RECICLADO DE PAVIMENTOS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA …

RECICLADO DE PAVIMENTOS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA PARA DIFERENTES DOSIFICACIONES

DE ASFALTO Y PERIODOS DE ROMPIMIENTO

Juan Gabriel Naranjo González

Asesor: Jaime Wills

Universidad de los Andes

Facultada de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Bogotá, diciembre 2016

2

Agradecimientos

En primer lugar, agradezco a mis abuelos, Agustín González y Priscila Chaux, quienes me han

apoyado en todo y me han criado de la mejor manera. Igualmente, a mi tío, Luis Alberto González,

quien se interesó en mi educación y me brindó la oportunidad de estudiar en una excelente

Universidad.

En segundo lugar, agradezco a mi asesor Jaime Wills por su gran apoyo durante todo el proceso

investigativo, por su interés, generosidad y por lo mucho que aprendí con su amplio conocimiento.

Finalmente, a los estudiantes Camilo Paredes, Daniel Rodríguez y Joaquín Montalvo por su arduo

trabajo dentro y fuera del laboratorio y quienes aportaron sus conocimientos y colaboración en el

desarrollo de la investigación.

3

Tabla de contenido

Agradecimientos ................................................................................................................................. 2

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 7

2. OBJETIVOS ................................................................................................................................. 10

2.1. General .............................................................................................................................. 10

2.2. Específicos ......................................................................................................................... 10

3. MATERIALES .............................................................................................................................. 11

3.1. Agregados .......................................................................................................................... 11

3.1.1. Granulometría: .......................................................................................................... 12

3.2. Emulsión Asfáltica ............................................................................................................. 13

4. ENSAYOS .................................................................................................................................... 15

4.1. Gravedad Especifica Bulk (Gmb) ....................................................................................... 15

4.2. Gravedad Teórica Máxima (Gmm) .................................................................................... 16

4.3. Marshall ............................................................................................................................. 17

5. METODOLOGÍA .......................................................................................................................... 19

5.1. General .............................................................................................................................. 19

5.2. Separación de Material ..................................................................................................... 19

5.3. Porcentaje de Asfalto ........................................................................................................ 20

5.4. Peso de emulsión y material para cada tamiz ................................................................... 21

5.5. Preparación de la mezcla .................................................................................................. 23

5.6. Compactación .................................................................................................................... 24

5.7. Ensayos .............................................................................................................................. 25

5.7.1. Gmb: .......................................................................................................................... 25

5.7.2. Gmm: ......................................................................................................................... 26

5.7.3. Marshall: .................................................................................................................... 27

6. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................ 29

6.1. Gmb 29

6.2. Gmm 30

6.3. Porcentaje de vacíos ......................................................................................................... 32

6.4. Compactador giratorio (GIROS)......................................................................................... 32

6.5. Marshall ............................................................................................................................. 33

6.5.1. Gmb: .......................................................................................................................... 33

6.5.2. Estabilidad y Flujo:..................................................................................................... 35

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................................... 42

4

Bibliografía ........................................................................................................................................ 43

5

Lista de ilustraciones:

Figura 1. Mezcla asfáltica común con material reciclado. ................................................................ 11

Figura 2. Granulometría. ................................................................................................................... 13

Figura 3. Representación de una emulsión anicónica y catiónica. .................................................... 14

Figura 4. Compactador giratorio. ...................................................................................................... 18

Figura 5. Serie de tamices. ................................................................................................................ 19

Figura 6. Emulsión en Bandeja 1. ...................................................................................................... 20

Figura 7. Preparación de la mezcla. Figura 8. Mezcla asfáltica. ........................................... 24

Figura 9. Compactador giratorio. Figura 10. Aplicando presión de 800 Kpa. ........................ 24

Figura 11. Probetas compactadas. .................................................................................................... 25

Figura 12. Muestra suelta. ................................................................................................................ 26

Figura 13. Muestra con agua en frasco de vacío. ............................................................................. 26

Figura 14. Falla de probeta. .............................................................................................................. 28

Figura 15. Probetas falladas.............................................................................................................. 28

Figura 16. Dosificación vs. Gmb. ....................................................................................................... 30

Figura 17. Dosificación vs. Gmm. ...................................................................................................... 31

Figura 18. Dosificación vs. Gmb. ....................................................................................................... 35

Figura 19. Dosificación vs. Estabilidad. ............................................................................................. 39

Figura 20. Dosificación vs. Flujo. ....................................................................................................... 40

6

Lista de tablas:

Tabla 1. Granulometría admisible para capas estabilizadas con emulsión asfáltica. ...................... 12

Tabla 2. Cantidad de material necesario para cumplir límites. ........................................................ 12

Tabla 3. Variables definidas de las probetas. .................................................................................... 20

Tabla 4. Pesos de emulsión para cada bandeja. ............................................................................... 21

Tabla 5. Peso perdido y Porcentaje de asfalto para cada día. .......................................................... 21

Tabla 6. Pesos para las dosificaciones de 50 L/m3 y 70 L/m3........................................................... 22

Tabla 7. Pesos para las dosificaciones de 90 L/m3 y 130 L/m3 ........................................................ 22

Tabla 8. Pesos para las dosificaciones de 160 L/m3 y190 L/m3 ....................................................... 23

Tabla 9. Promedio del diámetro de las probetas. ............................................................................. 29

Tabla 10. Promedio de la altura de las probetas .............................................................................. 29

Tabla 11. Resultados Gmb. ................................................................................................................ 30

Tabla 12. Resultados Gmm................................................................................................................ 31

Tabla 13. Porcentaje de vacíos para cada dosificación. .................................................................... 32

Tabla 14. Giros para las probetas de 3 días. ..................................................................................... 32

Tabla 15. Giros para las probetas de 7 días. ..................................................................................... 33

Tabla 16. Giros para las probetas de14 días. .................................................................................... 33

Tabla 17. Datos y resultados Gmb para 3 días. ................................................................................. 33

Tabla 18. Datos y resultados Gmb para 7 días. ................................................................................. 34

Tabla 19. Datos y resultados Gmb para 14 días. ............................................................................... 34

Tabla 20. Promedio de Gmb para cada dosificación y periodo de rompimiento. ............................. 34

Tabla 21. Estabilidad y Flujo de cada muestra y dosificación para 3 días. ....................................... 36

Tabla 22. Valores máximos de estabilidad y flujo para cada dosificación para 3 días. .................... 39

Tabla 23. Estabilidad y Flujo de cada muestra y dosificación para 7 días. ....................................... 37

Tabla 24. Valores máximos de estabilidad y flujo para cada dosificación para 7 días. .................... 39

Tabla 25. Estabilidad y Flujo de cada muestra y dosificación para 14 días. ..................................... 38

Tabla 26. Valores máximos de estabilidad y flujo para cada dosificación para 14 días. .................. 39

7

1. INTRODUCCIÓN

Hoy en día, el papel del medio ambiente se ha convertido de suma importancia debido al malo

uso de recursos y actividades contaminantes. Por esto, nuevas técnicas se han desarrollado y

convertido en tendencia por el beneficio que traen al medio ambiente, una de ellas es el uso de

emulsiones asfálticas que son compuestos constituidos por una pequeña porción de asfalto,

estabilizado en una fase acuosa, agua; y un agente emulsificante (Mercado, Bracho, & Avendaño,

2008). Existen también diferentes tipos de emulsión las cuales serán abordadas en el transcurso del

texto. Estos compuestos bituminosos son usados a temperatura ambiente, por esta razón llevan el

nombre de mezclas asfálticas en frío, lo que implica que no es necesario la adición de calor. Por el

contrario, las mezclas asfálticas en caliente, al suministrarle calor, las cuales puede llegar a

temperaturas superiores a 150°C, emiten bastantes gases tóxicos que afectan el aire y a los usuarios

que lo manipulan. Por lo anterior, esta investigación es amigable con el medio ambiente debido a

que se realizara ensayos que permiten el uso de emulsión asfáltica.

Durante muchos años, investigadores han venido experimentando nuevos materiales y técnicas en

el diseño de un pavimento tanto rígido como flexible. Los pavimentos rígidos se caracterizan por

utilizar concreto hidráulico mientras que los flexibles utilizan concreto asfaltico. Estos dos materiales

tienen funciones similares, la cual es servir como ligante en la mezcla para que todas las partículas,

de diferentes tamaños, se adhieran entre si y así generar las propiedades físicas adecuadas para un

pavimento, que cumpla durabilidad y resistencia al paso de vehículos. Una estructura de pavimento

está hecha por diferentes capas que pueden contener diferentes materiales, espesores,

propiedades y modos de falla diferentes.

Las mezclas asfálticas o concreto asfaltico consisten en la mezcla de agregados, tanto gruesos como

finos, y asfalto. Estas mezclas asfálticas tienen unas propiedades específicas como resistencia a

cargas de tráfico, resistencia a condiciones climáticas, impermeabilidad, etc. Para que se logren

estas propiedades es necesario que la mezcla tenga características concretas en cuanto a porcentaje

de vacíos, porcentaje de asfalto en la mezcla, gravedad específica máxima, gravedad específica Bulk

y densidad de la mezcla asfáltica. La gravedad específica de Bulk es la relación entre el peso en aire

del volumen de agregado (incluyendo vacíos permeables e impermeables, pero no entre partículas)

y el peso en el aire de un volumen igual de agua destilada. Este procedimiento es necesario para

calcular el porcentaje de vacíos de aire y el porcentaje óptimo de asfalto en el diseño Marshall.

Mientras que la gravedad específica máxima es la relación en peso de una muestra de sólidos y de

8

agua en una misma cantidad de volumen. Para el desarrollo correcto de este proyecto y el

procedimiento de laboratorio se tuvo en cuenta algunas normas que especifican ciertos procesos

que ayudan a minimizar errores tanto sistemáticos como aleatorios. Algunas de estas normas

utilizadas fueron I.N.V E 223-07, I.N.V E 735-07, I.N.V E 733-07 y I.N.V E 736-07.

Por otra parte, los agregados aportan resistencia a las mezclas asfálticas quienes poseen diferentes

orígenes, estos pueden ser extraídos de ríos o hasta pueden provenir de la reutilización de un

pavimento ya existente. Para esta investigación, se utilizará un material reciclado proveniente de la

trituración de la vía Bogotá-Villavicencio. Este material se usará como 100% agregado, es decir, que

la mezcla asfáltica solo contiene este tipo de material el cual aporta un porcentaje mínimo de asfalto

que ayuda a la emulsión para que las partículas se adhieran con mayor facilidad.

Con base al contexto anterior, se decide proponer una investigación acerca de las dosificaciones

optimas que puede tener una mezcla asfáltica en frio. Para ello, se mitigó sobre los valores más

comunes de dosificaciones dadas por el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) y expertos en el tema.

En un principio, se planteó la posibilidad de realizar probetas con dosificaciones específicas como

50, 70 y 90 Litros de emulsión por metro cubico de mezcla, pero al fallar la de 50 L/m3 en el

compactador Marshall, ésta no tuvo una compactación suficiente para que todas las partículas del

fresado se adhirieran entre sí gracias al ligante. Por ello, se decidió ensayar nuevas dosificaciones

con mayor porcentaje de asfalto para obtener una mezcla homogénea y firme, que pueda soportar

los respectivos ensayos de resistencia. Pero, al realizar las mezclas con las nuevas dosificaciones, las

cuales eran 130, 160 y 190 L/m3, se resuelve en realizar ensayos para determinar los porcentajes

de vacíos de cada una de las dosificaciones con el fin de elegir la mejor de estas y tener una

investigación con mayor profundidad.

Como se mencionó con anterioridad, no se obtuvo el resultado esperado con el compactador

Marshall, y fue por eso que se optó por compactar las mezclas con el compactador giratorio, el cual

consiste en la aplicación de carga de 800 KPa mientras que el molde, donde se encuentra la mezcla,

va girando en su mismo eje. Esta máquina tiene la ventaja de generar la probeta con el diámetro y

altura deseada, además de medir los giros requeridos para llegar a las dimensiones especificadas.

Al tener el modo de compactar las mezclas, el material fresado utilizado como agregado y las

proporciones de emulsión para cada mezcla, se procede a realizar todas las probetas con sus

respectivas dosificaciones, pero, como se trata de una emulsión que trabaja como ligante, es

necesario determinar los periodos en los cuales se van a dejar estas probetas y conocer el periodo

9

en el cual la emulsión se “rompe” y alcanza sus propiedades mecánicas máximas. Para ello, se dejó

en una bandeja una cantidad de emulsión conocida y se registraba el peso para conocer el

porcentaje de agua que perdía a medida que el tiempo pasaba. Este proceso se realizó dos veces

con el fin de mitigar el error y conocer los periodos de rompimiento óptimos de la mezcla.

Finalmente, una vez obtenido todas las variables de la investigación, se realiza el ensayo Marshall

para determinar la estabilidad y flujo de las mezclas asfálticas, con el fin de seleccionar la

dosificación y periodo de rompimiento optima que maximiza estos parámetros.

10

2. OBJETIVOS

2.1. General

El objetivo general de esta investigación es analizar y conocer la proporción de asfalto optima y

el periodo en el cual una emulsión alcanza sus propiedades mecánicas máximas para mezclas

asfálticas en frío.

2.2. Específicos

Los objetivos específicos para lograr el general son los siguientes:

Determinar las mejores dosificaciones con el fin de tener un mayor margen a la hora de

elegir el óptimo.

Determinar el periodo de rompimiento de la emulsión con base a su tipo (Rompimiento

Lento) y la cantidad de agua perdida al paso de los días.

Realizar ensayos que determinen porcentajes de vacíos para hallar el tipo de mezcla y

obtener las dosificaciones que menor porcentaje tengan.

Seleccionar el mejor modo de compactar las probetas y realizar las diferentes mezclas

asfálticas.

Realizar ensayos de resistencia para encontrar parámetros necesarios para la correcta

comparación de resultados.

11

3. MATERIALES

Una mezcla asfáltica en frio es un compuesto el cual consiste en la unión de agregados y

emulsión asfáltica. El primero le da las propiedades mecánicas necesarias para que pueda

resistir diferentes factores que se presentan en su vida útil, mientras que el segundo, tiene como

función ser un ligante, es decir, para que todos los agregados se adhieran entre sí.

Adicionalmente, los vacíos también están presentes en las mezclas, y estos son el espacio que

no contiene emulsión ni agregados. Con el fin de entender mejor el comportamiento, la textura,

el color y el manejo del RAP, material fresado, se decidió que este sería el que se usara como

100% agregado. También, por términos ecológicos y experimentar nuevas técnicas se usó la

emulsión como ligante. A continuación, se mostrará una mezcla típica con material reciclado:

Figura 1. Mezcla asfáltica común con material reciclado

Tomado de: https://pavementengineering.blogspot.com.co/p/hma-pavements-are-classified-as.html.

Como se puede observar en la Figura 1, esta mezcla asfáltica no presenta mucho porcentaje de

vacíos por lo que contiene partículas de todos los tamaños, los cuales se pueden acomodar de

manera más efectiva dentro del volumen de la mezcla. Por otra parte, los vacíos en el agregado

mineral, VAM, se encuentran entre el 11 y 17% y son los espacios de aire que existen entre las

partículas, incluyendo los espacios que están llenos de asfalto (N. Asphalt Pavement Association,

s.f.). Para entender un poco mejor el tipo y la proveniencia de los materiales utilizados, se explicará

brevemente cada uno de ellos.

3.1. Agregados

Como se había mencionado antes, los agregados para esta investigación serán 100% material

reciclado. Reclaimed Asphalt Pavement (RAP), es el material obtenido gracias a la trituración o

desintegración in situ por medio de equipos de fresado de un pavimento ya existente. El material

12

utilizado en la investigación fue extraído de una obra vial encontrada en el kilómetro 4 vía Bogotá-

Villavicencio.

3.1.1. Granulometría:

Uno de las propiedades más importantes que poseen los agregados es la granulometría, y

existen límites admisibles que se debe cumplir para todo tipo de mezcla. Se usó la especificación

IDU 440-11 “Capas de material Granular estabilizado con emulsión asfáltica” debido a que los

valores de la especificación que contempla la capa con material reciclado son bastante dispersos, lo

que puede generar errores a la hora del diseño de la mezcla. La siguiente tabla presenta los valores

admisibles para capas estabilizadas con emulsión asfáltica (IDU, 2011).

Tabla 1. Granulometría admisible para capas estabilizadas con emulsión asfáltica.

TIPO DE CAPA

TAMIZ (mm / U.S. Standard)

37.5 25 12.5 9.5 4.75 2 0.425 0.075

1 1/2" 1" 1/2" 3/8" No. 4 No. 10 No. 40 No. 200

% PASA

Clase A, B ó C

Gr1 100 70-100 46-75 39-68 26-53 16-39 6-22 3-15

Gr2 - 100 54-79 45-71 29-55 17-40 6-22 3-12 Tomado de: http://app.idu.gov.co/espec_tecnicas/Capitulo_4/440-11.pdf.

El tipo Gr1 que se muestra en la tabla 1, fue el que se utilizó para que cumpliera los limites

granulométricos. Posteriormente, se supone una muestra de 2000 gr y se calcula el material que

debe estar en cada tamiz para cumplir tanto con el limite inferior como el superior.

Tabla 2. Cantidad de material necesario para cumplir límites.

Como se observa en la tabla anterior, todos los tamices cumplen con los limites inferiores y

superiores. Para ver esto con más detalle, se presentará la siguiente grafica con los limites

superiores e inferiores junto con el porcentaje que pasa del material fresado:

Tamiz Material (gr) %Retenido %Pasa Lim. Inf. Lim. Sup. ¿Cumple?

1" 55 3% 97.25% 70% 100% Si

1/2" 510 26% 71.75% 46% 75% Si

3/8" 340 17% 54.75% 39% 68% Si

No. 4 490 25% 30.25% 26% 53% Si

No. 10 275 14% 16.50% 16% 39% Si

No.40 160 8% 8.50% 6% 22% Si

No. 200 70 4% 5.000% 3% 15% Si

Fondo 100 5.000% 0.000% 0% 0% Si

TOTAL (gr) 2000 100%

13

Figura 2. Granulometría.

Con base a esto, se establece los valores de estos pesos separando el material fresado por cada

tamaño del tamiz. Esto facilito el cumplimiento de los limites admisibles de la granulometría

escogida. Una vez escogida los tipos de agregados, es importante elegir el ligante más apropiado

para una correcta adherencia entre ellos.

3.2. Emulsión Asfáltica

Se puede definir una emulsión asfáltica como una dispersión fina, estabilizada de un líquido en

otro, los cuales no son miscibles entre sí, para este caso son el agua y el asfalto, y están unidos por

un emulsificante, emulsionante o emulgente (Rodríguez, Castaño, & Martínez, 2001). Como se ha

dicho en el transcurso del documento, la emulsión servirá para cubrir los agregados para que estos

puedan adherirse entre sí. También, existen diferentes tipos de emulsión que depende según la

carga del emulsificante y tiempo de estabilidad. Es importante aclarar que la emulsión utilizada para

la investigación fue una Catiónica de Rompimiento Lento, debido a que esta tiene mejor

funcionamiento para lo que se realizara. A continuación, se definirán algunos de estos tipos.

Tabla 3. Según emulsificante.

Emulsificante

Tipo Descripción

Anicónica Este tipo de emulsión, cuando el agente emulsificante reacciona con el agua, se crea una polaridad negativa, es decir, que adquieren una carga negativa.

Catiónica Este tipo de emulsión, cuando el agente emulsificante reacciona con el agua, se crea una polaridad positiva, es decir, que adquieren una carga positiva.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

% P

asa

Tamiz

Granulometría Gr1

Limite inferior

Limite superior

%Pasa

14

La siguiente imagen muestra de manera más clara los tipos de emulsión según su emulsificante:

Figura 3. Representación de una emulsión anicónica y catiónica

Tomado de: http://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/DocumentoTecnico/dt23.pdf

Tabla 4. Según Estabilidad

Estabilidad

Tipo Descripción

Rompimiento Rápido Este tipo comprende emulsiones que se caracterizan por el rompimiento rápido al regarse y son adecuados para tratamiento superficiales; por lo general, este tipo de emulsión no resultan adecuadas para mezclas con agregado pétreo.

Rompimiento Medio Son emulsiones con estabilidad suficiente para permitir el mezclado, antes de su ruptura, con agregados pétreos de cierta granulometría; contienen más estabilizantes que las emulsiones de rompimiento raído

Rompimiento Lento Son emulsiones con suficiente estabilidad química y mecánica para cualquier trabajo en el cual, se requiera la mezcla con material pétreo, incluyendo materiales con gran proporción de finos o materiales químicamente activos como lo es el cemento o la cal.

http://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/DocumentoTecnico/dt23.pdf

15

4. ENSAYOS

Con el fin de realizar una investigación profunda y concisa, se realizaron diferentes ensayos con

el fin de determinar ciertos parámetros necesarios para elegir adecuadamente las dosificaciones y

periodo de rompimiento. Para ello, se explicará brevemente sus respectivos objetivos y conceptos

requeridos para el estudio de los resultados.

4.1. Gravedad Especifica Bulk (Gmb)

Los objetivos principales de este ensayo es determinar la gravedad específica de Bulk, Bulk saturada

y aparente y calcular el porcentaje de absorción de la mezcla. Mientras que, la gravedad específica

es la relación entre la masa de un volumen de sólidos y la masa de un volumen igual de agua.

𝐺𝑆 =𝑚𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠

𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎

Por otro lado, la gravedad especifica de Bulk se define como la relación entre el peso en el aire del

volumen de agregado (incluyendo los vacíos permeables e impermeables de sus partículas, pero no

los vacíos entre partículas) a una determinada temperatura y el peso en el aire de un volumen igual

de agua destilada, libre de gas, a la misma temperatura. Esta gravedad se llama aparente cuando en

vez de usar el peso en el aire del volumen total de agregados, se tiene en cuenta solo el peso en el

aire del volumen de la porción impermeable de agregados. Finalmente, la gravedad específica de

Bulk en condición saturada tiene en cuenta en la relación el peso en el aire en condición saturada y

superficialmente seca incluyendo el peso del agua.

𝐺𝑠𝑏 =𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎

𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝.𝑠𝑒𝑐𝑎 − 𝑚𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝐺𝑠𝑏𝑠𝑠𝑠 =𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝.𝑠𝑒𝑐𝑎

𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝.𝑠𝑒𝑐𝑎 − 𝑚𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝐺𝑠𝑎 =𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎

𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 − 𝑚𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎

Esto quiere decir que, para sacar estas gravedades, es necesario pesar la muestra asfáltica seca,

sumergida en agua y superficialmente seca, es decir secada con una toalla después de sumergida.

16

Para este informe, solamente es necesario obtener el valor de la primera gravedad específica de

Bulk, ya que ese es el valor necesario para la práctica de Marshall.

Es importante aclarar que la temperatura a la cual se deben pesar las mezclas es a 25 °C, ya que a

esta temperatura la densidad del agua es 1 kg/m3.

4.2. Gravedad Teórica Máxima (Gmm)

El objetivo principal de esta práctica es determinación la gravedad específica máxima teórica y

densidad de mezclas asfálticas en caliente para pavimentos a 25º C (77º F), sin compactar. A

continuación, se definirá algunos conceptos necesarios para realizar el estudio de esta práctica.

Densidad: Es la relación entre la masa y el volumen de un metro cúbico de mezcla a 25° C.

Presión Residual: Es la presión que siente la mezcla asfáltica dentro de un frasco de vacío

cuando se aplica vacío hasta reducirla a 4 kPa.

Gravedad específica: Es la relación en peso de una muestra de sólidos y de agua en una

misma cantidad de volumen.

Asfalto: Sustancia que constituye la fracción más pesada del petróleo crudo y se utiliza

mezclado con arena o gravilla para pavimentar caminos. En este caso será la emulsión

asfáltica.

Agregados: Material de relleno que aporta resistencia, fresado.

Mezcla asfáltica: Es un material compuesto por asfalto y agregados minerales y es utilizada

para la construcción de pavimentos.

A continuación, se muestra la ecuación para determinar la Gravedad específica máxima teórica, esta

se puede calcular cunado se pesa en aire o en agua:

En agua:

𝐺𝑚𝑚 =𝐴

𝐴 − 𝐶

En aire:

𝐺𝑚𝑚 =𝐴

𝐴 + 𝐷 − 𝐸

17

Donde:

A: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜 [𝑔𝑟] C: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 𝑎 25° 𝐶 [𝑔𝑟] D: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 25° 𝐶 [𝑔𝑟] E: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑦 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑎 25° 𝐶 [𝑔𝑟]

4.3. Marshall

El objetivo principal de este ensayo es determinar el porcentaje de asfalto óptimo como el

promedio del contenido que maximice el valor de la gravedad específica de Bulk, el flujo y de la

estabilidad de la mezcla. A continuación, se definirá algunos conceptos necesarios para realizar el

estudio de esta práctica.

Estabilidad: Es la consistencia o permanencia en un estado y depende de los electrones de

valencia. Para esta práctica la estabilidad se tomará como el valor de la fuerza máxima antes

de la falla.

Flujo: Es la deformación vertical en el momento de la falla que le ocurre a la muestra cuando

es sometido a carga vertical.

Gravedad especifica Bulk: Es la relación entre el peso de la muestra seca en aire y la

diferencia entre el peso saturado superficialmente y el peso en agua

𝐺𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝐵𝑢𝑙𝑘 =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑆𝑆 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎

Deformación unitaria: Medida del cambio de tamaño o longitud de la muestra.

Para esta práctica se utilizaron algunos instrumentos que se definirán a continuación

Compactador giratorio: Es un dispositivo que aplica presión (800 Kpa) a una muestra a

través de una carga operada hidráulica o mecánicamente. La carga se aplica en la parte

superior de la muestra y cubre casi toda el área superior de esta. También, posee una

inclinación de 1.25° y gira a 30 revoluciones por minuto a medida que la carga se aplica

continuamente. Esto ayuda a que las partículas puedan conseguir una orientación similar a

la obtenida en el campo usando un compactador de rodillo (Pavement Interactive, 2011).

18

Figura 4. Compactador giratorio.

Prensa: Es empleado para llevar a la ruptura las probetas previamente fabricadas.

Medidor de estabilidad: Mide la resistencia de las probetas.

Deformímetro: Instrumento para medir cambio de longitud. Existes dos tipos:

Mecánico: Miden desplazamiento o deflexiones del material el cual es sometido a

carga, aunque el usuario debe calcular la deformación.

Eléctrico: Este tipo de deformímetro se adhiere al material que se deforma junto a

éste.

19

5. METODOLOGÍA

5.1. General A continuación, se mostrará el procedimiento general de la investigación:

5.2. Separación de Material

En primer lugar, cuando se consiguió el material fresado, se tamizo todo y se fue separando por

tamaños de los agregados. Esto ayudo a la hora de cumplir la granulometría debido a que todas las

muestras iban a tener el mismo porcentaje de material según la dosificación.

Figura 5. Serie de tamices.

Luego, una vez separado todo el material por los tamaños de los tamices necesarios, se prosiguió a

realizar la mezcla. Para ello, se definió algunas variables requeridas para la compactación y falla de

las muestras. Estos son las dimensiones de las probetas, radio y altura, peso y finalmente se halló la

densidad con el fin de encontrar el % de emulsión y asfalto en la mezcla.

•Definir dosificaciones y periodos de rompimiento.

•Definir granulometría.

•Diseñar la mezcla.

•Preparación mezcla para diferentes dosificaciones.

•Realizar ensayo Marshall y asegurarse si las dosificaciones seleccionadas son las adecuadas.

•Elegir las 3 dosificaciones que posean los mejores resultados en estabilidad y flujo.

•Realizar los ensayos de Gmm y Gmb para determinar porcentaje de vacios de las mezclas.

•Realizar el mismo procedimiento para diferentes periodos de rompiemiento (3, 7 y 14días).

•Comparar resultados y elegir la dosificación y periodo de rompimiento optimo.

20

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =𝑀𝑎𝑠𝑎

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛

A continuación, se muestra los valores utilizados para realizar la preparación de la mezcla.

Tabla 5. Variables definidas de las probetas.

5.3. Porcentaje de Asfalto

Como se sabe, las emulsiones están compuestas por agua y asfalto, y para hallar el

porcentaje de asfalto que contenía la emulsión que se utilizara, se dejó en reposo y a temperatura

ambiente, dos bandejas de diferentes dimensiones con una cantidad conocida de emulsión. Esto se

realizó con el fin de determinar el peso perdido y el porcentaje de asfalto con el paso de los días,

hasta que la emulsión cambiara de color y se volviera sólida, en este punto es donde llega al grado

máximo de rompimiento.

Figura 6. Emulsión en Bandeja 1.

Los resultados obtenidos se muestran a continuación:

Radio 5 cm

Altura 10 cm

Volumen 785.3982 cm3

Peso 1700 gr

2.164507 gr/cm3

2164.507 kg/m3Densidad

21

Tabla 6. Pesos de emulsión para cada bandeja.

Tabla 7. Peso perdido y Porcentaje de asfalto para cada día.

Gracias a estos datos, se decidió trabajar con un contenido de asfalto en la emulsión de 58.11% ya

que este fue el valor inicial de que se encontró en la emulsión utilizada.

5.4. Peso de emulsión y material para cada tamiz

Como se había mencionado antes, en un principio se eligieron tres dosificaciones diferentes,

pero con el propósito de ampliar la investigación, también se propusieron otras tres dosificaciones

de mayor valor. Estas fueron 50, 70, 90, 130, 160 y 190 L/m3 (Litros de emulsión por metro cubico

de la mezcla) y con el valor del porcentaje de asfalto, la densidad de la mezcla y asumiendo la

densidad de la emulsión como 1 L/m3, se determinó el % de emulsión y el % de asfalto en la mezcla.

Las siguientes formulas se usaron para encontrar dichos valores:

% 𝐸𝑚𝑢𝑙𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 =𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑

𝐷𝑜𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛

% 𝐴𝑠𝑓𝑎𝑙𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = % 𝐸𝑚𝑢𝑙𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 ∗ % 𝐴𝑠𝑓𝑎𝑙𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑚𝑢𝑙𝑠𝑖ó𝑛

Por otra parte, para hallar el peso del material para cada tamiz, se utilizó la tabla 2 y se encontró un

factor de conversión debido a que el peso total de los agregados es diferente al peso de la mezcla.

Con este valor, se multiplica por el peso del material de cada tamaño para encontrar el

correspondiente a 1700 gr.

Peso Bandeja (g) 651.83 Peso Bandeja+Periodi (g) 31.4

Peso Bandeja+ Emulsión (g) 1128.98 Peso Bandeja+Peri+Emulsión (g) 369.37

Peso inicial (g) 477.15 Peso inicial (g) 337.97

Contenido de asfalto 58.11% Contenido de asfalto 58.11%

Peso esperado de asfalto (g) 277.2719 Peso esperado de asfalto (g) 196.3944

BANDEJA 1 BANDEJA 2

Fecha Día Peso (g) Perdido % Asfalto Fecha Día Peso (g) Perdido % Asfalto

0 477.15 14-oct 0 337.97

11-oct 1 425.49 51.66 89.17322 16-oct 1 253.13 84.84 74.89718

12-oct 2 347.37 78.12 72.80101 17-oct 2 224.51 28.62 66.42897

13-oct 3 303.57 43.8 63.6215 18-oct 3 198.34 26.17 58.68568

14-oct 4 251.46 52.11 52.70041

BANDEJA 1 BANDEJA 2

22

Se realizó el mismo procedimiento para cada dosificación y finalmente, se encontró el peso

requerido de la emulsión y el peso de los agregados. Los resultados obtenidos se muestran en las

siguientes tablas:

Tabla 8. Pesos para las dosificaciones de 50 L/m3 y 70 L/m3

Tabla 9. Pesos para las dosificaciones de 90 L/m3 y 130 L/m3

50 70

2.31% 3.23%

1.34% 1.88%

39 55

1661 1645

0.8305 0.8225

Peso (g) Peso (g)

45.68 45.24

423.56 419.48

282.37 279.65

406.95 403.03

228.39 226.19

132.88 131.60

58.14 57.58

83.05 82.25

1661 1645TOTAL (gr)

Factor conversión

Tamiz

1"

1/2"

TOTAL (gr)

Fondo

No. 200

Fondo

3/8"

1"

No. 10

No.40

No. 4

No. 10

No.40

No. 200

No. 4

DOSIFICACIÓN 2

Dosificación (L/m3) o (Kg/m3)Dosificación (L/m3) o (Kg/m3)

% Emulsión en mezcla% Emulsión en mezcla

DOSIFICACIÓN 1

Peso emulsión en mezcla (g)

Peso agregados (g)

GRANULOMETRIA

Factor conversión

Tamiz

% Asfalto en mezcla


Peso agregados (g)

GRANULOMETRIA

% Asfalto en mezcla

1/2"

3/8"

90 130

4.16% 6.01%

2.42% 3.49%

71 102

1629 1598

0.8145 0.799

Peso (g) Peso (g)

44.80 43.95

415.40 407.49

276.93 271.66

399.11 391.51

223.99 219.73

130.32 127.84

57.02 55.93

81.45 79.90

1629 1598TOTAL (gr)

No. 200

Fondo

No. 10

No.40

3/8"

No. 4

1"

1/2"

Factor conversión

Tamiz

Peso agregados (g)

GRANULOMETRIA

% Asfalto en mezcla


Dosificación (L/m3) o (Kg/m3)

% Emulsión en mezcla

DOSIFICACIÓN 4

Factor conversión

Tamiz

1"

Fondo

DOSIFICACIÓN 3

Dosificación (L/m3) o (Kg/m3)

TOTAL (gr)

No. 200

% Emulsión en mezcla

% Asfalto en mezcla


Peso agregados (g)

GRANULOMETRIA

1/2"

3/8"

No. 4

No. 10

No.40

23

Tabla 10. Pesos para las dosificaciones de 160 L/m3 y190 L/m3

Una vez hallado los pesos del material para cada tamiz y el de la emulsión, se prosiguió a realizar la

mezcla.

5.5. Preparación de la mezcla

Para la correcta preparación de la mezcla, se colocaba primero los agregados más gruesos y

posteriormente una porción de emulsión en un molde de tamaño suficientemente amplio para que

cupiera todo el material. Luego, se mezclaba hasta que todas las partículas quedaran cubiertas por

emulsión. Y finalmente, se adicionaba los agregados finos y el resto de la emulsión hasta que todo

se encontrara homogéneo y sin que el material estuviera de color negro.

160 190

7.39% 8.78%

4.30% 5.10%

126 149

1574 1551

0.787 0.7755

Peso (g) Peso (g)

43.29 42.65

401.37 395.51

267.58 263.67

385.63 380.00

216.43 213.26

125.92 124.08

55.09 54.29

78.70 77.55

1574 1551TOTAL (gr) TOTAL (gr)

No. 200 No. 200

Fondo Fondo

No. 10 No. 10

No.40 No.40

3/8" 3/8"

No. 4 No. 4

1" 1"

1/2" 1/2"

Factor conversión Factor conversión

Tamiz Tamiz

Peso agregados (g) Peso agregados (g)

GRANULOMETRIA GRANULOMETRIA

% Asfalto en mezcla % Asfalto en mezcla

Peso emulsión en mezcla (g) Peso emulsión en mezcla (g)

Dosificación (L/m3) o (Kg/m3) Dosificación (L/m3) o (Kg/m3)

% Emulsión en mezcla % Emulsión en mezcla

DOSIFICACIÓN 5 DOSIFICACIÓN 6

24

Figura 7. Preparación de la mezcla. Figura 8. Mezcla asfáltica.

5.6. Compactación

Para esta investigación se decidió compactar las muestras en el compactador giratorio porque,

como se mencionó con anterioridad, la inclinación que presenta al aplicar presión, asemeja la

compactación en campo con el del rodillo. Esta técnica permite establecer la altura y diámetro que

uno desee, al igual que la presión aplicada, la cual fue de 800 Kpa.

Figura 9. Compactador giratorio. Figura 10. Aplicando presión de 800 Kpa.

25

Figura 11. Probetas compactadas.

5.7. Ensayos

Para poder hacer el debido procedimiento de cada uno de los ensayos, fue necesario acudir a

las normas I.N.V.E, con el objetivo de reducir o evitar errores que afecten los resultados de la

práctica. Las especificaciones y procedimiento de cada ensayo realizado se describen a continuación.

5.7.1. Gmb:

La norma “Gravedad específica y absorción de agregados gruesos” (I.N.V.E-223-07) describe el

procedimiento que se debe seguir para determinar la gravedad específica Bulk de la muestra. A

continuación, se mostrará el procedimiento de la norma I.N.V.E-735-07:

•Mezclar agregados , eliminando mediante tamizado los menores a 4.75mm y lavar.

•Secar la mezcla en un horno a 110 C y posteriormente enfriar a T ambiente durante 1-3horas.

•Sumergir la muestra en agua a temperatura ambiente durante 15-19 horas.

•Pesar la muestra sumergida en agua.

•Sacar la muestra del baño de agua y secar superficialmente rotandola sobre un paño.

•Pesar la muestra una vez secada.

•Secar la muestra en un horno a 110 C y luego enfriar a T ambiente durante 1-3 horas.

• Pesar la muestra despues de seca en el horno.

26

5.7.2. Gmm:

La norma “Gravedad específica máxima teórica (Gmm) y densidad de mezclas asfálticas para

pavimentos” (I.N.V.E-735-07) describe el procedimiento que se debe seguir para determinar la

gravedad específica y densidad de la muestra. A continuación, se mostrará el procedimiento de la

norma I.N.V.E-735-07:

1) Preparar muestra de mezcla asfáltica suelta.

Figura 12. Muestra suelta.

2) No se seca al horno ya que es una mezcla en frío y simplemente se pesa.

3) Colocar la muestra en un frasco de vacío y agregar agua a una temperatura a 25° C hasta

que la muestra quede en estado sumergido.

Figura 13. Muestra con agua en frasco de vacío.

4) Aplicar vacío gradualmente hasta reducir la presión residual a 4 kPa, por un periodo de

tiempo aprox. de 15 minutos.

27

5) Se obtiene el volumen de la muestra asfáltica sumergiendo el frasco de vacío con la muestra

en un baño de agua.

6) Se mide la temperatura y el peso.

7) Calcular la gravedad específica y densidad a 25° C a partir de las mediciones obtenida.

5.7.3. Marshall:

La norma “Resistencia de mezclas asfálticas en caliente empleando el aparato Marshall”

(I.N.V.E-748-07) describe el procedimiento que se debe seguir para determinar la resistencia a la

deformación de las probetas de mezcla asfáltica, empleando el aparato Marshall. A continuación,

se mostrará el procedimiento de la norma I.N.V.E-748-07:

1) Se preparan las mezclas: A los agregados se le agrega el asfalto líquido al tiempo que se

mezcla de forma continua. Todos los agregados deben quedar recubiertos de emulsión

asfáltica.

2) Se compactan las probetas.

3) Se retira la probeta y se da vuelta para repetir el paso anterior.

4) Se registra el peso de la muestra seca en aire, saturado superficialmente y en agua.

5) Se sumergen las probetas en agua a una temperatura 60°±1°C durante 30 minutos.

6) Luego, las probetas son montadas en el segmento superior con el medidor de deformación

y el conjunto se centra en la prensa.

7) Las probetas son sometidas a carga vertical hasta que ocurra la falla.

28

Figura 14. Falla de probeta.

8) Se registra la máxima fuerza y la deformación vertical antes de la falla.

Figura 15. Probetas falladas.

29

6. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

En primer lugar, se determinó el porcentaje de vacíos de las muestras con el propósito de

seleccionar las dosificaciones adecuadas que hacen que las probetas contengan la menor cantidad

de vacíos. Para ello, se realizaron los ensayos de gravedad especifica Bulk (Gmb) y gravedad teórica

máxima (Gmm). También, se determinaron las dimensiones de las probetas ensayadas, estas fueron

las siguientes.

Tabla 11. Promedio del diámetro de las probetas.

Tabla 12. Promedio de la altura de las probetas

6.1. Gmb

Con el fin de encontrar los vacíos se determinó la gravedad especifica Bulk con la siguiente

formula:

𝐺𝑚𝑏 =𝐴

𝐵 − 𝐶

Donde:

𝐴: 𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 [𝑔𝑟]. 𝐵: 𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑎 [𝑔𝑟]. 𝐶: 𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 [𝑔𝑟].

50 70 90 130 160 190

101.36 101.38 101.12 101.45 101.15 100.79

101.14 95.08 99.88 101.56 101.82 100.25

90.18 100.18 101.59 101.32 99.32 101.29

97.56 98.88 100.86 101.44 100.76 100.78

DIÁMETRO (mm)

50 70 90 130 160 190

104.43 100.74 102.58 101.43 101.21 101.63

101.12 101.45 103.28 101.49 102.7 102.55

102.13 101.28 102.87 102.02 100.99 101.73

102.56 101.16 102.91 101.65 101.63 101.97

ALTURA (mm)

30

Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Tabla 13. Resultados Gmb.

Figura 16. Dosificación vs. Gmb.

Como se puede observar en los resultados, a medida que la dosificación aumenta, la gravedad

especifica Bulk disminuye, aunque todos los valores son bastante similares. Esta similitud es debido

a que las muestras se realizaron con el mismo porcentaje de agregados para cada tamaño. Según

los resultados obtenidos, se pudo observar que la muestra con la mayor gravedad especifica de Bulk

es la que tiene una dosificación de 50 L/m3. Esto, quiere decir, que el peso de los agregados de esta

muestra en comparación con el peso de agua de un volumen igual, es mayor al de todas las demás

muestras, aunque la diferencia sea por milésimas.

6.2. Gmm

Con el mismo propósito del ensayo Gmb, se determinó la gravedad teórica máxima para

encontrar el porcentaje de vacíos que presenta cada probeta. La fórmula usada fue la siguiente.

𝐺𝑚𝑚 =𝐴

𝐴 + 𝐷 − 𝐸

Dosificación A B C Gmb

50 1551.16 1593.97 877.88 2.1661523

70 1575 1621.55 886.99 2.14414071

90 1593.48 1633.95 894.31 2.15439944

130 1557 1590.06 867.35 2.15439111

160 1566.56 1592.48 856.31 2.12798674

190 1558.52 1580.8 843.3 2.11324746

2.08

2.09

2.1

2.11

2.12

2.13

2.14

2.15

2.16

2.17

2.18

50 70 90 130 160 190

Gm

b

Dosificación

31

Donde:

A: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 [𝑔𝑟] D: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 25° 𝐶 [𝑔𝑟] E: 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑦 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑎 25° 𝐶 [𝑔𝑟]


Tabla 14. Resultados Gmm.

Figura 17. Dosificación vs. Gmm.

Al igual que el Gmb, a mayor dosficación, menor es el Gmm, aunque esta tenga un comportamiento

lineal. Esto es debido a que la proporción de los agregados disminuye cuando la dosificación

aumenta, causando un aumento en el volumen del recipiente permitiendo la entrada de menos

agua, haciendo que el valor de E disminuya de manera lineal. Además, para esta práctica dado que

los valores son lejanos a uno, se puede decir que la masa de las diferentes mezclas asfálticas es

diferente al peso del agua en el mismo volumen en estado sumergido.

Dosificación A D E Gmm

50 1578 11227 12164 2.46177847

70 1581 11227 12158 2.43230769

90 1585 11227 12147 2.38345865

130 1545 11227 12118 2.36238532

160 1530 11227 12102 2.33587786

190 1495 11227 12076 2.31424149

2.2

2.25

2.3

2.35

2.4

2.45

2.5

50 70 90 130 160 190

Gm

m

Dosificación

32

6.3. Porcentaje de vacíos

Con los valores de Gmb y Gmm, se hallaron los porcentajes de vacíos para cada una de las

dosificaciones. Para determinar este valor se utilizó la siguiente formula:

% 𝑉𝑎𝑐í𝑜𝑠 = (1 − (𝐺𝑚𝑏

𝐺𝑚𝑚)) ∗ 100


Tabla 15. Porcentaje de vacíos para cada dosificación.

Como se observa en la tabla 13, los valores que contienen menos porcentaje de vacíos fueron los

de las dosificaciones más altas, por la gran cantidad de emulsión que poseen que hace que los

agregados estén cubiertos con mayor ligante y rellenando los espacios que hay entre las partículas.

Debido a que las proporciones de emulsión para estas dosificaciones son bastante altas, se decide

trabajar con 70, 90 y 130 L/m3.

6.4. Compactador giratorio (GIROS)

Por otro lado, también se registró los giros necesarios para que las mezclas se compactaran a la

altura deseada. Los resultados se muestran a continuación:

Tabla 16. Giros para las probetas de 3 días.

Dosificación %Vacíos

50 12.01

70 11.85

90 9.61

130 8.80

160 8.90

190 8.69

Dosificación

/Probeta70 90 130

1 123 85 57

2 118 82 59

3 101 69 65

Prom 114 78.67 60.33

GIROS (Grupo 3 días)

33

Tabla 17. Giros para las probetas de 7 días.

Tabla 18. Giros para las probetas de14 días.

Como se puede ver, se necesitan más giros en las dosificaciones de menor proporción ya que estas

contienen más agregados, lo que causa que la compactación sea un poco más complicada a la hora

de ejercer presión debido a que estos aportan más resistencia.

6.5. Marshall

6.5.1. Gmb:

Para este ensayo, se realizó el ensayo de gravedad especifica Bulk para encontrar la dosificación

que maximice este valor. Para ello, se repitió el procedimiento anteriormente planteado y se

obtuvieron los siguientes valores:

Tabla 19. Datos y resultados Gmb para 3 días.

Dosificación

/Probeta70 90 130

1 92 92 51

2 116 84 49

3 117 73 59

Prom 108.33 83 53


Dosificación

/Probeta70 90 130

1 95 76 70

2 114 79 60

3 114 109 72

Prom 107.67 88 67.33


Probeta Dosificación Diametro AlturaPeso Seco

(gr)

Peso

sumergido (gr)

Peso

Saturado (gr)Gmb

1 70 101.57 98.67 1582.88 1655.92 898.11 2.08876017

1 90 100.14 100.23 1521.38 1606.81 889.51 2.12098211

1 130 99.78 101.65 1531.44 1598.12 873.11 2.11230569

2 70 102.54 101.58 1590.75 1671.44 906.77 2.08031766

2 90 101.29 95.27 1528.94 1599.71 868.80 2.091851

2 130 101.05 100.38 1539.06 1613.16 887.36 2.12047732

3 70 98.53 101.56 1563.98 1648.98 917.50 2.1381001

3 90 99.12 101.34 1503.20936 1592.766478 881.7718111 2.11423437

3 130 100.85 96.36 1513.15 1602.32 882.92 2.10336947

3 DÍAS

34



Tabla 22. Promedio de Gmb para cada dosificación y periodo de rompimiento.


(gr)

Peso

sumergido (gr)

Peso

Saturado (gr)Gmb

1 70 101.12 102.64 1638.00 1731.41 967.99 2.14562462

1 90 100.45 101.32 1673.79 1773.04 985.74 2.12599355

1 130 99.54 102.33 1552.15 1581.74 864.65 2.1644869

2 70 102.08 100.94 1559.25 1625.17 877.15 2.08450389

2 90 100.32 101.65 1593.32 1645.67 893.24 2.11755905

2 130 100.41 101.48 1477.52 1543.31 823.08 2.05145661

3 70 98.76 102.79 1601.38 1659.00 898.32 2.1051762

3 90 99.65 102.49 1585.27 1641.31 904.24 2.15075975

3 130 101.2 99.08 1450.06 1538.87 845.92 2.09260032

7 DÍAS


(gr)

Peso

sumergido (gr)

Peso

Saturado (gr)Gmb

1 70 101.32 101.41 1576.58 1641.04 926.75 2.20719854

1 90 100.08 102.91 1493.94 1465.34 792.22 2.21944525

1 130 101.79 101.19 1641.02 1670.13 913.20 2.16800291

2 70 101.65 101.63 1604.93 1700.59 929.30 2.08081575

2 90 101.76 101.69 1520.80 1558.51 847.19 2.13799566

2 130 101.52 102.22 1669.99 1761.85 968.33 2.10454423

3 70 101.35 99.93 1553.50 1592.91 889.52 2.20860075

3 90 102.02 101.34 1482.60 1494.50 814.76 2.18113998

3 130 99.52 100.4 1617.23 1627.20 895.28 2.2095675

14 DÍAS

Dosificación Gmb (3) Gmb (7) Gmb (14)

70 2.10239264 2.11176824 2.16553834

90 2.10902249 2.13143745 2.17952696

130 2.11205083 2.10284794 2.16070488

35

Figura 18. Dosificación vs. Gmb.

Como se manifiesta en la tabla 20 e Figura 18, el valor de la gravedad específica Bulk es un poco

mayor en los periodos de rompimiento más extensos, como a 7 y 14 días. En los resultados de 3 días

se observa que Gmb aumento con la dosificación, siendo 130 L/m3 la dosificación que maximiza

Gmb. Mientras que los resultados de 7 y 14 días, presentan un comportamiento similar, siendo la

dosificación de 90 L/m3 que maximiza Gmb. Esto quiere decir, que el peso de los agregados de esta

muestra en comparación con el peso de agua de un volumen igual, es mayor al de todas las demás

muestras. Igualmente, se observa que las probetas que contienen una dosificación de 70 L/m3 son

las de menor gravedad especifica de Bulk para 3 días, mientras que para los demás periodos fue el

la de 130 L/m3. Finalmente, es probable que el ensayo este bien realizado, ya que los valores entre

las tres muestras por porcentaje de asfalto eran muy similares entre ellos.

Con esto último, es posible tener una idea de la dosificación optima que deben contener las mezclas

asfálticas con emulsión y material reciclado. La dosificación de 90 L/m3 se acerca al optimo ya que

los periodos de rompimiento son largos debido a la emulsión utilizada la cual es de rompimiento

lento, es decir, que los periodos que hacen que la emulsión alcance sus propiedades máximas son

maso menos 7 y 14 días según esta investigación.

6.5.2. Estabilidad y Flujo:

Ahora, se determinó la estabilidad [kgf] y flujo [mm] el cual consiste en el valor máximo de la

fuerza aplicada y la demarcación máxima presente en la muestra, respectivamente. Esto se realiza

después de restarle el primer valor en la deformación a todos los valores para mitigar el error, al

mismo tiempo que se ponen tanto los valores de fuerza como los de deformación en valor absoluto.

Estos resultados se presentan en las siguientes tablas y gráficas:

2.06

2.08

2.1

2.12

2.14

2.16

2.18

2.2

70 90 130

Gm

b

Dosificación (L/m3)

Gmb (3)

Gmb (7)

Gmb (14)

36

Tabla 23. Estabilidad y Flujo de cada muestra y dosificación para 3 días.

Figura 19. Probeta vs. Estabilidad para 3 días.

Figura 20. Probeta vs. Flujo para 3 días.

Estabilidad Flujo Estabilidad Flujo Estabilidad Flujo

1 1617.7906 11.3552284 2106.8066 15.8743995 1506.2828 15.3179007

2 1690.9104 15.9351447 1715.3606 15.6256269 1456.2487 16.8402699

3 1638.5004 15.050271 1671.62 14.121909 1717.3065 16.1334972

PROM 1649.06713 14.113548 1831.2624 15.2073118 1559.946 16.0972226

3 dias

Probetas70 90 130

0

500

1000

1500

2000

2500

1 2 3

Esta

bili

dad

Probeta

Probeta vs. Estabilidad 3 días

Dosificación 70

Dosificación 90

Dosificación 130

Lineal (Dosificación 70)



0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1 2 3

Esta

bili

dad

Probeta

Probeta vs. Flujo 3 días

Dosificación 70

Dosificación 90

Dosificación 130




37





1 2136.2832 15.7888444 1942.2993 15.7290088 2226.3701 18.6817846

2 1909.8409 16.7823224 2000.9447 14.2443493 1516.26 15.2626046

3 2090.5928 17.286336 2180.4412 16.781081 1688.8497 16.5964909

PROM 2045.5723 16.6191676 2041.2284 15.584813 1810.49327 16.84696

7 dias

Probetas70 90 130

0

500

1000

1500

2000

2500

1 2 3

Esta

bili

dad

Probeta


Dosificación 70

Dosificación 90

Dosificación130



Lineal (Dosificación130)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1 2 3

Esta

bili

dad

Probeta


Dosificación 70

Dosificación 90

Dosificación 130




38





1 2189.06025 15.9470948 2914.0221 22.4392684 3306.50105 23.7276105

2 2429.32085 16.3162657 2238.23665 18.053089 1606.27695 19.6291026

3 2943.673 20.769839 2768.7314 20.6404335 1731.5349 20.2909814

PROM 2520.6847 17.6777332 2640.33005 20.377597 2214.77097 21.2158982

Probetas

14 dias

70 90 130

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1 2 3

Esta

bili

dad

Probeta


Dosificación 70

Dosificación 90

Dosificación 130




0

5

10

15

20

25

1 2 3

Esta

bili

dad

Probeta


Dosificación 70

Dosificación 90

Dosificación 130




39

Tabla 26. Valores máximos de estabilidad y flujo para cada dosificación para 3 días.



Figura 25. Dosificación vs. Estabilidad.

Dosificación Estabilidad Flujo

70 1649.06713 14.113548

90 1831.2624 15.2073118

130 1559.946 16.0972226

3 días


70 2045.5723 16.6191676

90 2041.2284 15.584813

130 1810.49327 16.84696

7 días


70 2520.6847 17.6777332

90 2640.33005 20.377597

130 2214.77097 21.2158982

14 días

y = -44.561x + 1769.2R² = 0.1038

y = -117.54x + 2200.8R² = 0.7639

y = -152.96x + 2764.5R² = 0.4857

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

70 90 130

Esta

bili

dad


Dosificación vs. Estabilidad

3 días

7 días

14 días

Lineal (3 días)

Lineal (7 días)

Lineal (14 días)

40

Figura 26. Dosificación vs. Flujo.

En primer lugar, se realizó la comparación de cada una de las probetas para las diferentes

dosificaciones y para los resultados encontrados de estabilidad y flujo. Como se observa en la figura

19 y 20, los cuales son los resultados de estabilidad y flujo para tres días respectivamente, los

resultados de la probeta 3, tienen valores bastante cercanos para las tres dosificaciones escogidas,

mientras que la probeta 1 y 2, si poseen cierta diferencia, aunque un poco más en la primera que

en la segunda. Esto puede ser un pequeño error debido a que son diferentes dosificaciones, uno

espera a que los resultados sean diferentes y no con esa semejanza que presentan.

En las figuras 21, la estabilidad de 7 días que presenta las dosificaciones de 70 y 90 L/m3 son

similares, mientras que la de 130 L/m3 si posee una diferencia alta en la probeta 1. Mientras que en

los resultados de flujo ((figura 22), las tres probetas ensayadas poseen valores cercanos entre ellos

para las tres dosificaciones, y hasta entre estas últimas tienen un cierto parecido en los resultados.

En la figura 23 y 24, que presentan los resultados de 14 días en estabilidad y flujo, respectivamente,

se observan diferentes cambios en cada probeta y dosificación. En la figura 23, la dosificación de

130 L/m3, la probeta 1 tiene un valor que duplica los valores de las probetas 2 y 3, lo que nos hace

ver la importancia de realizar diferentes muestras con las mismas especificaciones, por si ocurre un

error a la hora de fallar una de ellas y así tener otras para poder mitigar el error. Mientras que en la

figura 24, los resultados de las tres dosificaciones varían entre ellas, a excepción de la probeta 3 que

todas las dosificaciones presentan valores bastante cercanos.

En segundo lugar, como se observan los resultados de flujo, la de mayor flujo es la del periodo de

14 días, mientras que la de menor es de 3. Por otro lado, para los todos los días la dosificación que

obtuvo el mayor flujo fue el de 130 L/m3, el cual tiene bastante sentido ya que a mayor emulsión la

muestra se puede comportar de forma más plástica y así tener una deformación mayor que la que

contiene proporciones menores de emulsión. También se puede observar que el comportamiento

de 3 y 14 días son similares, se asemeja a una función lineal. Mientras que, si observamos los

resultados de estabilidad, los tres periodos escogidos tienen el mismo comportamiento, y en los

periodos de 3 y 14 días, la dosificación que maximiza la estabilidad es la de 90 L/m3, aunque en el

y = 0.9918x + 13.156R² = 0.9965

y = 0.1139x + 16.123R² = 0.0287

y = 1.7691x + 16.219R² = 0.9155

0

5

10

15

20

25

70 90 130

Flu

jo


Dosificación vs. Flujo

3 días

7 días

14 días

Lineal (3 días)

Lineal (7 días)

Lineal (14 días)

41

periodo de 7 días, la dosificación que maximiza este valor es el de 70 L/m3 por tan solo 4 unidades

de diferencia, es decir, se obtuvo valores bastante cercanos con el de 90 L/m3. En esta práctica no

se puede comparar datos con valores teóricos ya que los valores del porcentaje varían muchos

según la calidad de todos los datos, como los de carga o desplazamiento, los cuales son necesarios

para hallar los valores de estabilidad, flujo y gravedad especifica Bulk.

Existen errores que afectan los resultados en cada uno de los ensayos realizados, tanto en exactitud como en precisión, aunque es necesario que estos errores sean analizados. Algunas fuentes de error son las siguientes: La instrumentación con la cual se hizo el experimento, ya que en algunas ocasiones los instrumentos no están debidamente calibrados, la inexperiencia de los estudiantes en la preparación de mezclas también afecta los resultados obtenidos. Otra causa que pudo afectar el resultado es haber registrado erróneamente los datos de deformación, longitudes o la masa del material.

42

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se encontraron las dosificaciones más apropiadas para la investigación según el porcentaje

de vacíos que presentaban las muestras y la cantidad de emulsión que contenían. Las

dosificaciones escogidas fueron 70, 90 y 130 L/m3, siendo la de 90 L/m3 la dosificación

optima cumpliendo así uno de los puntos del objetivo principal.

De igual manera, se halló que todos los parámetros encontrados de cada uno de los ensayos,

tienen los valores más grandes a los 14 días de rompimiento.

Al compactar, se observó que la compactación con el martillo Marshall no fue la adecuada

por lo que se recomienda compactar con otro dispositivo con mayor confiabilidad en los

resultados como el compactador giratorio.

Los limites admisibles del material reciclado con emulsión asfáltica pueden variar bastante,

lo que implica un mayor error ya que los valores granulométricos están muy dispersos, por

esta razón se decide trabajar con una granulometría de material para base, que, por opinión

de expertos, es un argumento válido.

En general, las 3 probetas que se realizaron para cada dosificación y periodo de fraguado

presentaron valores similares.

La muestra que contiene la mayor gravedad especifica Bulk y teórica máxima fue la

dosificación de 50 L/m3.

También se encontró los porcentajes de asfalto de la emulsión el cual fue de un 58.11% y

con ello, el porcentaje de asfalto de la mezcla para cada dosificación.

Las muestras presentaron una gravead especifica similar.

Es importante realizar varias probetas con las mismas especificaciones si alguna de ellas

presenta algún problema a la hora de fallar o realizarla.

Al momento de realizar el ensayo, es importante tener a alguien cerca que conozca sobre

la maquinaria o materiales utilizados para no tener ninguna dificultad a la hora de

manipularlos.

Realizar una dispersión para concluir si los errores obtenidos fueron causados por el

procedimiento.

Es recomendable seguir el procedimiento según la norma I.N.V.E, para cada uno de los

ensayos realizados, ya que se puede obtener datos más confiables, con el fin de realizar el

análisis correctamente

43

Gracias a los conceptos vistos durante el pregrado, se pudo realizar la investigación de una

manera más sencilla.

Bibliografía

IDU. (2011). Capas de Material Granular Estabilizado con Emulsión Asfáltica. Obtenido de

http://app.idu.gov.co/espec_tecnicas/Capitulo_4/440-11.pdf

INVE. (2007). Gravedad específica máxima teórica (Gmm) y densidad de mezclas asfálticas para

pavimentos. Bogotá.

INVE. (2007). Gravedad específica y absorción de agregados gruesos. Bogotá.

INVE. (2007). Porcentaje de vacíos de aire en mezclas asfalticas compactadas densas y abiertas.

Bogotá.

INVE. (2007). Resistencia de mezclas asfálticas en caliente empleando el aparato Marshall. Bogotá.

Mercado, R., Bracho, C., & Avendaño, J. (2008). Emulsiones asfalticas. Obtenido de

http://www.firp.ula.ve/archivos/cuadernos/S365A.pdf

N. Asphalt Pavement Association. (s.f.). Pavement Engineering. Obtenido de

https://pavementengineering.blogspot.com.co/p/hma-pavements-are-classified-as.html

Pavement Interactive. (26 de Enero de 2011). Superpave Mix Design. Obtenido de

http://www.pavementinteractive.org/article/superpave-mix-design/

Rodríguez, R., Castaño, V. M., & Martínez, M. (2001). Emulsiones asfálticas. Obtenido de

http://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/DocumentoTecnico/dt23.pdf

Documents

RECICLADO DE PAVIMENTOS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA …