 10-14
VT (%) 4,0 4,0 2.8-4.2
VAM (%) 12,83 14,8 15 Min
VLL (%) 69,64 72,97 -
Densidad (gr/cm3)
2,380 2,310 -
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
115
Una vez obtenida la tendencia de las propiedades de cada mezcla, se realizó la
comparación de comportamientos entre mezclas para tener un conocimiento más
amplio de las variaciones entre las propiedades de las mezclas propuestas, como se
muestra a continuación.
Gráfico N 23. Comparación de Estabilidad vs %Cemento Asfaltico entre mezcla
con fresado más aditivo y mezcla patrón. Fuente: Elaboración propia.
Como se puede observar la curva de la mezclas con incorporación de fresado y
aditivo regenerador tienen un comportamiento de mayor estabilidad cuando tiene
menor porcentaje de cemento asfaltico, pero su comportamiento es descendente a
medida que aumenta el porcentaje de cemento asfaltico, lo que refleja menores
valores con respecto a la mezcla patrón.
Gráfico N 24. Comparación de Flujo vs %Cemento Asfaltico entre mezcla con
fresado más aditivo y mezcla patrón. Fuente: Elaboración propia.
0500
10001500200025003000350040004500
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
ESTA
BIL
IDA
D (
Lb)
Mezcla 10% fresado+ Aditivo
Mezcla Patrón
CEMENTO ASFALTICO (%)
0
10
20
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Flu
jo (1
/10
0p
ulg
)
Cemento Asfaltico %
Flujo
Mezcla 10% Fresado + Aditivo
Mezcla Patrón
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
116
Los resultados de este parámetro muestran que el flujo se incrementa al incorporar
material de fresado y aditivo regenerador en la mezcla, lo que la hace más deformable
en la medida que aumenta la cantidad de cemento asfaltico.
Gráfico N 25. Comparación de Densidad vs %Cemento Asfaltico entre mezcla con
fresado más aditivo y mezcla patrón. Fuente: Elaboración propia.
La densidad en las mezclas con la incorporación de fresado y aditivo alcanzan
valores un poco más bajos que en el caso de la mezcla patrón, mostrando como los
valores máximos en las mezclas con incorporación de fresado y aditivo regenerador
van en incremento a medida que aumenta el porcentaje de cemento asfaltico
Gráfico N 26. Comparación de Vacíos Totalesvs %Cemento Asfaltico entre mezcla
con fresado más aditivo y mezcla patrón. Fuente: Elaboración propia.
2,200
2,250
2,300
2,350
2,400
2,450
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
De
nsi
dad
(gr/
cm3)
Cemento Asfaltico %
DENSIDAD
Mezcla 10% Fresado +Aditivo
Mezcla Patrón
0
5
10
15
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Vac
ios
Tota
les
%
Cemento Asfaltico %
VACIOS TOTALES Maezcla 10% Fresado + Aditivo
Mezcla Patrón
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
117
Aquí se observa claramente como en las dos muestras los vacíos disminuyen a
medida que aumenta el porcentaje de cemento asfaltico, pero en la muestra con la
incorporación de fresado y aditivo los vacíos totales son mayores en comparación a
la muestra patrón.
Gráfico N 27 Comparación de Vacíos Llenados vs %Cemento Asfaltico entre mezcla
con fresado más aditivo y mezcla patrón. Fuente: Elaboración propia
En esta propiedad las tendencias de las curvas son similares entre las dos mezclas,
sin embargo, para un mismo % C.A se observa que la muestra con fresado y aditivo
regenerador posee menor cantidad de vacíos llenados con asfalto en comparación a la
muestra patrón.
0
20
40
60
80
100
120
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Vac
ios
Lle
nad
os
%
Cemento Asfaltico %
VACIOS LLENADOS
Mezcla 10% Fresado + Aditivo
Mezcla Patrón
CAPÍTULOIV.ANALISIS Y RESULTADOS UCLA-DIC
118
Gráfico N 28 Comparación de Vacíos de Agregado Mineral vs %Cemento
Asfaltico entre mezcla con fresado más aditivo y mezcla patrón. Fuente: Elaboración
propia
Como se puede observar, existe una pequeña diferencia entre los resultados de la
mezcla patrón y los obtenidos de la mezcla con incorporación de fresado y aditivo, ya
que siendo las tendencias similares, los valores máximos de vacíos de agregado
mineral de la mezcla patrón no alcanza el valor mínimo de la mezcla con la
incorporación de material fresado y aditivo.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
VA
M %
Cemento Asfaltico %
VACIOS DE AGREGADO MINERAL
Mezcla 10 % fresado +Aditivo
Mezcla Patón
CAPITULO V.CONCLUSIONES UCLA-DIC
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CAPÍTULO V
CONCLUSIONES
Para la muestra patrón se obtuvo un contenido óptimo de cemento asfáltico de
3,92%, lo que resulto un comportamiento aceptable en la mezcla, dando como
resultado una tendencia típica de las propiedades Marshall.
Se observó que los materiales utilizados en la elaboración de las mezclas,
cumplieron con todos los parámetros requeridos por la norma, tanto para el cemento
asfáltico como para el material granular.
Para la mezcla no convencional donde se incorporó un 10% de material fresado y
05% de aditivo, se obtuvo un porcentaje óptimo probable superior a la mezcla patrón,
esto debido al porcentaje de ligante remanente presente en el fresado que se incorporó
a la mezcla. Esta mezcla presentó un comportamiento similar a la muestra patrón
excepto en el flujo, cumpliendo en gran parte con los limites especificados en la
norma de la Airport Pavement, Federal Aviation Administration, FAA.
Las propiedades fueron evaluadas tomando como parámetro base el diseño de
mezcla patrón, reflejándose de las comparaciones los resultados siguientes:
Mayor estabilidad para la mezcla con la incorporación de material fresado y
aditivo, en una menor proporción de cemento asfaltico añadido en ambas mezclas.
Incremento de la densidad en la muestra patrón.
Disminución de los vacíos totales en mayor porcentaje para la muestra patrón.
Existe menor porcentaje de vacíos de agregado mineral para la muestra
patrón.
CAPITULO V.CONCLUSIONES UCLA-DIC
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Se observa mayor porcentaje de vacíos llenados con asfalto en la muestra
patrón.
Se debe acotar que el flujo para la mezcla diseñada con la incorporación de
fresado y aditivo regenerador sobrepasó las especificaciones establecidas por la
Airport Pavement Federal Aviation Administration, FAA; en virtud de que se
obtuvo un valor superior al de la muestra patrón, lo que pudiera afectar el
comportamiento de este tipo de mezcla, haciéndola más deformable lo que originaría
inestabilidad bajo la acción de carga en capas de rodamiento.
Comparando los parámetros del ensayo Marshall evaluados entre la mezcla patrón
y la mezcla asfálticas con 10% de material fresado y 0,5% de aditivo regenerador, se
tienen los siguientes resultados:
En cuanto a los valores obtenidos de Densidad de la mezcla patrón es notable
su incremento, lo que para la industria se traduce al uso de menos energía y mayor
volumen de producción con la misma cantidad de cemento asfáltico añadido.
En la mezcla con material fresado y aditivo, se observó una tendencia al
descenso en cuanto al parámetro de Estabilidad, se puede afirmar por los resultados
que la mezcla patrón, resultó ser la más estable.
Es notable que los valores del Flujo para las mezclas modificadas con respecto
a la patrón, presentan una mayor deformación al rango permitido por norma, con
valores de 17 y 18 para un porcentajes de aditivo de 0,50% y 10% de material
fresado, haciéndolas más deformable y originando inestabilidad bajo la acción de
cargas.
En cuanto a los Vacíos Totales para la mezcla con material fresado y aditivo
aumentaron en comparación con la mezcla patrón.
En relación a los Vacíos de Agregado Mineral, para las mezclas realizadas se
observó que presentaron valores inferiores al mínimo establecido en las
especificaciones, a pesar de que los vacíos totales cumplen, presumiéndose por tesis
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anteriores y por esta experiencia que no existe correspondencia directa entre estos
parámetros, por estar en presencia de un agregado no convencional proveniente del
fresado, que al ser sometido a temperaturas de mezclado el cemento asfáltico presente
se activa generando una modificación en el tamaño de las partículas, produciéndose
cambios en la granulometría resultando un material más fino del originalmente
estudiado. Se observa sin embargo que con el aditivo y el 10% de material fresado
el valor de VAM es muy cercano a 15.
De acuerdo a lo anteriormente expuesto no existe la suficiente cantidad de vacíos
para la cantidad de cemento asfáltico, esto pudo obedecer al remanente presente en el
fresado. En consecuencia una mezcla asfáltica sujeta a esta condición puede
ocasionar inestabilidad en el pavimento, una vez sometido al tránsito, por la
reorientación de las partículas de agregado y compactación adicional.
Se pudo observar que los Vacíos Llenados con Asfalto en mezclas con aditivo
presentaron valores por encima de la mezcla patrón.
Como resultado de lo anteriormente expuesto y en base a las especificaciones
de la Norma de la Airport Pavement, Federal Aviation Administration, FAA para
el tipo de mezcla P-401, los diseños propuestos con y sin adicion de material
Fresado mas un aditivo regenerador ,al no cumplir con la propiedad de vacíos de
agregado mineral y Flujo no son aceptables para la elaboración de mezclas
asfálticas para aeropuertos, por lo que no fue posible seleccionar un diseño de
mezcla asfáltica que logre cubrir todos los requisitos necesarios para obtener un
producto de calidad y en donde se pueda aprovechar el materia Fresado y de esta
manera se pueda frenar la manera tan agresiva como están siendo explotados los
ríos de donde se extraen los materiales utilizados para la elaboración de las
mezclas asfálticas.
Por lo antes expuesto hace necesario que en Venezuela se desarrollen más
trabajos bajo esta línea de investigación que proporcionen al investigador las
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herramientas necesarias, que permitan el aprovechamiento del material producto
de la escarificación (Fresado),como elemento complementario de agregados
naturales y en donde se establezcan las propiedades a evaluar y sus límites de
aceptación para el diseño de mezclas no convencionales para vías terrestres y
aeroportuarias de nuestro país.
CAPITULO V.CONCLUSIONES UCLA-DIC
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RECOMENDACIONES
Desarrollar el estudio del comportamiento físico mecánico de la mezcla en
caliente con la incorporación de material de fresado variando el rango del mismo
entre 10 y 20%, con la finalidad de establecer comparación con los resultados de esta
investigación.
Es necesario profundizar en Venezuela en este tipo de investigaciones dirigidas
a la utilización de material reciclado, para implementar normas y especificaciones
adecuadas, basadas no solo en pruebas experimentales si no también realizando
estudios detallados de cada una de las normas vigentes de países más desarrollados en
esta área, adaptando las que más similitudes tengan con respecto al clima, materiales,
entre otros factores propios de nuestras regiones.
Evaluar la incorporación delmaterial fresado de manera definitiva como
tecnología en la infraestructura vial venezolana, por sus grandes beneficios a nivel
ambiental, para complementarse con la estructura sostenible a causa de la
preocupación mundial por preservarel medio ambiente. A través del aprovechamiento
de los recursos disponibles en las vías en franco deterioro. Minimizando la necesidad
de utilizar nuevos materiales (áridos, betún, etc.), lo que se traduce a su vez en
disminución de costos.
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BIBLIOGRAFÍA
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