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VIABILIDAD TÉCNICA DE OBTENCIÓN DE UN DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA
ADICIONADA CON 1.6% DE FIBRA DE PET, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE
EL 4.5% Y EL 6%, QUE CUMPLA CON LA NORMATIVIDAD DEL INVIAS.
SEBASTIÁN FERNANDO BUITRAGO BUITRAGO
NELLY VANESSA ONOFRE CASTRO
EDILSEN SIERRA RODRÍGUEZ
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
VILLAVICENCIO
2017
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VIABILIDAD TÉCNICA DE OBTENCIÓN DE UN DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA
ADICIONADA CON 1.6% DE FIBRA DE PET, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE
EL 4.5% Y EL 6%, QUE CUMPLA CON LA NORMATIVIDAD DEL INVIAS
SEBASTIÁN FERNANDO BUITRAGO BUITRAGO
NELLY VANESSA ONOFRE CASTRO
EDILSEN SIERRA RODRÍGUEZ
AUXILIAR DE INVESTIGACIÓN PRESENTADO COMO REQUISITO PARA OPTAR POR
EL TITULO DE INGENIERO CIVIL
Asesor técnico del proyecto
JUAN MANUEL CRUZ RODRÍGUEZ
Ingeniero Civil.
Especialista en Vías.
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
VILLAVICENCIO
2017
3
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
DR. MARITZA RONDÓN RANGEL
RECTORA NACIONAL
DR. CÉSAR AUGUSTO PÉREZ LONDOÑO
DIRECTOR DE SEDE
DR. NANCY GIOVANA COCUNUBO
DIRECTOR COMITÉ DE INVESTIGACIÓN
Ing. RAÚL ALARCÓN BERMÚDEZ
DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍAS
Ing. NELSON EDUARDO GONZÁLEZ ROJAS
COORDINADOR COMITÉ DE INVESTIGACIONES DEL PROGRAMA DE INGENIERÍAS
4
ADVERTENCIA
LA UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE
COLOMBIA SEDE VILLAVICENCIO
NO SE HACE RESPONSABLE DE LOS
CONCEPTOS EMITIDOS POR LOS AUTORES
5
NOTA DE ACEPTACIÓN:
_________________________
_________________________
_________________________
_________________________
_________________________
_________________________
FIRMA DEL PRESIDENTE DE JURADO.
_________________________
FIRMA DEL JURADO.
_________________________
FIRMA DEL JURADO.
Villavicencio, Septiembre de 2017
6
Dedico este trabajo a dios, por permitirme estar acá, finalizando mi carrera profesional, a
mis padres por su incondicional apoyo, por ser un ejemplo de superación, perseverancia y por su
infinito esfuerzo para darnos lo mejor, a mi hermano que siempre ha estado conmigo, me ha
cuidado y me ha apoyado cuando más lo necesito.
Sebastián Fernando Buitrago Buitrago
Dedico la culminación de este trabajo primeramente a dios quien es el responsable de que
todas mis acciones tengan sentido, a mis padres por su constante apoyo incondicional, mis
hermanos que son una compañía y ejemplo para mí por sus logros obtenidos, A mis amigos que
influyeron en el desarrollo de esta etapa de mi vida, A mí por demostrarme que soy capaz y
puedo lograr lo que me proponga y a todos mis familiares que de una u otra manera se
vincularon para brindar un poco de su apoyo en este proceso.
Nelly Vanessa Onofre Castro
Dedico este trabajo a Dios por darme la oportunidad de culminar esta etapa de mi vida, a
mi hija por ser mi Inspiración para poder seguir adelante, a mis madres que con su empeño
supieron forjarme en el camino de la vida, a mi amiga por su valiosa e incondicional amistad y a
mis compañeros del proyecto por su colaboración para la realización de este trabajo de
graduación.
Edilsen Sierra Rodríguez.
7
AGRADECIMIENTOS
Queremos agradecer al ingeniero Juan Manuel Cruz Rodríguez por darnos la
oportunidad, brindarnos su conocimiento y guiarnos en este proyecto, por su paciencia y apoyo
constante en este proceso que realizamos, por el acompañamiento que nos brindó a lo largo de
toda la investigación.
Agradecemos a la universidad cooperativa de Colombia por formarnos durante estos 5
años no solo como profesionales, sino como personas, por fomentar en nosotros los valores de la
responsabilidad y la dedicación, al laboratorio NHSQ por su apoyo y colaboración, a la empresa
Murcia y Murcia S.A. por el acceso a sus materiales y a todos los profesores que aportaron su
granito de arena en nuestra formación académica, gracias por brindarnos su conocimiento, por la
paciencia y amor con la que nos enseñaron, gracias a ellos estamos alcanzando nuestras metas.
8
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 17
1. Planteamiento del problema .................................................................................................. 19
2. Antecedentes ......................................................................................................................... 20
3. Objetivos ............................................................................................................................... 28
4. Justificación .......................................................................................................................... 29
5. Marco referencial .................................................................................................................. 31
5.1 Marco Contextual ........................................................................................................... 31
5.2 Marco Conceptual .......................................................................................................... 32
5.2.1 Asfalto. ....................................................................................................................... 32
5.2.2 Mezcla asfáltica en caliente. ....................................................................................... 32
5.2.3 Pavimento flexible. ..................................................................................................... 32
5.2.4 PET (tereftalato de polietileno). ................................................................................. 33
5.2.5 Agregados pétreos. ..................................................................................................... 34
5.2.6 Densidad de Bulk........................................................................................................ 34
5.2.7 Fatiga. ......................................................................................................................... 34
5.2.8 Estabilidad. ................................................................................................................. 35
5.2.9 Flujo. ........................................................................................................................... 35
5.2.10 Ahuellamiento ............................................................................................................ 35
5.3 Marco Teórico ................................................................................................................ 36
5.3.1 Agregados pétreos. .................................................................................................. 36
5.3.1.1 Clasificación de los agregados. ........................................................................... 36
5.3.1.1.1 El agregado fino. .............................................................................................. 37
5.3.1.1.2 El agregado grueso. ......................................................................................... 37
5.3.1.1.3 El hormigón ..................................................................................................... 37
5.3.1.2 Tipos de agregados pétreos. ................................................................................ 37
5.3.1.2.1 Agregados Naturales. ....................................................................................... 37
5.3.1.2.2 Agregados de Trituración ................................................................................ 37
5.3.1.2.3 Agregados Artificiales ..................................................................................... 37
5.3.1.2.4 Agregados Marginales ..................................................................................... 38
5.3.1.3 Propiedades de los agregados. ............................................................................. 38
9
5.3.1.3.1 Tamaño y graduación de las partículas. ........................................................... 38
5.3.1.3.2 Dureza o resistencia al desgaste ..................................................................... 39
5.3.1.3.3 Durabilidad o resistencia al intemperismo ...................................................... 40
5.3.1.3.4 Densidad relativa y absorción .......................................................................... 40
5.3.1.3.5 Estabilidad química de los agregados .............................................................. 42
5.3.1.3.6 Forma de partícula, textura y limpieza del agregado ....................................... 44
5.3.1.4 Ensayos para caracterizar los agregados pétreos................................................. 44
5.3.1.4.1 Agregados Gruesos. (partículas mayores a 2 mm.) ......................................... 44
5.3.1.4.2. Agregados Finos. (partículas entre 2 y 0,063 mm).......................................... 46
5.3.2 Polvo mineral (Fíller). ................................................................................................ 48
5.3.2.1 propiedades del polvo mineral como componente de las mezclas asfálticas ...... 48
5.3.2.2 Uso del filler. ....................................................................................................... 49
5.3.2.3 Ensayos para caracterizar el polvo Mineral (Fíller). (partículas menores de 0.063
mm) 49
5.3.3 Asfalto ..................................................................................................................... 50
5.3.3.1 Clasificación de asfalto ....................................................................................... 50
5.3.3.1.1.1 Asfaltos Oxidados o Soplados ......................................................................... 51
5.3.3.1.1.2 Asfaltos Sólidos o Duros ................................................................................. 51
5.3.3.1.1.3 Asfaltos fluxantes ............................................................................................ 51
5.3.3.1.1.4 Asfaltos Fillerizado.......................................................................................... 51
5.3.3.1.1.5 Asfalto líquido ................................................................................................. 51
5.3.3.2 Propiedades o características del asfalto ............................................................. 52
5.3.3.2.1.1 Durabilidad ...................................................................................................... 52
5.3.3.2.1.2 Adhesión y cohesión ........................................................................................ 52
5.3.3.2.1.3 Consistencia ..................................................................................................... 52
5.3.3.2.1.4 Pureza .............................................................................................................. 52
5.3.3.2.1.5 Seguridad ......................................................................................................... 53
5.3.4 PET ......................................................................................................................... 53
5.3.4.1 PET 1 ó PETE (polietileno tereftalato). .............................................................. 53
5.3.4.2 PET 2 ó HDPE (polietileno de alta densidad) ..................................................... 54
5.3.4.3 PET 3 (Vinil). ...................................................................................................... 55
5.3.4.4 Ventajas ............................................................................................................... 55
5.4 Marco Legal ................................................................................................................... 56
10
5.4.1 Norma INVE-213-13 Análisis Granulométrico de Agregados Finos y Gruesos .... 56
5.4.2 Norma INVE-733-13 Gravedad específica Bulk y densidad de mezclas asfálticas
Compactadas no absorbentes empleando especímenes Saturados y superficie seca. ........... 56
5.4.3 Norma INVE-736-13 Porcentajes de vacíos de aire en mezclas asfálticas
compactadas densas y abiertas. ............................................................................................. 56
5.4.4 Norma INVE-748-13 Resistencia de Mezclas Asfálticas en Caliente Empleando el
Aparato Marshall .................................................................................................................. 56
5.4.5 Norma INV E-799-13 Análisis volumétrico de mezclas asfálticas compactadas en
caliente. 57
6. Diseño metodológico ............................................................................................................ 58
6.1 Tipo de investigación ..................................................................................................... 58
6.2 Instrumentos metodológicos de la investigación ........................................................... 58
6.2.2 Extractor de Probeta. ............................................................................................... 59
6.2.3 Martillo de Compactación....................................................................................... 59
6.2.4 Pedestal de Compactación ...................................................................................... 60
6.2.5 Sujetador para el molde .......................................................................................... 60
6.2.6 Mordazas y medidor de deformación ..................................................................... 61
6.2.7 Prensa ...................................................................................................................... 61
6.2.8 Medidor de la estabilidad ........................................................................................ 61
6.2.9 Elementos de calefacción ........................................................................................ 61
6.2.10 Mezcladora .............................................................................................................. 62
6.2.11 Tanque para agua .................................................................................................... 62
6.2.12 Tamices ................................................................................................................... 62
6.2.13 Termómetros blindados .......................................................................................... 62
6.2.14 Balanzas .................................................................................................................. 62
6.2.15 Guantes ................................................................................................................... 62
6.2.16 Bandejas metálicas .................................................................................................. 63
6.3 Fases de investigación y/o procedimiento ...................................................................... 63
6.3.1 Consultas bibliográficas .......................................................................................... 63
6.3.2 Materiales utilizados ............................................................................................... 63
6.3.2.1 Agregado pétreo .................................................................................................. 63
6.3.2.2 Cemento asfáltico ................................................................................................ 63
6.3.2.3 PET ...................................................................................................................... 64
11
6.3.3 Procedimiento ensayos de Laboratorio ................................................................... 65
7. Cálculos, Análisis y Resultados ............................................................................................ 81
7.1 Calculo de datos ............................................................................................................. 81
7.2 Análisis de Graficas ....................................................................................................... 87
7.3 Análisis de Resultados ................................................................................................... 97
7.3.1 Calculo Cantidad de botellas utilizadas ................................................................ 100
8. CONCLUSIONES .............................................................................................................. 102
9. RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 105
10. REFERENCIAS ............................................................................................................... 106
11. ANEXOS ......................................................................................................................... 110
12
LISTA DE TABLAS
Tabla 1.Planteamiento del problema ............................................................................................ 19
Tabla 2. Justificacion .................................................................................................................... 29
Tabla 3. Dosificación y Cantidades del material ......................................................................... 67
Tabla 4. Obtención del % óptimo de Asfalto ................................................................................ 81
Tabla 5. Obtención Densidad de Bulk y Porcentaje de Agua absorbido...................................... 82
Tabla 6. Obtención Volumen del agregado pétreo ....................................................................... 83
Tabla 7. Obtención de vacíos del agregado pétreo ...................................................................... 84
Tabla 8. Obtención de Estabilidad (N) ......................................................................................... 85
Tabla 9. Obtención Flujo (mm) ..................................................................................................... 85
Tabla 10. Obtención Rigidez máxima ........................................................................................... 86
Tabla 11. Resultados de Laboratorio............................................................................................ 87
Tabla 12. Criterios para el diseño de una mezcla asfáltica en caliente de gradación continúa por
el método Marshall ....................................................................................................................... 97
Tabla 13. Rangos óptimos de asfalto según criterios ................................................................... 98
Tabla 14. Resultados obtenidos .................................................................................................... 99
13
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Perfil típico de una estructura de pavimento flexible ................................................... 33
Figura 2. Máquina de los Ángeles................................................................................................. 46
Figura 3. Equivalente de arena ..................................................................................................... 47
Figura 4. Dispositivo para moldear probetas ............................................................................... 59
Figura 5. Martillo de Compactación del equipo Marshall ........................................................... 60
14
LISTA DE IMÁGENES
Imagen 1: Ubicacion Geográfica De La Ciudad De Villavicencio .............................................. 31
Imagen 2. Fibra de PET tipo 412 y 432........................................................................................ 33
Imagen 3. Agregado pétreo ........................................................................................................... 34
Imagen 4. Fisuramiento por fatiga de una mezcla asfáltica ........................................................ 35
Imagen 5. Vista de una capa asfáltica ahuellada ......................................................................... 36
Imagen 6. Botellas plásticas ......................................................................................................... 54
Imagen 7. Plásticos y envases ....................................................................................................... 54
Imagen 8. Botellas plásticas y cable ............................................................................................. 55
Imagen 9. Asfalto adquirido de Murcia&Murcia ......................................................................... 64
Imagen 10. PET en estado comercial.. ......................................................................................... 65
Imagen 11. Corte de PET a aproximadamente 1cm ..................................................................... 65
Imagen 12. Agregado pétreo secado en estufa ............................................................................. 67
Imagen 13. Limpieza de Moldes y Horno Eléctrico a 135° .......................................................... 68
Imagen 14. Peso de los materiales (Peso Filler y Peso Grava de 3/4") ....................................... 68
Imagen 15. Homogenización y obtención de la temperatura ideal para el material. .................. 69
Imagen 16. Obtención de temperatura ideal del asfalto y adición del cemento asfaltico y PET a
la mezcla ....................................................................................................................................... 70
Imagen 17.Homogenización de la mezcla con asfalto y PET, y calentamiento del martillo de
compactación ................................................................................................................................ 70
Imagen 18. Mezcla asfáltica lista para elaboración de briquetas................................................ 71
Imagen 19. Cuarteo de la Mezcla asfáltica .................................................................................. 71
Imagen 20. Aparato me Marshall y vertimiento de la mezcla de briqueta ................................... 72
15
Imagen 21. 25 apisonamientos de la briqueta y 75 golpes de compactación por ambas caras de
la briqueta ..................................................................................................................................... 72
Imagen 22. Extracción, numeración y enfriamiento de briquetas ................................................ 73
Imagen 23. Peso al aire y medición espesor de briquetas ............................................................ 73
Imagen 24. Obtención peso en inmersión de Briquetas por medio de péndulo casero ................ 74
Imagen 25. Inmersión de Briquetas a baño María y secado manual después de 30 min para
ensayo ........................................................................................................................................... 75
Imagen 26. Determinación de estabilidad y flujo de las Briquetas por medio de la máquina de
Marshall ........................................................................................................................................ 76
Imagen 27. Mezcla asfáltica en taza de la unidad de extracción ................................................. 76
Imagen 28. Papel filtro y sellado de taza de la unidad de extracción .......................................... 77
Imagen 29. Adición de Gasolina a máquina de extracción y revisión del extracto del material . 78
Imagen 30. Material retirado de la máquina de extracción y obtención del segundo peso de la
muestra después de seca ............................................................................................................... 78
Imagen 31. Lavado del material ................................................................................................... 79
Imagen 32. Muestras secas Después de lavadas .......................................................................... 79
Imagen 33. Tamizado del material ............................................................................................... 80
16
LISTA DE GRAFICAS
Grafica 1. Estabilidad Vs Asfalto .................................................................................................. 87
Grafica 2. Flujo Vs Asfalto............................................................................................................ 89
Grafica 3. Densidad Vs Asfalto ..................................................................................................... 91
Grafica 4. % Vacíos mezcla total Vs Asfalto................................................................................. 92
Grafica 5. %Vacíos agregado mineral vs %asfalto ...................................................................... 93
Grafica 6. %Vacíos llenos asfalto vs % asfalto ............................................................................ 95
Grafica 7. Rigidez Marshall vs % asfalto ..................................................................................... 96
17
INTRODUCCIÓN
El desarrollo de las estructuras viales son una prioridad fundamental para la sociedad y
para la economía, las empresas y el comercio que en los últimos años atraen a muchas personas
que se desplazan a diario por las principales vías del departamento, generando un crecimiento
constante, ya que son el medio principal de comunicación de bienes y servicios, el mal estado o
en su efecto que existan pocas vías genera una problemática para la comunidad y su desarrollo
En la actualidad las mezclas asfálticas en caliente son una de las más empleadas en las
construcciones de las vías municipales en el departamento del Meta, por sus características de
flexibilidad, duración, uniformidad, resistencia a la fatiga entre otras características, por ello se
realiza una viabilidad técnica de obtención de un diseño de mezcla asfáltica en caliente MDC-19
con variaciones de porcentajes de asfalto entre el 4.5% y el 6% y agregado de material de fibra
de PET de 1.6 %, la implementación de este material en el diseño de la mezcla asfáltica tiene
como finalidad mitigar factores ambientales como el cambio climático y la contaminación
ocasionada por los residuos de polietileno de tereftalato no reutilizados o mal manejados,
actualmente es común escuchar el interés de la implementación de los materiales no
convencionales en el área de las construcciones viales y otras áreas, sin embargo son pocas las
empresas que existen y se dediquen a la reutilización, reciclado, y tratamiento adecuado de
desechos como Enka de Colombia S.A.
La presente investigación está orientada en evaluar la utilización del material de fibra de
PET como agregado del asfalto, teniendo en cuenta los cambios que este le podría producir a sus
propiedades y características consideradas en la mezcla como estabilidad, flujo, vacíos en mezcla
total, vacíos llenos de asfalto y vacíos agregado mineral y determinar a través del método
18
Marshall el porcentaje óptimo de asfalto para una mezcla con adición de 1,6% de PET, con los
resultados obtenidos en el laboratorio NHSQ LTDA se verificaran que sean favorables y
cumplan con los lineamientos técnicos de la norma INVIAS, a su vez se busca incentivar la
conciencia del pensamiento verde.
19
1. Planteamiento del problema
Tabla 1.Planteamiento del problema
Aspecto Desarrollo
¿Qué se va a investigar? Diseño de mezcla asfáltica adicionada con 1,6% de
fibra de PET
Estado original y el estado al que se
quiere llegar
La problemática evidenciada tiene que ver con
contaminación ambiental, costos de elaboración y el uso
de materiales de construcción no convencionales para
mezclas asfálticas.
Se espera obtener la viabilidad técnica de un diseño de
mezcla asfáltica adicionada con PET, acatando los
parámetros establecidos por la norma INVIAS para el
diseño de mezcla asfáltica en caliente.
Situación contextual Actualmente se presenta abundancia descontrolada de
desechos sólidos en las calles, en especial de botellas
plásticas, evidenciando bajo nivel de reutilización y
pocas prácticas de reciclaje, en este sentido.
Pregunta o hipótesis ¿Existe viabilidad técnica de obtención de un diseño de
mezcla asfáltica adicionada con 1,6% de fibra de PET,
que cumpla con la normatividad del INVIAS, tratando
de disminuir la contaminación ambiental y costos en el
diseño de mezcla?
20
2. Antecedentes
1.1. Lizarazo, F., Moreno, J., Calderón, C. (2016), en la Universidad Cooperativa de
Colombia, realizaron la investigación sobre viabilidad técnica de un diseño de mezcla
asfáltica con adición en fibra de pet en proporción de mezcla entre el 0 y el 2,5%
con el fin de determinar las características físico químicas del Pet. Es decir,
realizaron un diseño de mezcla de concreto asfáltico en caliente con material Pet,
utilizando el ensayo Marshall, y la Normativa INVÍAS; incluyendo análisis
comparativo entre la mezcla asfáltica tradicional en caliente con Pet en su
composición.
En el documento no citan referentes teóricos.
La metodología aplicada fue de carácter exploratorio – descriptivo. Exploratorio
ya que permite a los investigadores familiarizarse con la temática. Descriptivo
porque conlleva a reseñar las características, procesos, procedimientos, hechos y
fenómenos como resultado finales de laboratorio.
Se pudo determinar que el porcentaje óptimo de fibra de PET que cumplió con las
solicitaciones del INVIAS fue le de 1,60 % ya que en dicho porcentaje, la estabilidad,
flujo y los vacíos en la mezcla asfáltica, y demás características evaluadas
presentaron un desempeño ideal teniendo en cuenta también los otros porcentajes,
Con el 1,60% de adición de fibra de PET a la mezcla asfáltica se realizó un análisis de
precios unitarios donde se observó un incremento del 17.314% en comparación con la
mezcla asfáltica convencional, que, si bien no se pudo identificar un aporte agregado
a la mezcla, por lo menos si cumplió con las especificaciones para un asfalto
convencional.
21
1.2. Marín, A., Triana, B., Mejía, J. (2016), en la Universidad Cooperativa de
Colombia, realizaron la investigación sobre viabilidad técnica de un diseño de mezcla
asfáltica adicionada con 1.6% de fibra de pet, que cumpla con la normatividad
invías con el objetivo de mantener una secuencia investigativa que obtuviera
resultados positivos y viables dentro de los parámetros establecidos dando solución a
problemáticas ambientales y económicos.
En el documento no citan referentes teóricos.
El procedimiento investigativo fue experimental donde el procedimiento
metodológico tuvo una base científica ya establecida mediante una fase experimental
las cuales satisfacen los objetivos propuestos.
Se pudo establecer que la mezcla densa en caliente para un nivel de transito NT2
adicionada con n1.6% de fibra de PET no cumplió con todos los parámetros
establecidos por la Norma INVIAS, el porcentaje que más cumplió fue 5.4% donde la
estabilidad, el porcentaje de vacíos, agregado mineral y la densidad fueron las únicas
características que cumplieron los lineamientos.
1.3. Reyes, O., Troncoso, J., Reyes Lizcano, F. ( 2009 ) Universidad Militar Nueva
Granada en la investigación Comportamiento mecánico y dinámico de una mezcla
asfáltica con adición de fibras, donde se analiza la adición de fibras de polipropileno
por vía seca (remplazo de material granular por fibra) sobre las propiedades
mecánicas y dinámicas de una mezcla.
La metodología de este proyecto fue experimental realizando diferentes ensayos
de una mezcla variando el porcentaje de fibra para determinar la incidencia de la
densificación de la mezcla asfáltica.
22
Algunos de los referentes teóricos abarcados en este documento fue Alfes (2000)
explicando que los concretos reforzados con fibras van adquiriendo mayor
importancia en los últimos años, Las fibras con bajo módulo elástico como las fibras
sintéticas, son una ventaja en concretos jóvenes cuando se trata de evitar el
agrietamiento por contracción temprana.
El comportamiento de la mezcla asfáltica presenta mejoras en sus propiedades
mecánicas y dinámicas con la adición de fibras, sobresaliendo el porcentaje 0.60% de
fibra, siendo este el porcentaje óptimo de adición a la mezcla asfáltica por vía seca.
1.4. Reyes, F., Reyes, O.,(2004) Con la investigación Ahuellamiento en mezclas
asfálticas por la adición de residuos de plástico como reemplazo de material donde
se determinó el efecto de ahuellamiento de una mezcla asfáltica cerrada, al
introducirle residuos de llantas usadas como remplazo de material, caracterizando
materiales y determinando un porcentaje óptimo de asfalto.
La metodología empleada para el desarrollo que analítica y experimental ya que se
realizaron una serie de ensayos respecto a la norma que lo establece y luego se
analizan los resultados de acuerdo a la interpretación y conocimiento del autor.
Thenoux en el 2002 afirma que las deformaciones que se presentan en una
estructura de pavimento están compuestas por las deformaciones elásticas y las
plásticas, por otra parte también es importante resaltar que estos productor de residuo
plástico, debido a sus grandes periodos de degradación (de 100 años a 1000 años),
generan contaminación ambiental en cuencas hidrográficas (Unión Temporal
Fichtner-Cydep, 2000).
23
Como conclusión el comportamiento de la mezcla muestra un menor
ahuellamiento cuando se adiciona residuo de llanta usada en forma de polvo y fibra.
1.5. Figueroa, A., Reyes, F., Hernández, D,. Jiménez, C., Bohórquez, N. (2007),
realizan la investigación Análisis de un asfalto modificado con icopor y su incidencia
en una mezcla asfáltica densa en caliente, con el fin de modificar una mezcla
asfáltica modificada con icopor (poliestireno) con el ánimo de mejorar las
propiedades mecánicas y garantizar durabilidad de las mismas bajo solicitaciones
impuestas en el periodo de diseño.
La investigación fue de tipo experimental la cual consistió en elaborar una mezcla
asfáltica con poliestireno obtenido por trituración de vasos, se tomaron referencias,
especificaciones y ensayos.
Se tiene en cuenta opiniones y referencias de investigaciones anteriores como
Figueroa y Reyes en el 2005 que indican que es por ello que en la primera etapa de la
investigación sobre asfaltos modificados se consideró el uso del poliestireno como un
rigidizador del concreto asfáltico para mitigar la deformación por ahuellamiento en
lugares donde las altas temperaturas dan lugar a este problema o en lugares de
estacionamiento transitorio en los cuales como consecuencia del arribo e inicio de la
marcha permanente de los vehículos se acentúan los hundimientos por la misma
causa, también se dijo que los asfaltos tienen propiedades ligantes y aglutinantes,
compuestos en gran parte por hidrocarburos de consistencia semisólida a temperatura
ambiente, pero pueden ser más fluidos en la medida en que se les incrementa la
temperatura (Arenas, 2000).
24
Finalmente se pudo determinar que uno delos mayores inconvenientes fue lograr
integrar en asfalto con el icopor triturado, la estabilidad fue superior que una mezcla
convencional lo cual favorece su uso en climas cálidos, presenta mayor estabilidad,
se presentaron menores deformaciones.
1.6. Patiño, N., Reyes, O., Camacho, J. (2016). Elaboraron la investigación
comportamiento a fatiga de mezclas asfálticas colombianas con adición de pavimento
reciclado al 100%, con el fin de establecer el comportamiento a fatiga de mezclas
asfálticas con adición de material granular ciclado.
La metodología de la investigación fue práctica y experimental donde se
realizaron una serie de ensayos a la mezcla a diferentes niveles.
Este procedimiento aprovecha el material desechado no renovable y genera la
utilización de árido virgen en menor porcentaje (Marantzidis y Giraldo, 2011). En
países europeos el uso de pavimentos asfálticos reciclados (RAP) es una práctica
común. Según estudios de la EAPA (European Asphalt Pavement Association), cada
año se reutilizan y reciclan alrededor de 50 millones de toneladas (EAPA, 2008).
Asimismo, en Estados Unidos consideran el reciclado de pavimentos en caliente
como una práctica habitual, que presenta resultados satisfactorios cuando se ejerce un
adecuado control en el proceso de fabricación (Nguyen, 2013; Abakovic et ál., 2010).
Además, la Universidad Tecnológica de Hassan señala que la relación entre la
resistencia a la fatiga y la rigidez depende del espesor de capa; por tanto, para las
capas delgadas de pavimento, la resistencia a la fatiga disminuye cuando aumenta la
rigidez (Hassan, 2009).
25
Es posible utilizar pavimentos reciclado al 100%para las mezclas asfálticas del
estudio, sin embargo, se deben hacer investigaciones adicionales con otras
granulometrías y asfaltos modificados, con el objeto de establecer viabilidad, no solo
en bases asfálticas, si no también en carpetas de rodadura.
1.7. Múnera, J., Ossa, A.,(2014) realizo un Estudio de mezclas binarias Asfalto –
Polímero donde se presenta el efecto de la modificación polimérica de un asfalto de
origen colombiano en sus características: morfológicas, reológicas y térmicas con el
objeto de identificar diferentes niveles de modificación. Se utilizaron como polímeros
modificadores: cera de polietileno (CPE), copolímero de estireno butadieno estireno
(SBS) y caucho molido de llanta (CR), que fueron adicionados al asfalto en
proporciones de 3 al 15 %.
La metodología realizada fue experimental realizando mezclas de asfalto con
polímeros.
Los aumentos en el rendimiento del asfalto modificado son evidenciados en los
cambios que experimentan sus propiedades cuando se le adicionan polímeros. Así lo
establecieron numerosos estudios recopilados por el D. Lesueur. (20009). El asfalto,
dependiendo si se encuentra a altas, intermedias, o bajas temperaturas, tiene un
comportamiento viscoso, visco-elástico, o sólido-frágil respectivamente. Algunos
estudios de J. Masson, G. Polomark, P. Collins. (2005) y J. Masson, V. Leblond, J.
Margeson (2006). Por otra parte, investigadores han sugerido que el asfalto utilizado
para aplicaciones de impermeabilización no requiere tan alto desempeño pero se debe
tener especial cuidado en la viscosidad en condiciones ambientales de alta
26
temperatura y la resistencia al agrietamiento a bajas temperaturas M. García, P.
Partal, F. Navarro, F. Martínez, R. Malcolm, C. Gallegos.(2004).
El asfalto estudiado busca ser utilizado en aplicaciones de impermeabilización. La
interacción y miscibilidad entre los modificadores poliméricos y los componentes del
asfalto se evidenciaron en los cambios de la estructura, proporción y distribución de
dichas regiones. Estos cambios tienen un acentuado efecto en las propiedades
mecánicas y visco-elásticas del asfalto.
1.8. Valdés, A., Martínez, A., Pérez, F. (2008).elaboraron el Estudio de variabilidad
en mezclas asfálticas en caliente fabricadas con altas tasas de material asfáltico
reciclable (RAP) el cual busca caracterizar y determinar la variabilidad de las
propiedades del material asfaltico reciclable (ARP).
La investigación fue de tipo experimental la cual consistió en realizar una serie de
ensayos delos cuales obtuvieron unos resultados que fueron almacenados y
organizados en una base de datos, posteriormente se determinaron y analizaron
parámetros estadísticos como desviaciones medias y desviaciones estándar de las
propiedades controladas al RAP y a las mezclas con diferentes tasas de RAP.
El RAP se define como el pavimento asfáltico que ha cumplido su vida útil que ha
sido fresado o extraído y posteriormente triturado (McDaniel et al., 2001),
frecuentemente, en las mezclas recicladas se utilizan tasas de RAP que van del 10%
al 30% y según lo señalado en numerosas investigaciones, para estas tasas de
reciclado, las mezclas tienen un comportamiento similar a las mezclas convencionales
(Kandhal et al., 1995; McDaniel, et al., 2000; Miró y Pérez, 2002; Alarcón y Pérez,
2003).
27
En comparación con las mezclas convencionales las propiedades volumétricas
determinadas a las mezclas recicladas analizadas, contenidos de huecos y densidades,
mostraron una variabilidad similar, no se reflejaron en variabilidades significativas en
las propiedades mecánicas obtenidas por el ensayo Marshall.
1.9. Rondón, H., Molano, Y., Tenjo, A. (2012) investigaron la Influencia de la
temperatura de compactación sobre la resistencia bajo carga monotónica de mezclas
asfálticas modificadas con grano de caucho reciclado de llantas donde se evaluó en
laboratorio la influencia de la temperatura de compactación sobre la resistencia
mecánica bajo carga monotónica (Marshall) de mezclas asfálticas en caliente
modificadas con grano de caucho reciclado (Gcr), haciendo énfasis en su aplicación
en la ciudad de Bogotá D.C. (Colombia).
La metodología de esta investigación fue experimental, donde se realizaron
briquetas de mezcla asfáltica convencional y modificada fueron compactadas
disminuyendo la temperatura 10ºC, hasta alcanzar un máximo de disminución de
30ºC. Lo anterior con el fin de evaluar la respuesta que experimentan, en especial las
mezclas modificadas, cuando la temperatura de compactación se disminuye en 30ºC.
En el documento no citan referentes teóricos.
Se reporta que la disminución de la temperatura de compactación (hasta 30°C),
genera una pequeña disminución en la resistencia bajo carga monotónica de las
mezclas modificadas ensayadas. Adicionalmente, se observa un incremento de dicha
resistencia cuando se compactan bajo una temperatura de 10°C por debajo de la de
referencia. Las mezclas convencionales (sin Gcr) por el contrario experimentaron un
decaimiento lineal en su resistencia de hasta 34%.
28
3. Objetivos
Objetivo general
Determinar la viabilidad técnica de obtención de un diseño de mezcla asfáltica adicionada
con 1,6% de fibra de PET, con porcentajes de asfalto entre el 4.5% y el 6%, que cumpla
con la normatividad del INVIAS.
Objetivos Específicos:
Efectuar los análisis granulométricos de los agregados minerales y de la fibra de PET a
utilizar en la investigación, con base en el uso granulométrico normativo.
Determinar a través del método Marshall el porcentaje óptimo de asfalto para una mezcla
con adición de 1,6% de fibra de PET, con porcentajes de asfalto entre el 4.5% y el 6%,
efectuando el ensayo de estabilidad y flujo en acuerdo con la norma de ensayo INV E – 748 - 07.
Establecer los resultados obtenidos en laboratorio sobre las características de la mezcla
asfáltica mediante el método Marshall para las propiedades y características consideradas en la
mezcla que son:
Estabilidad
Flujo
Vacíos mezcla total
Vacíos llenos de asfalto
Vacíos agregado mineral
Relación estabilidad/flujo
29
4. Justificación
Tabla 2. Justificación
Aspecto Desarrollo
Grado de pertinencia de la
investigación.
Actualmente se encuentra la abundancia
descontrolada de desechos sólidos en las calles,
en especial de botellas plásticas, evidenciando
bajo nivel de reutilización y pocas prácticas de
reciclaje, en este sentido, resulta significativo
aprovechar parte de este material en la
constitución del concreto asfáltico y lograr
posicionar esta alternativa verificando su
viabilidad técnica, lo que significaría un aporte
a la solución de los problemas ambientales del
planeta
Tipo de articulaciones del proyecto
a las políticas.
Villavicencio contempla Proyectos de
construcción y recuperación de pavimentos en
los cuales se puede implementar mezclas
asfálticas no convencionales o eco-ambientales
cumpliendo toda la normatividad INVIAS al
respecto de estas
30
Interés del investigador. En el campo de acción es habitual ver, en todos
los tipo de pavimentos (flexibles, rígidos y
articulados) daños, provocados por el deterioro
debido a las cargas desmedidas de tránsito y
exposición a la intemperie, generando
agrietamientos, hundimientos entre otros. Lo
anterior afecta de manera directa y significativa
los costos de mantenimiento y seguridad vial.
En este sentido, el uso del PET en obras civiles
ha demostrado proporcionar características que
se relacionan con la resistencia logrando
posicionar esta alternativa verificando su
viabilidad técnica, lo que significaría un aporte
a problemáticas ambientales del planeta.
Grado de novedad. Esta investigación es innovadora para la ciudad
capital del departamento del Meta, porque
incluye la utilización de un material reciclable
como lo son el polietileno tereftalato no
reutilizado o mal manejado en el país, podrá
tener un uso más responsable como material
complementario en las mezclas asfálticas no
convencionales o eco-ambientales.
31
5. Marco referencial
5.1 Marco Contextual
La ejecución de esta investigación se realizó en el laboratorio NHSQ, situado en la
ciudad de Villavicencio, Meta, este se encuentra situado al noroccidente del departamento
del Meta, en el pie del monte de la cordillera oriental en la margen izquierda del río
Guatiquía, localizado a los 04° 07' 00.30" de latitud norte y 73° 36' 29.07" de longitud
oeste y a una altura de 391 m sobre el nivel del mar, limita al norte con El Calvario y
Restrepo, al sur con San Carlos de Guaroa y Acacias, Al oriente con Puerto López y al
Occidente con Acacias y el departamento de Cundinamarca, Presenta un clima cálido con
una temperatura media de 27°C.
Imagen 1: Ubicación Geográfica De La Ciudad De Villavicencio
Fuente: http://llanoguia.com/directory/view/69
Este Laboratorio cuenta con equipos adecuados para la realización de la investigación
además de personal capacitado y eficiente, que será indispensable para la correcta y
optima ejecución de las pruebas y ensayos que se requieren.
32
5.2 Marco Conceptual
A continuación se definirán las palabras clave más importantes de nuestro proyecto.
5.2.1 Asfalto. El asfalto es un material de color oscuro, que presenta propiedades
ligantes y aglutinantes, conformado principalmente por hidrocarburos (Arenas H,
1999, p.17).
En Colombia, los asfaltos que se producen en las refinerías de Barrancabermeja y
Cartagena son producto de la destilación de una mezcla de crudos provenientes de
distintos campos, mientras que al mezclar los crudos Apiay y Castilla se obtiene el
asfalto de la planta de Apiay en el departamento del Meta. (Arenas H, 1999, p.59)
5.2.2 Mezcla asfáltica en caliente. Consiste en la combinación de áridos con ligantes
determinando las propiedades físicas de la mezcla, el proceso de fabricación cosiste
en calentar en agregado pétreo y el ligante a temperaturas mayores de 130°C, con
proporciones de asfalto y demás materiales para luego ser colocado en sitio.
5.2.3 Pavimento flexible. Son estructuras viales conformadas por una capa asfáltica
apoyada sobre capas de menor rigidez, compuestas por materiales granulares no
tratados o ligados (base, sub-base, afirmado y en algunos casos sub-rasante
mejorada o material de conformación), que a su vez se soportan sobre el terreno
natural o sub-rasante. Los esfuerzos que generan las cargas vehiculares se disipan a
través de cada una de las capas de la estructura de tal forma que, al llegar a la sub-
rasante, la resistencia mecánica del suelo que la compone debe ser capaz de resistir
dicho esfuerzo sin generar deformaciones que permitan el deterioro funcional o
estructural de la vía. Adicionalmente, cada una de las capas de la estructura debe
resistir la influencia del medio ambiente. (Rondón & Reyes, 2015)
33
Figura 1. Perfil típico de una estructura de pavimento flexible
Fuente: Pavimentos: materiales, construcción y diseño. (Rondón & Reyes, 2015)
5.2.4 PET (tereftalato de polietileno). PET por sus siglas en inglés, es un material
comúnmente usado para envases de bebidas y textiles. Según la organización
CEMPRE, en Colombia se produce aproximadamente 84.000 ton/año de PET, de las
cuales se recicla solamente el 24%. Lo que hace que sea un material fácil de encontrar
y foco de investigación debido a la cantidad de residuos que genera.
En el área del diseño de pavimentos, el PET es un polímero termoplástico
lineal, por lo que puede ser deformable o flexible a altas temperaturas lo cual lo
convierte en un material de fácil reciclaje.
Imagen 2. Fibra de PET tipo 412 y 432
Fuente: http://www.enka.com.co/enka/index.php/es/content/view/full/102
34
5.2.5 Agregados pétreos. La denominación técnica “agregados pétreos” en pavimentos se
refiere a un conglomerado de partículas inertes de gravas, arenas, finos y/o fillers
(naturales o triturados), utilizados ya sea para la fabricación de mezclas asfálticas,
concretos hidráulicos y materiales estabilizados o para la construcción de capas de
terraplén, afirmado, subbase y/o base granular. (Rondón & Reyes, 2015, p.39)
Imagen 3. Agregado pétreo
Fuente: http://www.materialesdeconstruccion.com.mx/productos-agregados.php
5.2.6 Densidad de Bulk. En una mezcla compactada es la relación entre la masa (o peso en el
aire) de un volumen de mezcla (teniendo en cuenta los vacíos que quedan entre las
partículas recubiertas con asfalto) y la masa de un volumen igual de agua a una
temperatura establecida. Su valor es adimensional.
5.2.7 Fatiga. El fenómeno de fatiga es uno de los principales mecanismos de daño de
mezclas asfálticas y ocurre en las capas ligadas del pavimento, para el caso de
estructuras flexibles, se presenta cuando se generan valores elevados de deformación
a tracción en la zona inferior de la capa asfáltica producto de las cargas impuestas por
el parque automotor (cargas repetidas). El paso continuo de vehículos hace que la
capa asfáltica flexione, generando esfuerzos de tensión en su extremo inferior. Este
35
fenómeno se produce, por lo general, al final de la vida útil de un pavimento.
(Rondón & Reyes, 2015, p.165)
Imagen 4. Fisuramiento por fatiga de una mezcla asfáltica
Fuente: https://pixabay.com/es/textura-asfalto-estacionamiento-1655298/
5.2.8 Estabilidad. Es la capacidad para resistir desplazamiento y deformación bajo las
cargas del tránsito. Un pavimento estable es capaz de mantener su forma y lisura bajo
cargas repetidas; un pavimento inestable desarrolla ahuellamientos, ondulaciones y
otras señas que indican cambios en la mezcla.
5.2.9 Flujo. Es medido en centésimas de pulgada, lo cual representa la deformación de la
briqueta. La deformación está indicada por la disminución en el diámetro vertical de
briqueta. Para la medición de la estabilidad como el flujo se requiere de la prueba
Marshall, esta nos ayudara a medir la resistencia a la deformación de la mezcla.
5.2.10 Ahuellamiento. Es uno de los principales mecanismos de daño de capas asfálticas en
estructuras de pavimentos flexibles y semirrígidos. Este fenómeno puede ser definido
como la deformación vertical permanente que se va acumulando en el pavimento
debido al exceso de tráfico y paso repetitivo de los vehículos, el cual genera la
36
formación de delgados hundimientos longitudinales a lo largo de la trayectoria de las
llantas.
Este fenómeno puede generar fallas estructurales o funcionales en el pavimento
y ocurre en cualquier capa de la estructura. (Rondón & Reyes, 2015)
Imagen 5. Vista de una capa asfáltica ahuellada
Fuente:https://www.researchgate.net/publication/267844248_AHUELLAMIENTO_EN_MEZCLAS_ASFALTICA
S_POR_LA_ADICION_DE_RESIDUOS_DE_PLASTICO_COMO_REEMPLAZO_DE_MATERIAL
5.3 Marco Teórico
5.3.1 Agregados pétreos. Son partículas minerales granulares que se usan ampliamente
para bases, sub-bases y relleno de carreteras, minerales que provienen de roca, piedra
o de un peñasco encontrados en ríos y valles, donde han sido depositados por las
corrientes de agua; habitualmente se encuentran en forma de bloques, losetas o
fragmentos de distintos tamaños como resultado de las fuerzas geológicas erosivas
del agua y del viento, aunque de igual modo existen otros que son procesados e
industrializados por el ser humano (Fundación Wikipedia, 2017).
5.3.1.1 Clasificación de los agregados. Los agregados pueden ser naturales o artificiales,
siendo los naturales de uso frecuente, además los agregados utilizados en el concreto
se pueden clasificar en: agregado grueso, fino y hormigón
37
5.3.1.1.1 El agregado fino. Se define como aquel que pasa el tamiz 3/8" y queda retenido
en la malla N° 200, el más usual es la arena producto resultante de la
desintegración de las rocas.
5.3.1.1.2 El agregado grueso. Es aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la
desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y
grava.
5.3.1.1.3 El hormigón. Es el material conformado por una mezcla de arena y grava este
material mezclado en proporciones arbitrarias se encuentra en forma natural en la
corteza terrestre y se emplea tal cual se extrae en la cantera (monografias.com,
2017).
5.3.1.2 Tipos de agregados pétreos. El tipo de agregado pétreo se puede determinar, de
acuerdo a la procedencia y a la técnica empleada para su aprovechamiento, se pueden
clasificar en los siguientes tipos:
5.3.1.2.1 Agregados Naturales. Son aquellos que se utilizan solamente después de una
modificación de su distribución de tamaño para adaptarse a las exigencias según
su disposición final.
5.3.1.2.2 Agregados de Trituración. Son aquellos que se obtienen de la trituración de
diferentes rocas de cantera o de las granulometrías de rechazo de los agregados
naturales. Se incluyen todos los materiales canterables cuyas propiedades físicas
sean adecuadas.
5.3.1.2.3 Agregados Artificiales. Son los subproductos de procesos industriales, como
ciertas escorias o materiales procedentes de demoliciones, utilizables y
reciclables.
38
5.3.1.2.4 Agregados Marginales. Los agregados marginales engloban a todos los materiales
que no cumplen alguna de las especificaciones vigentes.
5.3.1.3 Propiedades de los agregados. Las propiedades más importantes de los agregados
que se usan para la construcción de carreteras son:
5.3.1.3.1 Tamaño y graduación de las partículas. Una propiedad clave de los agregados
que se usan en las bases y superficies de las carreteras es la distribución de los
tamaños de partículas al mezclarlos, es la combinación de tamaños de partículas
en la mezcla, afecta la densidad, la resistencia, y la economía de la estructura del
pavimento.
Se usa un análisis granulométrico para determinar las propiedades relativas
de los diferentes tamaños de partículas en una mezcla de agregados minerales.
Para llevarlo cabo, se pasa una muestra pesada de agregado seco a través de un
juego de mallas o tamices cuyo tamaño de abertura ha sido seleccionado
previamente. Los tamices se agrupan colocando hasta arriba los que tienen la
abertura mayor y debajo aquellos con aberturas sucesivamente más pequeñas. La
muestra de agregado se agita con un vibrador mecánico de mallas y se determina
el peso del material retenido en cada tamiz, el cual se expresa como un porcentaje
de la muestra original. En el método T27 de la AASHTO se dan los
procedimientos detallados para ejecutar un análisis granulométrico de agregados
gruesos y finos.
Las mallas de prueba que se usan comúnmente para los proyectos de
carreteras son aquellas con aberturas de 2½, 2, 1½, 1, ¾, ½, 3 /8 de pulgada
39
cuadrada para las fracciones grandes y con 4, 10, 40, 80, 100, y 200 mallas por
pulgada para las fracciones más pequeñas. Estas últimas mallas se designan como
No. 4, No. 10, etc.
A la porción de material agregado que queda retenida en la malla No. 10
(esto es, con partículas mayores de 2,00 mm) se le conoce como agregado grueso.
Al material que pasa por la malla No. 10 pero queda retenido en la malla No. 200
(partículas mayores que 0,075 mm) se le conoce como agregado fino. El material
que pasa por la malla No. 200 se llama fino. (Anónimo 2004).
5.3.1.3.2 Dureza o resistencia al desgaste. Los materiales que se usan en los pavimentos
de carreteras deberán ser duros y resistir el desgaste debido al efecto de pulido del
tránsito y a los efectos abrasivos internos de las cargas repetidas. La estimación
más comúnmente aceptada de la dureza de los agregados es la prueba de abrasión
de Los Ángeles. La máquina que se usa en la prueba de Los Ángeles consta de un
cilindro de acero hueco, cerrado en ambos extremos y montado en ejes en
posición horizontal.
Para ejecutar la prueba de abrasión de Los Ángeles, se coloca dentro el
cilindro una muestra limpia del agregado que se ha de probar junto con un peso
estándar de esferas de acero como carga abrasiva. El tambor se hace girar 500
veces a una velocidad de 30 a 33 rpm, después de lo cual se retira la muestra de
agregado y se agita en una malla del No. 12 (1,70 mm). El material retenido en el
tamiz se lava, se seca hasta alcanzar una masa constante y se pesa. Se reporta
como porcentaje de desgaste la diferencia entre la masa original y la masa fina de
la muestra expresada como un porcentaje de la masa original.
40
5.3.1.3.3 Durabilidad o resistencia al intemperismo. Comúnmente, la durabilidad de los
agregados se mide con una prueba de integridad, como se describe en el método
T104 de AASHTO. Esta prueba mide la resistencia de los agregados a la
desintegración en una solución saturada de sulfato de sodio o magnesio. Simula el
intemperismo de los agregados que existen en la naturaleza. Para la prueba se
sumergen fracciones conocidas del agregado que se ha de probar en una solución
saturada de sulfato de sodio o magnesio.
Luego se retira el agregado y se seca en un horno hasta que alcance una
masa constante. Se repite este proceso para un número especificado de ciclos,
normalmente cinco. Después de los ciclos alternados de mojado y desecación, se
divide al agregado en fracciones haciéndolo pasar por las mallas y se determina
para cada fracción el porcentaje de pérdida de peso. El porcentaje de pérdida se
expresa como un promedio pesado. Para un tamaño dado de malla, el porcentaje
de pérdida promedio por peso es el producto del porcentaje que pasa por esa malla
y el porcentaje que pasa por esa malla en el material original. El total de estos
valores es el valor de prueba de perdida en porcentaje
5.3.1.3.4 Densidad relativa y absorción. La densidad relativa y la absorción de los
agregados son propiedades importantes que se requieren para el diseño de
concreto y de mezclas bituminosas. La densidad relativa de un sólido es la razón
de su masa a la de un volumen igual de agua destilada a una temperatura
específica. Debido a que los agregados pueden contener huecos permeables al
agua, se usan dos medidas de la densidad relativa de los agregados: densidad
relativa aparente y densidad relativa de la masa. La densidad relativa aparente,
41
GA, se calcula con base en el volumen neto de los agregados, esto es, sin contar
los huecos permeables al agua. Así,
Dónde:
MD = masa seca del agregado
VN = volumen neto de los agregados sin considerar el volumen del
agua absorbida
w = densidad del agua
La densidad relativa total, GB, se calcula con base en el volumen total de
los agregados, incluyendo los vacíos permeables al agua:
Dónde: VB = volumen total de los agregados, incluyendo el volumen de
agua absorbida
La diferencia entre las densidades relativas aparente y la total equivalen a
los huecos permeables al agua de los agregados. El volumen de estos huecos se
puede medir pesando los agregados secos y en condiciones superficiales secas y
saturadas, esto es, con todos los vacíos permeables llenos de agua. La diferencia
42
entre las dos masas es la masa absorbida, MW. Normalmente se expresa a la
absorción de agua como un porcentaje de la masa del agregado seco.
5.3.1.3.5 Estabilidad química de los agregados. Ciertos agregados pueden ser inadecuados
para una aplicación particular de construcción de carreteras debido a la
composición química de las partículas del agregado. En las mezclas de asfalto,
ciertos agregados que tienen una afinidad excesiva por el agua pueden contribuir a
que se levante o remueva el asfalto, lo que conduce a la desintegración de las
superficies de asfalto. Se puede decir que un agregado de naturaleza “hidrofóbica”
es aquel que tiene un alto grado de resistencia a la remoción de la capa de asfalto
en presencia del agua. Por lo general, se puede suponer que la substancia
bituminosa en una mezcla bituminosa está presente en la forma de delgadas
películas que rodean a las partículas del agregado y que llenan, por lo menos
parcialmente, los espacios vacíos entre partículas adyacentes. Estas delgadas
películas de material bituminoso se adhieren a la superficie de los agregados
normales y contribuyen a la resistencia al corte de la mezcla; este efecto se
considera generalmente como parte de la “cohesión” de la mezcla. Para una
exposición continua al agua, ya sea en el laboratorio o en el campo, las mezclas
bituminosas que contengan ciertos agregados muestran una tendencia definitiva a
perder resistencia al corte, “fortaleza”, debido a una disminución en la cohesión
que se debe principalmente al reemplazo de las películas bituminosas que rodean
43
a las partículas del agregado con películas similares de agua. Los agregados que
exhiben esta tendencia en un grado marcado y nocivo se llaman agregados
“hidrofílicos”, que quiere decir “afines al agua”. Por lo contrario, los agregados
que muestran poca o ninguna disminución en la resistencia debido a la remoción
de la capa asfáltica se llaman “hidrofóbicos “o “repelentes al agua”.
Para juzgar la resistencia relativa a la remoción del asfalto de los
agregados, se han utilizado varios procedimientos de laboratorio diferentes, siendo
los más destacados la prueba de remoción del asfalto y la prueba de inmersión-
compresión. La prueba de remoción de asfalto consiste en recubrir al agregado
con el material bituminoso, sumergirlo en agua al agregado recubierto durante 16
a 18 h y luego, observar si el área total del agregado recubierto con una película
bituminosa está por encima o por debajo del 95 por ciento. La prueba de
inmersión-compresión consiste en comparar la resistencia a la compresión de
especímenes cilíndricos de una mezcla bituminosa (preparados, moldeados y
probados de manera estándar) con reproducciones que han sido sujetas a
inmersión en agua por un tiempo definido y estandarizado.
Los agregados que se usan en las mezclas de concreto con cemento
portland también pueden causar problemas relacionados con la estabilidad
química. En ciertas áreas se ha tenido mucha dificultad con agregados que
contienen substancias nocivas que reaccionan adversamente con los álcalis
presentes en el cemento. Generalmente las reacciones adversas de álcali agregado
provocan la expansión anormal del concreto. Se han creado métodos (Métodos
C227 y C289 de la ASTM) para detectar agregados con estas características
44
dañinas y se incluyen indicaciones adecuadas en especificaciones típicas (por
ejemplo, ASTM C33).
5.3.1.3.6 Forma de partícula, textura y limpieza del agregado. Por lo general, las
especificaciones para agregados que se usan en la construcción de carreteras
tienen requerimientos relacionados con la forma de la partícula, la textura de la
superficie y la limpieza del agregado. Normalmente, las especificaciones para
agregados que se usan en las mezclas bituminosas requieren que los agregados
sean resistentes, limpios, durables y libres de cantidades en exceso de piezas
planas o alargadas, polvo, bolas de arcilla y otro material indeseable. De igual
manera, los agregados que se usan en las mezclas de concreto con cemento
portland deben estar limpios y libres de substancias nocivas como grumos de
arcilla, sílice hidratada, limos y otras impurezas orgánicas.
Se garantiza generalmente la limpieza del agregado si se incluye en las
especificaciones requerimientos relativos a los porcentajes máximos permisibles
de diferentes substancias dañinas presentes. Los requerimientos específicos a este
respecto varían ligeramente para las diferentes dependencias (Anónimo 2004).
5.3.1.4 Ensayos para caracterizar los agregados pétreos.
5.3.1.4.1 Agregados Gruesos. (partículas mayores a 2 mm.)
Estudio Petrográfico. En este ensayo se determina la composición mineralógica y
las características de la naturaleza de los agregados pétreos, haciendo primero una
descripción macroscópica del agregado, analizando su aspecto y determinando las
características físicas como homogeneidad, dureza y tenacidad, enseguida se lleva
a cabo el estudio propiamente petrográfico, mediante un microscopio polarizante
45
que permite identificar los constituyentes minerales del agregado por su color,
forma, exfoliación y relieve, por último se determina el tamaño de los cristales y
su posición. La muestra es una sección delgada de agregado de un espesor
uniforme aproximado a 30µ. Este estudio permite identificar los tamaños de
grano, el grado de alteración del agregado y la presencia de componentes no
deseables. (Padilla, 2004, p.17).
Ensayo de Desgaste de los Ángeles. Este ensayo caracteriza la resistencia que
presentan los agregados al desgaste. La máquina de los Ángeles consiste en un
cilindro hueco de acero, con sus extremos cerrados y una abertura para introducir
los áridos, que puede girar en posición horizontal. Se introducen en el cilindro
unas bolas de acero como la carga abrasiva y se hace girar un determinado
número de vueltas. Luego se separa la parte de la muestra que pasa por el tamiz
1.6 UNE. Se determina el coeficiente de desgaste de los ángeles que es la
diferencia entre el peso original de la muestra y el peso después del ensayo
expresada en porcentaje del peso inicial. Si el desgaste es mayor de 50%, se
asume que el agregado es de mala calidad, si el desgaste es menor de 20%, el
agregado es excelente.
46
Figura 2. Máquina de los Ángeles
Fuente: Análisis de la resistencia a las deformaciones plásticas de mezclas bituminosas densas de la normativa
mexicana mediante el ensayo de pista. (Padilla, 2004)
Se puede decir que coeficientes Los Ángeles superiores a 50, corresponden
a agregados de muy mala calidad, no aptos para construcción de capas de firme.
Por el contrario, coeficientes inferiores a 20 corresponden a áridos excelentes, con
resistencia al desgaste suficiente para cualquier posible aplicación y, en particular,
para capas de rodadura bituminosas, que hayan de soportar tráfico pesado.
(Padilla, 2004, pg. 19)
5.3.1.4.2. Agregados Finos. (partículas entre 2 y 0,063 mm).
Equivalente de Arena. Con este ensayo podemos evaluar la limpieza y plasticidad
de los agregados finos. El ensayo consiste en introducir una muestra de agregado
en una probeta que contiene una solución floculante, se mezcla el agregado con la
solución y se añade agua, dejando reposar el conjunto durante 20 minutos.
Después de este tiempo se puede observar el agregado limpio en la parte inferior,
en la zona intermedia las partículas contaminantes en suspensión y en la superficie
el líquido relativamente limpio. Con la relación de alturas de estas zonas se
47
determina el equivalente de arena. Se define como agregado muy contaminado el
que tiene un Equivalente de Arena menor de 20 y como agregado muy limpio el
que tiene un equivalente de arena mayor que 50.
Figura 3. Equivalente de arena
F Fuente: Análisis de la resistencia a las deformaciones plásticas de mezclas bituminosas densas de la normativa
mexicana mediante el ensayo de pista. (Padilla, 2004)
Resultados de equivalentes de arena inferiores a 20 corresponden a
agregados muy contaminados por partículas nocivas que, en general, no deben
utilizarse en capas de firme; por el contrario, valores superiores a 50 reflejan un
grado de limpieza suficiente para la mayor parte de las aplicaciones. (Padilla,
2004, pg. 21).
Coeficiente de Limpieza. Consiste en comparar dos granulometrías de una misma
muestra de agregados, antes y después de un lavado y secado del material. Las
distorsiones entre las dos curvas no deben superar unos determinados valores.
(Padilla, 2004, pg. 22).
Límites de Atterberg. El índice de plasticidad es la diferencia entre los límites
líquido y plástico obtenidos mediante dos ensayos, que consisten en determinar el
48
porcentaje de humedad existente en la muestra a partir del cual esta cambia de
estado, pasando del fluido al semisólido para el primer caso y del semisólido al
sólido en el segundo caso.
El ensayo para determinar el límite líquido se realiza mediante la cuchara
de Casagrande y el ensayo del límite plástico se realiza fabricando unos cilindros
de 3mm de diámetro. (Padilla, 2004, pg. 22)
5.3.2 Polvo mineral (Fíller). Es un material no arcilloso que pasa el tamiz No. 200. Se
incorpora a la mezcla con el Fin de aumentar la estabilidad, y disminuir el porcentaje
de asfalto necesario para obtener un determinado porcentaje de vacíos en la mezcla.
Es suficiente una cantidad muy pequeña para aumentar la estabilidad, mientras el
índice de flujo permanece prácticamente constante. Una pequeña cantidad de llenante
mineral, puede reducir el contenido óptimo de asfalto. El llenante mineral es un factor
importante que afecta a la durabilidad, por esta razón se debe controlar estrictamente
su cantidad y su calidad. (Anónimo, 2004, p.260).
5.3.2.1 propiedades del polvo mineral como componente de las mezclas asfálticas. En la
interface filler-asfalto y en el comportamiento de la mezcla asfáltica, tienen que ver
las propiedades físicas y químicas tanto como las características geométricas,
propiedades de superficie, adsorción, adhesión, etc. La irregularidad geométrica
(forma, angulosidad y textura de superficie), es uno de los aspectos más importantes
en el papel del fíller dentro de la mezcla. La irregularidad geométrica afecta
directamente el contenido óptimo de asfalto en la mezcla, a las características de
interface del mastico y a su comportamiento geológico. Todos estos aspectos influyen
directamente en el comportamiento estructural y mecánico de las mezclas. La
49
irregularidad geométrica se puede evaluar cualitativamente y cuantitativamente
mediante el microscopio electrónico, y caracterizar la forma, angulosidad, textura
superficial y la porosidad accesible de las partículas. (Padilla, 2004, p.16)
5.3.2.2 Uso del filler. Los fillers deben ser mezclados en el asfalto en un mezclador a una
temperatura tal que la viscosidad es alrededor de 200 cst .por ejemplo para un asfalto
de penetración será a una temperatura de 100ºc por encima de su punto de
ablandamiento. El filler debe ser agregado gradualmente para no enfriar al asfalto
rápidamente; mezclado en forma continua y permitir la salida de aire ocluido en la
masa del asfalto. Mezclas de asfalto/filler deben mantenerse en proceso de mezcla
inmediatamente de su utilización para prevenir la sedimentación del filler. Polvo de
asfalto. Solo asfaltos de baja penetración puede ser triturado para ser reducidos a
polvo, usualmente a una partícula de tamaño de 0.5 mm o menos. Este límite depende
de la temperatura ambiente tal como se muestra en la siguiente lista. Penetración a
60ºc: Menos de 15: no causa problemas más de 15: puede no triturarse. Penetración a
25ºc más de 10 no triturable 5-10 con dificultad 2-5 triturable Menos de 2 fácilmente
triturable.
5.3.2.3 Ensayos para caracterizar el polvo Mineral (Fíller). (partículas menores de 0.063
mm).
Emulsibilidad: Es una medida de la afinidad del filler hacia los ligantes
asfálticos, para verificar que no sean desplazados por el agua. El método
de ensayo permite cuantificar esta propiedad mediante el concepto
denominado coeficiente de emulsibilidad, que se define en las condiciones
de ensayo, como la máxima cantidad de ligante asfáltico que se puede
50
dispersar en forma de emulsión directa (ligante en agua) en un gramo de
polvo mineral, sin que se produzca la inversión de la emulsión (agua en
ligante). Una proporción mayor de ligante lleva a la coagulación de éste,
como consecuencia de la referida inversión, separándose, entonces, en
agua del sistema. (Padilla, 2004, pg. 22)
Densidad aparente en tolueno. Da una idea de la finura del filler que debe
limitarse para evitar problemas en la envuelta con el ligante. El método
consiste en medir el volumen ocupado por una cantidad especificada de la
muestra de polvo mineral, cuando se sedimenta el tolueno. La densidad
aparente determinada en estas condiciones, es una medida relativa del
grado de finura del polvo mineral. Valores de la densidad aparente en
tolueno entre 0.5 y 0.8 gr/cm3 corresponden a una actividad media
adecuada para su utilización en mezclas asfálticas. (Padilla, 2004, pg. 23).
5.3.3 Asfalto. Se define como un material cementante, de color oscuro y de consistencia
variable, Son materiales aglomerantes sólidos o semisólidos de color que varía de
negro a pardo oscuro cuya rigidez depende de la temperatura en que se encuentre, los
constituyentes predominantes son betunes que se dan en la Naturaleza en forma sólida
o semisólida o se obtienen de la destilación del petróleo; o combinaciones de éstos
entre sí o con el petróleo o productos de estas combinaciones (S. Minaya & A.
Ordoñez, 2014).
5.3.3.1 Clasificación de asfalto, Entre la variada gama de tipos de asfalto, según
construmatica.com podemos nombrar los siguientes:
51
5.3.3.1.1.1 Asfaltos Oxidados o Soplados, Estos son asfaltos que han sido sometidos a un
proceso de deshidrogenación y posteriormente a un proceso de polimeración.
Este asfalto es expuesto a una elevada temperatura pasándole una corriente
de compresión de aire con el objetivo de mejorar sus características y ser
empleado en aplicaciones más especializadas.
El proceso de oxidación en los asfaltos presenta las siguientes
modificaciones físicas como aumento del peso específico, aumento de la
viscosidad y disminución de la susceptibilidad térmica.
5.3.3.1.1.2 Asfaltos Sólidos o Duros. Asfaltos con una penetración a temperatura ambiente
menor que 10, además de ser aglutinante e impermeabilizante, se caracteriza por
su flexibilidad, durabilidad y alta resistencia a la acción de la mayoría de los
ácidos, sales y alcoholes.
5.3.3.1.1.3 Asfaltos fluxantes. Fracción de petróleo relativamente poco volátil empleada en
ocasiones para ablandar el asfalto hasta la consistencia deseada; frecuentemente
se emplea como producto básico para la fabricación de materiales asfálticos para
revestimientos de cubiertas.
5.3.3.1.1.4 Asfaltos Fillerizado. Asfaltos en cuya composición hay materias minerales
finamente molidas que pasan por el tamiz #200.
5.3.3.1.1.5 Asfalto líquido. Material asfáltico cuya consistencia blanda o fluida hace que esté
fuera del campo de aplicación del ensayo de penetración, cuyo límite máximo es
300. Se componen por una fase asfáltica y un fluidificante volátil, que puede ser
bencina, queroseno o aceite. Los fluidificantes se evaporan (proceso de curado),
52
quedando el residuo asfáltico el cual envuelve y cohesiona las partículas del
agregado (construmatica.com, 2017).
5.3.3.2 Propiedades o características del asfalto. Las propiedades físicas más importantes
del cemento asfáltico, que son tenidas en cuenta en el diseño, construcción y
mantenimiento de carreteras según Rondón & reyes, son:
5.3.3.2.1.1 Durabilidad. Indica qué tanto permanecen en un cemento asfáltico sus
características cuando es expuesto a procesos normales de degradación y
envejecimiento.
5.3.3.2.1.2 Adhesión y cohesión. Adhesión es la capacidad del cemento asfáltico para
adherirse al agregado en la mezcla de pavimentación. Cohesión es la capacidad
del cemento asfáltico de mantener firmemente, en su puesto, las partículas de
agregado en el pavimento terminado.
5.3.3.2.1.3 Consistencia. Para caracterizar a los asfaltos es necesario conocer su consistencia
a distintas temperaturas, porque son materiales termoplásticos que se licúan
gradualmente al calentarlos. Consistencia es el término usado para describir el
grado de fluidez o plasticidad del asfalto a cualquier temperatura dada. Para poder
comparar la consistencia de un cemento asfáltico con la de otro, es necesario fijar
una temperatura de referencia.
5.3.3.2.1.4 Pureza. El cemento asfáltico se compone, casi enteramente, de betunes, los
cuales, por definición, son solubles en bisulfuro de carbono. Los asfaltos
refinados son, generalmente, más de 99,5 por ciento solubles en bisulfuro de
carbono y por lo tanto casi betunes puros. Las impurezas, si las hay, son inertes.
53
Normalmente, el cemento asfáltico, cuando deja la refinería, está libre de
agua o humedad, pero puede haber humedad en los tanques de transporte. Si hay
agua inadvertida, puede causar espumas al asfalto cuando se calienta por encima
de los100ºC (212°F).
5.3.3.2.1.5 Seguridad. El cemento asfáltico, si se lo somete a temperaturas suficientemente
elevadas, despide vapores que arden en presencia de una chispa o llama. La
temperatura a la que esto ocurre es más elevada que la temperatura normalmente
usada en las operaciones de pavimentación. Sin embargo, para tener la certeza de
que existe un adecuado margen de seguridad, se debe conocer el punto de
inflamación del asfalto (Rondón & reyes, 2015).
5.3.4 PET. es un tipo de plástico muy usado en envases de bebidas y textiles. Sus siglas
vienen de su composición politereftalato de etileno. Algunas compañías
manufacturan el PET y otros poliésteres bajo diferentes marcas comerciales, por
ejemplo, en los Estados Unidos y Gran Bretaña usan los nombres
de Mylar y Melinex.
5.3.4.1 PET 1 ó PETE (polietileno tereftalato). Es el de las botellas de refresco, de agua,
potes de mayonesa, enjuague bucal, aceite, vinagre y otros. Por lo general es de un
solo uso y es transparente. Es altamente reciclable, y se puede convertir en abrigos de
polar fleece, alfombras, muebles, bolsos, paneles para la construcción y otro tipo de
envases. (José E. 2012)
54
Imagen 6. Botellas plásticas
Fuente: https://es.123rf.com
5.3.4.2 PET 2 ó HDPE (polietileno de alta densidad). Lo encuentras principalmente en
empaques y en contenedores de leche, jugos, detergentes, cloro, champú, algunas
bolsas de basura, bolsas de cereal, potes de aceite de carro, vasitos de
yogurt. También son altamente reciclables. Se convierten en botellas más rústicas,
como de detergente de ropa, en bolígrafos, contenedores de basura, tuberías de
drenaje, casas para perros, materiales de construcción. (José E. 2012)
Imagen 7. Plásticos y envases
Fuente: https://reciclajeverde.wordpress.com
55
5.3.4.3 PET 3 (Vinil). Lo encuentras como envase para algunos productos de limpieza, en
los empaques de comida transparentes, equipos médicos, ventanas y plomería de
PVC. Pocas veces se recicla. (José E. 2012)
Imagen 8. Botellas plásticas y cable
Fuente: https://reciclajeverde.wordpress.com
5.3.4.4 Ventajas.
Resistencia y rigidez elevadas
Elevada resistencia a la fluencia
Elevada dureza de la superficie
Muy apropiado para ser pulido
Elevada estabilidad dimensional
Buenas propiedades de fricción por deslizamiento y resistencia a la
abrasión
Buen comportamiento como aislante eléctrico
Elevada resistencia a sustancias químicas
Muy apropiado para ser barnizado
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5.4 Marco Legal
Teniendo en cuenta que el propósito de la investigación conlleva a determinar la
viabilidad técnica de un diseño de mezcla para la elaboración de asfaltos modificados
usando 1.6% de fibra de PET, con porcentajes de asfalto entre el 4.5% y el 6%, se tuvo en
cuenta la aplicación de la normatividad legal vigente en tal sentido.
Los parámetros y lineamientos que orientan esta investigación son suministrados
por la norma y especificación INVÍAS; 450-13 y 400-13 respectivamente, para este caso
en particular una mezcla densa en caliente MDC-19 y para un tránsito NT2.
5.4.1 Norma INVE-213-13 Análisis Granulométrico de Agregados Finos y Gruesos.
Esta norma tiene como objeto determinar la distribución de los tamaños de los
agregados gruesos y finos de un material pétreo, utilizando tamices de orificios
cuadrados de mayor a menor tamaño.
5.4.2 Norma INVE-733-13 Gravedad específica Bulk y densidad de mezclas asfálticas
Compactadas no absorbentes empleando especímenes Saturados y superficie
seca. Este método se refiere a la determinación de la gravedad específica bulk y
densidad de las muestras de mezclas asfálticas compactadas.
5.4.3 Norma INVE-736-13 Porcentajes de vacíos de aire en mezclas asfálticas
compactadas densas y abiertas. Esta norma se refiere a la determinación del
porcentaje de vacíos de aire en mezclas asfálticas densas y abiertas compactadas.
5.4.4 Norma INVE-748-13 Resistencia de Mezclas Asfálticas en Caliente Empleando el
Aparato Marshall. El objetivo de esta norma es describir el procedimiento que se
debe seguir para la determinación de la resistencia a la deformación plástica de
57
especímenes cilíndricos de mezclas asfálticas para pavimentación empleando el
aparato Marshall.
5.4.5 Norma INV E-799-13 Análisis volumétrico de mezclas asfálticas compactadas en
caliente. Esta norma proporciona los procedimientos para llevar a cabo el análisis
volumétrico de especímenes de mezcla asfáltica en caliente (MAC).
58
6. Diseño metodológico
Nosotros Sebastián Fernando Buitrago Buitrago, Nelly Vanessa Onofre Castro y
Edilsen Sierra Rodríguez estudiantes de ingeniería civil de la Universidad Cooperativa de
Colombia sede Villavicencio, auxiliares de investigación en dirección del ingeniero Juan
Manuel Cruz Rodríguez llevamos a cabo la investigación viabilidad técnica de un diseño
de mezcla asfáltica con 1.6% de fibra de PET, con porcentajes de asfalto entre el 4.5% y
el 6%, por medio de un procedimiento metodológico en base científica la cual se ve
reflejada por medio de una fase experimental mediante ensayos y pruebas en el
laboratorio NHSQ de la ciudad de Villavicencio.
6.1 Tipo de investigación
El tipo de investigación que se realizo fue experimental y comparativo, ya que se
aborda el problema a través de ensayos, experimentos y pruebas, contrastando las
investigaciones anteriores para de esta manera determinar unos resultados concretos con
el fin de establecer variables e influencia del PET en el proceso técnico de la
investigación.
6.2 Instrumentos metodológicos de la investigación
De acuerdo a la norma INVE-748-13 Resistencia de Mezclas Asfálticas en
caliente Empleando el Aparato Marshall. (2013), los instrumentos necesarios son:
6.2.1 Dispositivo para moldear probetas. Consistente en un molde cilíndrico con un
collar de extensión y una placa de base plana. El molde deberá tener un diámetro
interior de 101.6 mm (4") y una altura interna aproximada de 76.2 mm (3"); la placa
59
de base y el collar de extensión deberán ser intercambiables, es decir ajustables en
cualquiera de los dos extremos del molde. Se recomienda disponer de tres (3) moldes.
Figura 4. Dispositivo para moldear probetas
Fuente: Resistencia de mezclas asfálticas en caliente empleando el aparato Marshall, I.N.V. E–748–13
6.2.2 Extractor de Probeta. Elemento de acero en forma de disco con diámetro de 100
mm (3.95") y 12.7 mm (1/2") de espesor, utilizado para extraer la probeta compactada
del molde, con la ayuda del collar de extensión. Se requiere de un elemento adecuado
para transferir la carga a la probeta, de manera que ésta pase suavemente del molde al
collar.
6.2.3 Martillo de Compactación. Consistente en un dispositivo de acero formado por una
base plana circular de 98.4 mm (3 7/8”) de diámetro y un pisón deslizante de 4536 ±
9 g (10 ± 0.02 lb) de peso total, montado en forma que proporcione una altura de
caída de 457.2 ± 1.524 mm (18 ± 0.06”), como se describe en la Figura 2. El martillo
de compactación puede estar equipado con un protector de dedos.
60
Figura 5. Martillo de Compactación del equipo Marshall
Fuente: Resistencia de mezclas asfálticas en caliente empleando el aparato Marshall, I.NV.E–748–07
6.2.4 Pedestal de Compactación. Consistente en una pieza prismática de madera de base
cuadrada de 203.2 mm de lado y 457.2 mm de altura (8" x 8" x 18") y provista en su
cara superior de una platina cuadrada de acero de 304.8 mm de lado x 25.4 mm de
espesor (12" x 12" x 1"), firmemente sujeta en la misma.
La madera será roble u otra clase cuya densidad seca sea de 0.67 a 0.77
g/cm³ (42 a 48 lb/pie³). El conjunto se fijará firmemente a una base de concreto,
debiendo quedar la platina de acero en posición horizontal.
6.2.5 Sujetador para el molde. Consistente en un dispositivo con resorte de tensión.
diseñado para centrar rígidamente el molde de compactación sobre el pedestal.
Deberá asegurar el molde completo en su posición durante el proceso de
compactación.
Nota 1.- En lugar del martillo de operación manual y asociado con los
equipos hasta ahora descritos, se podrá usar un martillo operado mecánicamente,
el cual haya sido calibrado para ofrecer resultados comparables con los del
martillo manual.
61
6.2.6 Mordazas y medidor de deformación.: Las mordazas consisten en dos segmentos
cilíndricos, con un radio de curvatura interior de 50.8 mm (2") maquinado con
exactitud. La mordaza inferior va montada sobre una base plana, provista de dos
varillas perpendiculares a ella y que sirven de guía a la mordaza superior. El
movimiento de la mordaza superior se debe efectuar sin un rozamiento apreciable.
El medidor de deformación consiste en un deformímetro de lectura final fija,
con divisiones en 0.25 mm (0.01”). En el momento del ensayo, el medidor deberá
estar firmemente apoyado sobre la mordaza superior y su vástago se apoyará en una
palanca ajustable acoplada a la mordaza inferior.
6.2.7 Prensa. Para la rotura de las probetas se empleará una prensa mecánica o hidráulica
capaz de producir una velocidad uniforme de desplazamiento vertical de 50.8 mm por
minuto (2”/min.). su capacidad de carga mínima deberá ser de 40 kN
6.2.8 Medidor de la estabilidad. La resistencia de la probeta en el ensayo se medirá con
un anillo dinamométrico acoplado a la prensa, de 22.2 kN (2265 kgf) de capacidad,
con una sensibilidad de 44.5 N (4.54 kgf) hasta 4.45 kN (454 kgf) y 111.2 N (11.4
kgf) hasta 22.2 kN (2265 kgf). Las deformaciones del anillo se medirán con un
deformímetro graduado en 0.0025 mm (0.0001”).
Nota 2.- En lugar de medir la estabilidad con un anillo dinamométrico, se puede
emplear cualquier otro dispositivo de medida de carga que cumpla los requisitos
indicados anteriormente.
6.2.9 Elementos de calefacción. Para calentar los agregados, el material asfáltico, el
conjunto de compactación y la muestra, se empleará un horno o placa de calefacción,
62
provisto de control termostático, capaz de mantener la temperatura requerida con un
error menor de 2.8° C (5° F).
6.2.10 Mezcladora. Es recomendable que la operación de mezclado de los materiales se
realice con una mezcladora mecánica capaz de producir, en el menor tiempo posible,
una mezcla homogénea a la temperatura requerida. Si la operación de mezclado se
realiza a mano, este proceso se debe realizar sobre una placa de calefacción o estufa,
para evitar el enfriamiento de los materiales, tomando las precauciones necesarias
para evitar los sobrecalentamientos locales.
6.2.11 Tanque para agua. De 152.4 mm (6") de profundidad mínima y controlado
termostáticamente para mantener la temperatura a 60° ± 1° C (140° ± 2.0° F). El
tanque deberá tener un falso fondo perforado o estar equipado con un estante para
sostener las probetas por lo menos a 50.8 mm (2") sobre el fondo del tanque.
6.2.12 Tamices. Los necesarios para reproducir en el laboratorio la granulometría exigida
por la especificación a los agregados para la mezcla que se va a diseñar.
6.2.13 Termómetros blindados. De 9.9° C a 204° C (50° F a 400° F) para determinar las
temperaturas del asfalto, agregados y mezcla, con sensibilidad de 2.8° C. Para la
temperatura del baño de agua se utilizará un termómetro con escala de 20° C a 70° C
y sensibilidad de 0.2° C (68° F a 158° F ± 0.4° F).
6.2.14 Balanzas. Una de cinco (5) kg de capacidad, sensible a un (1) g para pesar agregados
y asfalto; otra de dos (2) kg de capacidad, sensible a 0.1 g para las probetas
compactadas.
6.2.15 Guantes. De soldador para manejar equipo caliente y de caucho para sacar las
muestras del baño de agua.
63
6.2.16 Bandejas metálicas. De fondo plano para calentar agregados y cubetas metálicas
redondas de 4 litros (1 galón) de capacidad, para mezclar asfalto y agregados,
cucharones, recipientes, espátulas, papel de filtro, etc.
6.3 Fases de investigación y/o procedimiento
Las principales etapas que se adelantarán a nivel metodológico y cronológico en la
investigación son:
6.3.1 Consultas bibliográficas. Antes de comenzar la investigación se realizó una consulta
bibliográfica acerca de las normas requeridas para la elaboración de mezclas
asfálticas de acuerdo a la línea de investigación, estudiamos los datos y conclusiones
obtenidos de las investigaciones anteriores para demostrar la evolución y viabilidad
del proyecto.
6.3.2 Materiales utilizados. Luego de conocer la normatividad y las exigencias de los
materiales que se deben usar en el diseño de mezclas asfálticas se procedió a adquirir los
siguientes materiales :
6.3.2.1 Agregado pétreo. los materiales pétreos utilizados durante el proceso de investigación
se adquirieron de la cantera de la empresa MURCIA & MURCIA, cuya fuente de
explotación es el Rio Guayuriba, Mina las Mercedes, vía Villavicencio a Acacias Km 14,
Vereda las Mercedes en el departamento del Meta, las cuales fueron sometidas a las
pruebas de caracterización conforme a los lineamientos de INVÍAS (2007).
6.3.2.2 Cemento asfáltico. El cemento asfaltico utilizado en la investigación tuvo un índice de
penetración 60-70 suministrada por la empresa Manufacturas y Procesos Industriales
Ltda. A la empresa Murcia y Murcia, para la elaboración de los diseños de mezcla
asfálticas en caliente.
64
Imagen 9. Asfalto adquirido de Murcia&Murcia
Fuente: Propia
6.3.2.3 PET. Fue adquirido de una empresa de la ciudad de Medellín llamada ENKA DE
COLOMBIA S.A. que es una empresa que realiza polímeros y fibras sintéticas de
poliamida (Nylon) y poliéster reutilizando la botella plástica que realiza la empresa
ENKA de Colombia.
Una vez recibida la fibra con características como color negro, de apariencia y
textura plástica, a la cual se le realizo un procedimiento de corte a aproximadamente
1cm para tratar de estandarizar su tamaño y facilitar el mezclado y su incorporación con
la mezcla.
65
Imagen 10. PET en estado comercial.
Fuente: Propia
6.3.3 Procedimiento ensayos de Laboratorio
Después de obtener los materiales anteriormente mencionados, nos disponemos a
cortar la fibra de PET a una dimensión de aproximadamente (1cm) un centímetro para
estandarizar su tamaño y dé manejabilidad al ser adicionado a la mezcla.
Imagen 11. Corte de PET a aproximadamente 1cm
Fuente: Propia
66
Posteriormente nos dirigimos al laboratorio a realizar los ensayos necesarios
cumpliendo los requisitos de seguridad establecidos por el laboratorio.
El ensayo se realiza con la granulometría establecida por la norma INVIAS para
un diseño de mezcla MDC-19. Para la determinación del porcentaje óptimo de asfalto se
realizaron 4 briquetas por porcentaje de asfalto que varía entre 4.5%, 5%, 5.5% y 6% de
la masa total.
De acuerdo a norma I.N.V.E-748-07 cada briqueta contiene 1.200gr el cual
multiplicamos por 4 que serán las briquetas elaboradas por porcentaje de asfalto, y
sumamos 1.500gr de la extracción para el ensayo de contenido de asfalto establecido en
la norma I.N.V.E–732–07, por tanto nos da de una masa total de 6.300gr que por motivos
de desperdicio se aproxima a 7.000gr.
𝑴𝒂𝒔𝒂 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = (1200𝑔𝑟 ∗ 4) + 1500𝑔𝑟
(4800𝑔𝑟) + 1500𝑔𝑟
6300𝑔𝑟 ≈ 𝟕𝟎𝟎𝟎𝒈𝒓
Después de tener la masa total por porcentaje de asfalto y dosificación,
procedemos a pesar los materiales necesarios para la mezcla excediendo su peso debido a
que los materiales debían ser secados para cumplir la cantidad establecida.
67
Tabla 3. Dosificación y Cantidades del material
Masa
total (gr)
% de
Asfalto
Asfalto
(gr)
1,6%
PET (gr)
30%
Grava
1/2" (gr)
15%
Grava
3/4" (gr)
52%
Arena
triturada
(gr)
3%
Filler
(gr)
7000
4,5 315 112 2100 1050 3640 210
5,0 350 112 2100 1050 3640 210
5,5 385 112 2100 1050 3640 210
6,0 420 112 2100 1050 3640 210
Fuente: Propia
Imagen 12. Agregado pétreo secado en estufa
Fuente: Propia
De manera simultánea procedemos a limpiar los moldes de las briquetas con ACPM y
estopa para introducirlas al horno junto con el asfalto para que vayan adquiriendo la temperatura
requerida.
68
Imagen 13. Limpieza de Moldes y Horno Eléctrico a 135°
Fuente: Propia
Cuando se haya secado el material lo pesamos de nuevo cumpliendo con el peso indicado en la
tabla 3, retirando el exedente que se presente.
Imagen 14. Peso de los materiales (Peso Filler y Peso Grava de 3/4")
Fuente: propia
Se vierten los materiales pétreos (Arena, Grava ½”, Grava ¾”y Filler) en un recipiente
más amplio, en el cual se combinan de manera que quede una mezcla homogénea, este
69
procedimiento se realiza sobre una estufa para que los agregados vayan adquiriendo la
temperatura de 135°C.
Imagen 15. Homogenización y obtención de la temperatura ideal para el material.
Fuente: propia
Después de tener lista la mezcla y verificar la temperatura óptima de los materiales se
adiciona el cemento asfaltico de forma simultánea con el PET, teniendo en cuenta las
recomendaciones indicadas en las investigaciones anteriores, ya que antes el PET era adicionado
junto con los agregados pétreos, generando grumos y uniones entre sí.
De manera simultánea ubicamos en la estufa el martillo de compactación del Aparato
Marshall, ya que todos los equipos se deben encontrar a una temperatura de 135°C
aproximadamente para la elaboración de este ensayo.
70
Imagen 16. Obtención de temperatura ideal del asfalto y adición del cemento asfaltico y PET a la mezcla
Fuente: propia
Imagen 17.Homogenización de la mezcla con asfalto y PET, y calentamiento del martillo de compactación
Fuente: propia
Al finalizar el proceso de mezclado de los agregados con el cemento asfaltico y PET,
observamos al adicionar el PET de esta manera se evidencia una mezcla más homogénea
respecto las mezclas asfálticas de las investigaciones anteriores.
71
Imagen 18. Mezcla asfáltica lista para elaboración de briquetas
Fuente: Propia
El paso a seguir después de terminado el proceso de mezclado fue realizar un cuarteo del
material sobre una bandeja metálica, en la cual se dividen las 4 muestras de las briquetas y se
toman 1500gr aproximadamente para el ensayo de extracción para el porcentaje óptimo de
asfalto.
Imagen 19. Cuarteo de la Mezcla asfáltica
Fuente: Propia
Inmediatamente terminado el cuarteo procedemos a seleccionar los 1200gr para cada
briqueta, este proceso de selección debe realizarse lo más rápido posible ya que la mezcla no
puede perder temperatura, antes de verter el material seleccionado en los moldes del Aparato de
72
Marshall se deben limpiar y lubricar con ACPM para evitar adherencia de material a dichos
objetos, además de facilitar la extracción de las briquetas.
Vertido el material comenzamos a apisonar 25 veces en su interior con un elemento
metálico liso, posteriormente compactamos aplicando 75 golpes por ambas caras de la briqueta
con el martillo de compactación del aparato de Marshall.
Imagen 20. Aparato me Marshall y vertimiento de la mezcla de briqueta
Fuente: Propia
Imagen 21. 25 apisonamientos de la briqueta y 75 golpes de compactación por ambas caras de la briqueta
Fuente: Propia
73
Terminada la compactación procedemos a retirar la base dejando enfriar la briqueta al
aire hasta que no se produzca ningún tipo de deformación al retirar del molde, esta actividad se
realiza al día siguiente por medio de un gato mecánico.
Imagen 22. Extracción, numeración y enfriamiento de briquetas
Fuente: Propia
Una vez retiradas las briquetas de los moldes, pesamos cada una de las muestras y
medimos su altura verificando que cumplan con el espesor optimo establecido por la norma
INVE-748 de 63.5 mm.
Imagen 23. Peso al aire y medición espesor de briquetas
Fuente: Propia
74
Las primeras briquetas de nuestro ensayo las cuales correspondían al 4.5% de asfalto dieron con
un espesor superior al indicado en la norma (7cm), por este motivo se corrige la cantidad inicial
de agregados, de acuerdo a la expresión, en el sistema internaciones SI:
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 (𝑔) =63,5 × 𝑀𝐴𝑠𝑎 𝑢𝑠𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 (𝑔)
𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 (𝑚𝑚)
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 (𝑔) =63,5 × 1200𝑔
70 𝑚𝑚
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑡𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 (𝑔) = 1088𝑔𝑟
De acuerdo al resultado obtenido la masa inicial para las briquetas de los siguientes
porcentajes de asfalto 5%, 5.5% y 6% será de 1088gr aproximadamente.
Luego que se hayan pesado al aire y medido todas las briquetas procedemos a determinar
la masa de las briquetas sumergidas en agua, por medio de un péndulo casero con una balanza.
Imagen 24. Obtención peso en inmersión de Briquetas por medio de péndulo casero
Fuente: Propia
75
Se toma lectura de los pesos indicados por la balanza, retiramos la muestra del agua, la
secamos de forma superficial y se pesan nuevamente.
Después de obtener todos los pesos de las briquetas, se colocan las probetas en un baño
maría durante 30min a una temperatura de 60°C, cumplido el tiempo estimado se retiran del baño
de agua y se ubica en la prensa de la máquina de Marshall junto con el medidor de flujo ajustado
en cero para aplicar la carga del ensayo, todos estos datos los anotamos y almacenamos para
realizar análisis, cálculos y resultados.
Imagen 25. Inmersión de Briquetas a baño María y secado manual después de 30 min para ensayo
Fuente: Propia
76
Imagen 26. Determinación de estabilidad y flujo de las Briquetas por medio de la máquina de Marshall
Fuente: Propia
Por otro lado de manera simultánea al proceso de compactación para la conformación de
las briquetas, se realizó el ensayo de extracción, para determinar el contenido de asfalto y
gradación del material. Donde se toma aproximadamente1500gr de mezcla asfáltica en caliente
de cada una de las mezclas realizadas para cada uno de los porcentajes de asfalto.
Imagen 27. Mezcla asfáltica en taza de la unidad de extracción
Fuente: Propia
77
Se emplea un papel filtrante que contendrá la muestra evitando perdidas al momento del
centrifugado. Se determina la masa del Papel filtro, se ajusta al contorno de la taza y se ajusta la
tapa superior de manera firme.
Imagen 28. Papel filtro y sellado de taza de la unidad de extracción
Fuente: Propia
Se ubica la taza con el material en la maquina donde se aplica entre 350 a 400 ml de
gasolina para iniciar el proceso de centrifugado, aumentando gradualmente la velocidad y luego
se apaga. Este procedimiento se repite aproximadamente 6 veces revisando que el extracto del
material no sea más oscuro que un color ligero de paja.
78
Imagen 29. Adición de Gasolina a máquina de extracción y revisión del extracto del material
Fuente: Propia
Una vez realizados lo lavados correspondientes procedemos a transferir el material con el
papel filtro a un recipiente metálico previamente pesado para llevar a secar la muestra al horno.
Después de secada la muestra obtenemos un segundo peso, el cual corresponde a la masa
del recipiente, menos el peso inicial del papel filtro.
Imagen 30. Material retirado de la máquina de extracción y obtención del segundo peso de la muestra después de
seca
Fuente: Propia
79
Obtenido ya el peso seco de la muestra, se retira el material adherido a la superficie del
papel filtrante y se añade al resto del material para ser lavadas con jabón y abundante agua con el
fin de retirar residuos de gasolina debido al ensayo. Después de lavada la muestra se pone
nuevamente al horno para retirar el agua y humedad del material a una temperatura baja para
evitar reacciones de la fibra de PET.
Imagen 31. Lavado del material
Fuente: Propia
Imagen 32. Muestras secas Después de lavadas
Fuente: Propia
Finalmente se realiza la granulometría del material ya seco por medio de un proceso de
tamizado pesando la cantidad retenida en cada tamiz.
80
Imagen 33. Tamizado del material
Fuente: Propia
81
7. Cálculos, Análisis y Resultados
7.1 Calculo de datos
Después de realizado el laboratorio, realizamos algunos cálculos con los datos
obtenidos y remplazando algunas ecuaciones indicadas en las normas trabajadas.
Porcentaje óptimo de Asfalto:
%𝑜𝑝𝑡 𝑎𝑠𝑓 =𝑃1 − 𝑃2
𝑃1× 100
Donde:
P1: Masa porción de ensayo
P2: Masa seca después del ensayo, menos el peso inicial del papel filtro.
Tabla 4. Obtención del % óptimo de Asfalto
% de
Asfalto Peso 1
(gr)
Papel
Filtro (gr)
Bandeja
(gr)
Peso 2
(gr)
% Contenido
de Asfalto
4,50 1469,8 15,9 198,1 1402,2 4,60%
5,00 1485,8 15,8 196,9 1413,3 4,88%
5,50 1501,1 15,8 209,3 1422,6 5,23%
6,00 1522,8 15,9 196,9 1435,9 5,71%
Fuente: Propia
Densidad de Bulk:
𝐷𝑏𝑢𝑙𝑘 =𝐴
𝐵 − 𝐶
Porcentaje de Agua Absorbido:
%𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑎𝑏𝑠 =𝐵 − 𝐴
𝐵 − 𝐶 × 100
82
Donde:
A: Masa briqueta seca al aire
B: Masa briqueta saturada superficialmente seca
C: Masa briqueta sumergida en agua
Tabla 5. Obtención Densidad de Bulk y Porcentaje de Agua absorbido
% de
Asfalto
Briqueta
N°
Masa
seca
Masa en
el Agua
Masa saturada
superficialmente
seca
Densidad
de Bulk
% de
Agua
Absorbida
4.5
1 1193,4 639,2 1203,6 2,114 1,81
2 1202,3 652,5 1211,8 2,150 1,70
3 1197,4 647,9 1206,5 2,144 1,63
4 1197 652,1 1207,1 2,157 1,82
5.0
1 1089,3 598,1 1092,6 2,203 0,67
2 1103,4 612 1107,8 2,225 0,89
3 1081,4 597,1 1086 2,212 0,94
4 1101,5 603,7 1105,5 2,195 0,80
5.5
1 1111 616,2 1111,7 2,242 0,14
2 1132,4 630,6 1135,2 2,244 0,55
3 1086,4 611,3 1088 2,279 0,34
4 1120 623,8 1121,9 2,249 0,38
6.0
1 1092,4 616,5 1092,7 2,294 0,06
2 1132,9 628,9 1134,6 2,240 0,34
3 1121,9 623,2 1122,7 2,246 0,16
4 1129,9 634,6 1131,1 2,276 0,24
Fuente: Propia
Volumen del agregado pétreo:
𝑉𝑎𝑝 =𝐷𝐵𝑢𝑙𝑘 × (100 − %𝑎𝑠𝑓)
𝛾𝑎𝑝
Donde:
ɣap: Peso específico Agregado pétreo (2,652g/cm3)
83
Tabla 6. Obtención Volumen del agregado pétreo
% de
Asfalto
Densidad
de Bulk
% Volumen
Agregado Pétreo
4,6
2,114 76,063
2,150 77,329
2,144 77,110
2,157 77,585
4,88
2,203 79,010
2,225 79,822
2,212 79,335
2,195 78,732
5,24
2,242 80,116
2,244 80,187
2,279 81,432
2,249 80,344
5,71
2,294 81,561
2,240 79,651
2,246 79,857
2,276 80,912
Fuente: Propia
Gravedad especifica máxima:
𝐺𝑚𝑚 =100
%𝑎𝑝𝛾𝑎𝑝 +
%𝑎𝑠𝑓𝛾𝑎𝑠𝑓
Donde:
ɣasf: Peso específico del asfalto (1,007g/cm3)
Porcentaje de vacíos:
%𝑉 =𝐺𝑚𝑚 − 𝐷𝐵𝑢𝑙𝑘
𝐺𝑚𝑚× 100
Volumen cemento asfaltico:
𝑉𝑐𝑎 = 100 − %𝑣 − 𝑉𝑎𝑝
Vacíos en agregado pétreo:
84
%𝑉𝑎𝑝 = 100 − 𝑉𝑎𝑝
Tabla 7. Obtención de vacíos del agregado pétreo
% de
Asfalto
% Volumen
Agregado
Pétreo
% vacíos de
agregado
pétreo
4,6
76,063 23,937
77,329 22,671
77,110 22,890
77,585 22,415
4,88
79,010 20,990
79,822 20,178
79,335 20,665
78,732 21,268
5,24
80,116 19,884
80,187 19,813
81,432 18,568
80,344 19,656
5,71
81,561 18,439
79,651 20,349
79,857 20,143
80,912 19,088
Fuente: Propia
Estabilidad (N)
𝐸 = 𝐸𝑀 × 9,8066500286389
Donde:
EM: Valor obtenido de la Maquina de Marshall en Kg
9,8066500286389: Factor conversión de Kg a N
85
Tabla 8. Obtención de Estabilidad (N)
% de
Asfalto
Estabilidad
(kg)
Factor de
Corrección
Estabilidad
Corregida (Kg)
Estabilidad
(N)
Estabilidad
(Kn)
4,6
678 0,877 594,61 5831,09 5,83
675 0,877 591,98 5805,29 5,81
912 0,877 799,82 7843,59 7,84
885 0,877 776,15 7611,38 7,61
4,88
706 1,103 778,72 6923,49 7,64
840 1,103 926,52 8237,59 9,09
768 1,134 870,91 7531,51 8,54
830 1,071 888,93 8139,52 8,72
5,24
1781 1,103 1964,44 17465,64 19,26
1861 1,071 1993,13 18250,18 19,55
2109 1,165 2456,99 20682,22 24,09
1845 1,071 1976,00 18093,27 19,38
5,71
1348 1,165 1570,42 13219,36 15,40
1389 1,040 1444,56 13621,44 14,17
1403 1,071 1502,61 13758,73 14,74
1405 1,103 1549,72 13778,34 15,20
Fuente: Propia
Flujo (mm):
𝐹 = 𝑓 × 0,0254
Donde:
f: Valor obtenido del medidor de flujo en Maquina de Marshall
0,0254: Factor conversión de pulgadas a mm
Tabla 9. Obtención Flujo (mm)
% de
Asfalto
flujo maquina
Marshall
Flujo
(mm)
4,6
280 7,112
287 7,290
272 6,909
263 6,680
4,88 240 6,096
86
240 6,096
250 6,350
283 7,188
5,24
242 6,147
248 6,299
240 6,096
251 6,375
5,71
238 6,045
244 6,198
232 5,893
215 5,461
Fuente: Propia
Rigidez máxima (estabilidad/flujo)
𝑅 =𝐸
𝐹
Tabla 10. Obtención Rigidez máxima
% de
Asfalto
Estabilidad
(Kn)
Flujo
(mm)
Rigidez
Máxima
4,6
6,65 7,112 0,93
6,62 7,290 0,91
8,94 6,909 1,29
8,68 6,680 1,30
4,88
6,92 6,096 1,14
8,24 6,096 1,35
7,53 6,350 1,19
8,14 7,188 1,13
5,24
17,47 6,147 2,84
10,40 6,299 1,65
20,68 6,096 3,39
13,19 6,375 2,07
5,71
13,22 6,045 2,19
12,64 6,198 2,04
13,76 5,893 2,33
13,78 5,461 2,52
Fuente: Propia
87
De acuerdo a los datos obtenidos con los ensayos de laboratorio realizados y
mencionados anteriormente, se realizaron los cálculos para determinar las propiedades necesarias
de un diseño de mezcla asfáltica caliente MDC-19 con 1,6% de fibra de PET adicionada, para un
tipo de transito NT2, en la tabla N° X se puede visualizar el promedio de los resultados de dichos
cálculos para cada porcentaje de asfalto.
Tabla 11. Resultados de Laboratorio
%
Asfalto
%
Asfalto
real
Peso
unitario GMM
Estabilidad
(N)
Flujo
(mm)
%
Vacíos
mezcla
total
%
vacíos
llenos
de
asfalto
Volumen
de asfalto
Vacíos
Agregado
mineral
Estabilidad
/Flujo
(KN/mm)
4,50 4,60 2,14 2,48 7818,90 7,00 13,56 41,00 9,78 22,97 1,12
5,00 4,88 2,21 2,47 8084,23 6,24 10,50 49,45 10,70 20,77 1,30
5,50 5,24 2,25 2,46 20029,10 6,23 8,37 57,05 11,72 19,48 3,22
6,00 5,71 2,26 2,44 14444,12 5,78 7,11 63,50 12,83 19,49 2,50
Fuente: Propia
7.2 Análisis de Graficas
Grafica 1. Estabilidad Vs Asfalto
Fuente: Propia
y = -94285x3 + 1E+06x2 - 7E+06x + 1E+070
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
22000
24000
26000
4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8
Est
abil
idad
% Asfalto
Polinómica (ESTABILIDAD vs %ASFALTO)
88
En la gráfica 1 se evidencia la conducta de las 4 muestras para una mezcla MDC-19 con
adición de 1,6% de fibra de PET, con los diferentes porcentajes de asfalto los cuales varían de
4,5% a 6% vs estabilidad, para comprender mejor esta grafica es necesario tener claro el
concepto de estabilidad. La estabilidad es la capacidad que tiene de un asfalto de resistir
desplazamientos y deformación bajo las cargas del tránsito. Un pavimento estable es capaz de
mantener su forma y lisura bajo cargas repetidas, evitando patologías que presenta el pavimento
cuando la estabilidad es poca o es muy grande.
Según el instituto nacional de vías INVIAS, la estabilidad mínima para un pavimento
flexible debe ser de 7500 N. Visualizando la gráfica 1 podemos observar que en los porcentajes
menores de asfalto (4,6% a 4,8% de asfalto) la estabilidad es poca, cumple con lo estipulado en
la norma, pero su estabilidad es muy baja y puede llegar a producir patologías de ahuellamiento
y hundimientos. A medida que el porcentaje de asfalto aumenta la estabilidad también lo hace, se
podría decir que es directamente proporcional en una parte de la gráfica, su valor máximo lo
alcanza en el 5,4% de asfalto llega a tener una estabilidad por encima de los 22000 N esto la hace
un pavimento ligeramente rígido por este motivo puede llegar a generar grietas y ser menos
durable.
Respecto a la investigación base “Viabilidad técnica de la obtención de un diseño de
mezcla asfáltica adicionada con 1.6% de fibra de PET, que cumpla con la normatividad invías”
en términos de comparación tiene una capacidad de resistencia a las cargas de transito mucho
menores ya que su punto máximo fue aproximadamente de 13000N en contraste con nuestro
ensayo que el punto máximo fue aproximadamente 23000N.
La estabilidad de la mezcla cumple desde 4,9% de asfalto en adelante, pero debido a que
debemos analizar los demás ensayos y gráficas, tomamos como porcentaje óptimo de asfalto el
89
5,6% debido a que es un valor alto, de mucha estabilidad, pero el cual está un poco menor al
valor máximo que arrojo este ensayo.
Grafica 2. Flujo Vs Asfalto
Fuente: Propia
En la gráfica 2 se puede observar el flujo dado para una mezcla MDC-19 con adición de
1,6% de fibra de PET de acuerdo a los datos recolectados en laboratorio, este flujo esta dado en
milímetros y hace referencia a la deformación que sufre la mezcla dependiendo del porcentaje de
asfalto.
De acuerdo al Instituto Nacional de Vías, INVIAS, el flujo debe estar entre 2 a 4 mm y
con adicción de polímeros de 2 a 5 mm, teniendo en cuenta lo anterior y analizando la gráfica 2,
observamos que no cumple con los lineamiento establecidos por la norma INVIAS, debido a que
5,700
5,800
5,900
6,000
6,100
6,200
6,300
6,400
6,500
6,600
6,700
6,800
6,900
7,000
4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7
Flu
jo
% Asfalto
FLUJO VS ASFALTO
90
el porcentaje de asfalto más cercano a cumplir seria 5,7%, el cual no cumple otros parámetros
requeridos.
Respecto a la investigación base “Viabilidad técnica de la obtención de un diseño de mezcla
asfáltica adicionada con 1.6% de fibra de PET, que cumpla con la normatividad INVÍAS” en
términos de comparación de acuerdo al porcentaje óptimo de asfalto 5,4%, observamos que se
presenta una leve disminución de los valores de flujo respecto a nuestro ensayo. Por otro lado
observamos que a medida que se aumenta el porcentaje de asfalto va disminuyendo el valor del
flujo en contraste con la investigación anterior donde se evidencia todo lo contrario que al
aumentar el porcentaje de asfalto, aumenta el valor de deformación.
El porcentaje ideal para esta mezcla fue el 5,6% de asfalto que no cumple en totalidad las
condiciones, pero es el menor valor de flujo presentados entre porcentajes de asfalto posibles
(5,2%-5,6%). Con un valor de 6,052mm indicando que esta mezcla está expuesta a presentar
deformaciones.
91
Grafica 3. Densidad Vs Asfalto
Fuente: Propia
En la gráfica 3 se evidencia el comportamiento de la densidad para una mezcla MDC-19 con
adición de 1,6% de fibra de PET, respecto al porcentaje de asfalto usado en los diferentes diseños
de mezcla, se observa en dicha grafica que la línea de tendencia es directamente proporcional,
esto se debe a que a mayor cantidad de asfalto los vacíos se llenan y hacen más densa la mezcla,
también se observa que en el 5,6% la línea de tendencia tiende a ser constante y luego cae debido
al exceso de asfalto. Para esta propiedad el INVIAS no maneja ningún parámetro, debido a que
la densidad puede ser un valor relativo dependiendo del diseño de mezcla, además no es una
propiedad que genere un riesgo al pavimento.
2,120
2,130
2,140
2,150
2,160
2,170
2,180
2,190
2,200
2,210
2,220
2,230
2,240
2,250
2,260
2,270
2,280
4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7
Den
sid
ad
% de Asfalto
DENSIDAD VS %ASFALTO
92
Fuente: Propia
En la gráfica 4 se puede observar el porcentaje de vacíos de aire en mezclas asfálticas
compactadas densas y abiertas dado para una mezcla MDC-19 con adición de 1,6% de fibra de
PET, realizada para determina que tan permeable puede ser el diseño de mezcla conforme lo
establecido en el Instituto Nacional de Vías, INVIAS la cual debe estar entre el 3% a 5%.
Los porcentajes respecto a la investigación base “Viabilidad técnica de la obtención de un
diseño de mezcla asfáltica adicionada con 1.6% de fibra de PET, que cumpla con la
normatividad INVÍAS” en términos de comparación de acuerdo al porcentaje óptimo de asfalto
5,4% en el punto de porcentaje de vacíos mezcla total es de 10.35% mientras que en nuestro
6,000
6,500
7,000
7,500
8,000
8,500
9,000
9,500
10,000
10,500
11,000
11,500
12,000
12,500
13,000
13,500
14,000
4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7
% V
aci
os
mez
cla
to
tal
% de Asfalto
%VACIOS MEZCLA TOTAL VS ASFALTO
Grafica 4. % Vacíos mezcla total Vs Asfalto
93
ensayo con un porcentaje óptimo de asfalto de 5,6% nos da un porcentaje de vacíos mezcla total
7,310% donde evidenciamos una disminución de porcentaje de vacíos de mezcla, que bien es
cierto se sale de los parámetros establecidos en la norma INVÍAS pero es un valor más
aproximado a lo requerido.
Visualizando la gráfica 4 podemos observar que a mayor contenido de asfalto menor
porcentaje de vacíos en la mezcla total ya que el asfalto va cubriendo los vacíos presentados en
la mezcla, pero aun así no son suficientes para cumplir la normatividad y la mezcla puede
presentar pasajes a través de la mezcla, por los cuales puede permitir el ingreso de agua o aire a
la estructura de la vía, causando daños en la base y sub-base, estas afectaciones se verán
reflejadas en la carpeta asfáltica.
Grafica 5. %Vacíos agregado mineral vs %asfalto
Fuente: Propia
19,000
19,300
19,600
19,900
20,200
20,500
20,800
21,100
21,400
21,700
22,000
22,300
22,600
22,900
23,200
4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7
Va
cio
s a
gra
gd
os
min
era
l
% de Asfalto
%VACIOS AGREGADO MINERAL VS %ASFALTO
94
En la gráfica 5 se puede observar el porcentaje de vacíos de agregado mineral dado para
una mezcla MDC-19 con adición de 1,6% de fibra de PET, cumple lo establecido en el Instituto
Nacional de Vías, INVIAS el cual establece un parámetro de tamaño máximo de 19mm de tamiz
es decir de 3/4 y un valor mínimo 15% de vacíos agregado mineral.
Los vacíos en el agregado mineral son los espacios de aire que existen entre las partículas
de agregado en una mezcla compactada de pavimentación, incluyendo los espacios que están
llenos de asfalto, también representa el espacio disponible para acomodar el volumen efectivo de
asfalto (todo el asfalto menos la porción que se pierde en el agregado) y el volumen de vacíos
necesario en la mezcla.
Observando la gráfica 4 muestra que tiene una tendencia a disminuir el porcentaje de
vacíos de agregados mineral al aumentar su porcentaje de asfalto, es decir que entre menos
asfalto el porcentaje de vacíos agregados mineral es mayor, por otro lado podemos evidenciar
que en cualquier porcentaje de asfalto cumple lo exigido por el INVIAS, ya que lo mínimo que
exige es de 15% de vacíos agregado mineral, teniendo en cuenta que nuestro porcentaje óptimo
de asfalto es de 5,6% y nos da un 19,370% e vacíos agregado mineral.
95
Grafica 6. %Vacíos llenos asfalto vs % asfalto
Fuente: Propia
En la gráfica 6 se puede observar el porcentaje de vacíos llenos de asfalto para una
mezcla MDC-19 con adición de 1,6% de fibra de PET, la cual no cumple los parámetros
establecidos, ya que ninguno de los porcentajes de asfalto satisfacen el rango establecido por el
instituto nacional de vías INVIAS, donde el porcentaje de vacíos llenos de asfalto debe ser estar
entre 65%y 78%. Siendo así una mezcla insuficiente para el nivel de transito estudiado NT2.
El porcentaje de vacíos llenos de asfalto es directamente proporcional al porcentaje de asfalto, a
medida que aumenta el porcentaje de asfalto aumenta el porcentaje de vacíos llenos de asfalto,
hasta un punto en el cual se mantiene constante la línea de tendencia debido a que el asfalto llena
los vacíos y el valor va a quedar constante.
Respecto a la investigación base “Viabilidad técnica de la obtención de un diseño de
mezcla asfáltica adicionada con 1.6% de fibra de PET, que cumpla con la normatividad
40,000
42,000
44,000
46,000
48,000
50,000
52,000
54,000
56,000
58,000
60,000
62,000
64,000
4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7
% d
e v
aci
os
llen
os
de
Asf
alt
o
% de Asfalto
%VACIOS LLENOS ASFALTO VS % ASFALTO
96
INVÍAS” en términos de comparación de acuerdo al porcentaje óptimo de asfalto 5,4% refleja
un porcentaje vacíos llenos de asfalto dé 51.98% en comparación a nuestro ensayo con un
porcentaje óptimo de asfalto de 5,6% nos da un porcentaje vacíos llenos de asfalto dé 62,296%
donde aun así no cumple con los estipulado con la norma INVIAS, pero se acerca más a los
lineamientos requeridos por la norma.
Grafica 7. Rigidez Marshall vs % asfalto
Fuente: Propia
En la gráfica 7 se comparan la rigidez de Marshall o también llamada relación
estabilidad-flujo, vs porcentaje de asfalto para una mezcla MDC-19 con adición de 1,6% de fibra
de PET, de acuerdo a los datos recolectados en el laboratorio, esta rigidez está dada en Kn/mm y
hace referencia a la relación entre la resistencias y deformación que permite la mezcla
dependiendo del porcentaje de asfalto, determinando si el pavimento es muy rígido o muy
flexible, ya que compara dos propiedades muy importantes
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
1,800
2,000
2,200
2,400
2,600
2,800
3,000
3,200
3,400
3,600
3,800
4,000
4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7
Rig
idez
Ma
rsh
all
% de Asfalto
RIGIDEZ MARSHALL VS % ASFALTO
97
De acuerdo al Instituto Nacional de Vías, INVIAS, la rigidez Marshall debe estar entre
3Kn/mm a 5Kn/mm, cumpliendo la norma, analizamos la gráfica 7 y observamos que entre
5,2% y 5,6% de asfalto se cumple la relación estabilidad-flujo del método Marshall.
Se debe tener en cuenta que las mezclas que contienen valores bajos de flujo y valores
muy altos de estabilidad son consideradas demasiado rígidas para un pavimento en servicio.
Aquellas que tienen valores altos de flujo son consideradas demasiado plásticas y tienen
tendencia a deformarse fácilmente bajo las cargas de tránsito.
Respecto a la investigación base “Viabilidad técnica de la obtención de un diseño de
mezcla asfáltica adicionada con 1.6% de fibra de PET, que cumpla con la normatividad invías”
en términos de comparación de acuerdo al porcentaje óptimo de asfalto 5,4% presenta una
rigidez de 1.10% la cual no cumple los parámetros establecidos por la norma, por otro lado
nuestro porcentaje óptimo de asfalto 5,6% donde nos da una rigidez de 3,355% que cumple con
la relación estabilidad-flujo según la norma. Esto quiere decir que aunque la mezcla no cumpla
completamente los requerimientos establecidos en 5,6% de asfalto sus datos son coherentes y
tienden a lo establecido en la norma.
7.3 Análisis de Resultados
Tabla 12. Criterios para el diseño de una mezcla asfáltica en caliente de gradación continúa por
el método Marshall
PARÁMETRO O ENSAYO
ESPECIFICACIÓN
INVIAS
(ART 450-13)
NT2
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS AGREGADO
EXTRAÍDOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS I.N.V.E -782-13 VER CURVA
EXTRACCIÓN CUANTITATIVA DEL ASFALTO EN SEGÚN DISEÑO
98
MEZCLAS EN CALIENTE PARA PAVIMENTOS I.N.V.E-
732-13
RESISTENCIA DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
EN CALIENTE EMPLEANDO EL
APARATO MARSHALL I.N.V.E -748-13
ESTABILIDAD 7500 (16875) (N)
FLUJO 3mm-5.0mm
PORCENTAJE DE VACÍOS DE AIRE EN MEZCLAS
ASFÁLTICAS COMPACTADAS DENSAS Y ABIERTAS
I.N.V.E-799-13
3% A 5%
ANÁLISIS VOLUMÉTRICO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
COMPACTADAS EN CALIENTE I.N.V.E-799-13 65%-78%
RELACIÓN ESTABILIDAD/FLUJO (kN/mm) 3kN/mm-5kN/mm
Fuente: Especificaciones técnicas del INVIAS (ART 450-13)
En la tabla 12 se observa los parámetros requeridos para un asfalto para transito NT2 según las
especificaciones técnicas del INVIAS (ART 450-13)
Tabla 13. Rangos óptimos de asfalto según criterios
Criterios %Asfalto menor % Asfalto mayor
Estabilidad 4,9% 5,7%
%vacíos
Agregado mineral 4,6% 5,7%
Rigidez 5,2% 5,6%
Fuente: Ensayos laboratorio
Según los rangos arrojados el porcentaje óptimo de asfalto para una mezcla con adición de
1,6% de PET, 4,5% -5%, es el rango que más se acerca a lo exigido por la norma de INVIAS.
99
Tabla 14. Resultados obtenidos
CRITERIOS PARA EL DISEÑO MARSHALL
ESPECIFICACIONES
TRANSITO DE DISEÑO (EJES EQUIVALENTES DE
80 kN) NT2
TEMPERATURA DE COMPACTACIÓN
BRIQUETAS 140°C
PESO UNITARIO DE LA MEZCLA 2.26
PORCENTAJE ÓPTIMO DE ASFALTO 5.6%
ESTABILIDAD MÍNIMA (N) (7500) 20700 SI
FLUJO (mm) (2.0 a 5.0) 6.052 NO
RELACIÓN ESTABILIDAD/FLUJO (3.0 a 5.0) 3.355 SI
VACÍOS CON AIRE (3.0 a 5.0) 7.31 NO
PORCENTAJE VACÍOS AGREGADO MINERAL 19.37% SI
T MAX. 19mm Mínimo: 15.00
VACÍOS LLENOS DE ASFALTO (VFA) % (65 a 78) 62,296 NO
PROPORCIONES DE MEZCLA DE AGREGADOS
GRAVA DE 3/4"_______________________ 15%
GRAVA DE 1/2"_______________________30%
ARENA TRITURADA____________________52%
FILLER_______________________________3%
100%
Fuente: Ensayos de laboratorio
100
7.3.1 Calculo Cantidad de botellas utilizadas
Para 1m3
Una briqueta tiene una altura promedio de 2,5” (6,35 cm) y de diámetro 4” (10,16 cm) y una
masa de 1200 grs (1,2 kgs)
𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 = 6,35 𝑐𝑚
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 10,16𝑐𝑚
Esto da como resultado un área de:
𝑨 =𝜋
4∗ 𝑑2 →
𝜋
4∗ (0,1016 𝑚)2 ≫ 𝟎, 𝟎𝟎𝟖𝟏𝟎𝟕𝟑𝟑𝟖𝟔 𝒎𝟐
Y un volumen de:
𝑽 = 0,0081073386 𝑚2 ∗ 0,0635𝑚
𝑽 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟓𝟏𝟒𝟖𝟏𝟔 𝒎𝟑
Entonces haciendo una regla de tres simple se puede estimar la masa para 1 m3.
0,000514816 𝑚3 → 1,2 𝑘𝑔
1 𝑚3 → 𝑥
𝒙 =1𝑚3 ∗ 1,2 𝑘𝑔
0,000514816 𝑚3
𝒙 = 𝟐𝟑𝟑𝟎, 𝟗𝟑 𝒌𝒈
Teniendo en cuenta que nuestro porcentaje de fibra de PET es de 1,6%, para un metro
cubico de mezcla asfáltica, se determina la cantidad de masa de fibra de PET.
101
2330,93 𝑘𝑔 ∗ 1,6% = 𝟑𝟕, 𝟑 𝒌𝒈
Ahora haciendo un promedio de varios tipos de botellas PET de 3 lts se obtiene un
promedio de 54 grs, entonces el número de botellas que se pueden emplear en un metro cubico
de asfalto (1m3) seria:
𝑁° 𝑑𝑒 𝐵𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠 =37,30 𝑘𝑔
0,054 𝑘𝑔
𝑁° 𝑑𝑒 𝐵𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠 = 690,64 𝑢𝑛𝑑 ≅ 𝟔𝟗𝟏 𝒖𝒏𝒅
Para la investigación
Determinamos una masa total por porcentaje de asfalto de 7000gr, a ese valor le sacamos
el 1,6% que es el porcentaje de fibra de PET utilizado por porcentaje de asfalto.
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 7000 𝑔𝑟 × 1,6%
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑝𝑒𝑡 = 112 𝑔𝑟
Esos 112 gr obtenidos lo multiplicamos por 4 que fueron los porcentajes de asfalto
manejados (4,5%, 5%, 5,5% y 6%)
𝑃𝑒𝑡 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 112𝑔𝑟 × 4
𝑃𝑒𝑡 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 448 𝑔𝑟
A este valor total de PET utilizado para todas las prácticas de laboratorio lo dividimos por
54 grs que es el peso promedio de una botella de 3lts.
𝑁° 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠 =448 𝑔𝑟
54 𝑔𝑟 = 8,29 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 ≅ 𝟗 𝒖𝒏𝒅
102
8. CONCLUSIONES
El análisis de los resultados obtenidos en el laboratorio sobre las características de la
mezcla densa en caliente MDC 19 para un nivel de transito NT2 , con un diseño de mezcla
asfáltica adicionada con 1,6% de fibra de PET, con porcentajes de asfalto entre el 4.5% y el 6%,
que cumpla con la normatividad del INVIAS, obtuvo un rango óptimo de 5,2% a 5,6% de asfalto
donde se cumple algunos criterios establecidos del diseño Marshall, donde se determina como
porcentaje óptimo de asfalto 5,6% que a pesar de no cumplir con todos los parámetros
establecidos por la norma, es el más cercano a cumplir respecto los demás porcentajes.
La estabilidad de los diseños de mezcla con porcentaje de asfalto por encima del 4,9%
presentó un buen comportamiento, según los datos obtenidos mediante el ensayo Marshall,
cumpliendo con lo estipulado por la norma INVIAS, esto quiere decir que en referencia a la
estabilidad los porcentajes más óptimos de asfalto se encuentran en el rango de 4,9% a 5,7%.
El flujo para los diseños de mezcla estudiados no fue favorable en ningún porcentaje de
asfalto, pero estuvo muy cerca de cumplir con lo exigido por el INVIAS, podemos decir que
nuestra mezcla maneja niveles de flujo muy altos y se mantienen por encima de lo establecido en
el INVIAS, como conclusión obtuvimos que la mezcla estudiada no cumple el flujo necesario
para este nivel de tránsito.
Según lo observado en la gráfica 4, porcentaje de vacíos llenos de aire vs porcentaje de
asfalto, podemos concluir que ningún porcentaje de asfalto es apto para este nivel de tránsito,
debido a que su porcentaje de vacíos supera lo establecido por el INVIAS, esto produce que el
pavimento sea muy permeable y permita ingreso de agua o aire, con el 5,6% de asfalto tomado
103
como el más óptimo de todos los valores, los vacíos son del 7,310%, este es un valor cercano a lo
exigido por el INVIAS el cual debe estar entre el 3% y 5% de vacíos, comparando este valor con
lo arrojado en la investigación anterior “Viabilidad técnica de la obtención de un diseño de
mezcla asfáltica adicionada con 1.6% de fibra de PET, que cumpla con la normatividad
INVÍAS” el cual su porcentaje óptimo de asfalto fue de 5,4% con un porcentaje de vacíos de
10,35% esto demuestra una diferencia bastante amplia en los vacíos de las dos mezclas, siendo el
7,310% de vacíos el mejor.
Con respecto a el porcentaje de vacíos en el agregado mineral y lo estipulado por la
norma INVIAS, todos los porcentajes de asfalto presentados de 4,6% a 5,7%. Cumple con lo
señalado por el INVIAS, de acuerdo al porcentaje optimo seleccionado de 5,6%, el cual tiene un
porcentaje de vacíos de 19,370%, el INVIAS exige que este valor supere el 15%, de acuerdo a
esto, el porcentaje de asfalto cumple y es óptimo para esta propiedad de la mezcla.
De acuerdo a los resultados obtenidos en la gráfica 6, porcentaje vacíos llenos de asfalto
vs porcentaje asfalto y tomando en cuenta los parámetros establecidos por el INVIAS para él
porcentaje vacíos llenos de asfalto, ningún porcentaje de asfalto cumple con estos lineamientos.
El INVIAS determina que él porcentaje de vacíos llenos de asfalto debe estar entre 65%y 78%.
Con los porcentajes de asfalto usados ninguno cumple con estos parámetros, el porcentaje que
más logra acercarse a este lineamiento es de 5,6% de asfalto, que obtiene un 62,296% de vacíos
llenos de asfalto, un motivo por el cual esta propiedad no cumpla es debido a que la cantidad de
agregados produzca exceso de vacíos a la mezcla que son llenados en su totalidad por el asfalto,
esto produce que no cumpla con la normativa del INVIAS, una solución a esto podría ser
aumentar la cantidad de asfalto, pero habría de estudiarse muy bien ya que el exceso de asfalto
puede producir exudación en el pavimento, generando que el asfalto llegue a la superficie de la
104
carpeta asfáltica, otra posible solución sería reducir la dosificación de agregados e integrar el
material PET en la dosificación completa de la mezcla.
La Rigidez de Marshall o relación estabilidad /Flujo cumple en un rango óptimo de
asfalto entre 5,2% y 5,6%, de acuerdo a lo exigido por el INVIAS. El porcentaje óptimo de
asfalto determinado por nosotros fue de 5,6%, obteniendo una Rigidez de 3,355Kn/mm,
cumpliendo lo exigido por el INVIAS que se encuentra entre 3Kn/mm y 5Kn/mm, aunque el
flujo de la mezcla no dio de forma favorable, los valores de la estabilidad si lo son, con este
análisis concluimos que la mezcla se comporta de forma coherente de acuerdo a la relación.
La mezcla presento un buen comportamiento, aunque algunas propiedades no cumplieron
con los parámetros exigidos por el INVIAS, las propiedades que no cumplieron son muy
cercanas a lo requerido y sus características principales fueron satisfactorias.
Finalmente concluimos que para aplicar el diseño de mezcla asfáltica con 1,6% de fibra
de PET y un porcentaje de asfalto de 5,6% se necesitan aproximadamente 691 unidades de
botella plástica de 3L por metro cúbico, contribuyendo de esta manera en la disminución de
desechos plásticos, reduciendo el impacto ambiental, aumentando el reciclaje de materiales no
convencionales y favoreciendo el medio ambiente.
105
9. RECOMENDACIONES
Teniendo en cuanta los resultados obtenidos en esta y la anterior investigación se
determinó que el porcentaje óptimo de asfalto se encuentra entre 5,3% y 5,6% aproximadamente,
por este motivo se recomienda realizar otra investigación “viabilidad técnica de obtención de un
diseño de mezcla asfáltica adicionada con 1.6% de fibra de PET, con porcentajes de asfalto entre
el 5% y el 6%, que cumpla con la normatividad del INVIAS” disminuyendo el incremento de
variación del 0.5% al 0.3 o 0.2% del cemento asfaltico.
Incluir la fibra de PET en la gradación del material ya que se evidencia que al adicionar
PET a la mezcla se está aumentando la cantidad de agregado pétreo lo que genera mayores
vacíos en la mezcla y por ello no logra cumplir
Continuar aplicando el PET de manera simultánea con el asfalto de forma polvoreada ya
que se evidencio mejor manejabilidad de la mezcla y no se presentaron grumos.
Tener cuidado con el corte de PET, procurar cortarlo a 1cm y no dejarlo tan largo ya que
tiende a enrollarse y a unirse con las demás fibras generando grumos.
Al realizar el ensayo de extracción es recomendable realizar 6 lavadas, no menos, ya que
al realizar menos lavadas el cemento asfaltico queda en los agregados, esto hace que los datos
reales de asfalto no concuerden
Incorporar o crear una máquina que proporcione un corte uniforme en los hilos de fibra de
PET que facilite el manejo de esta, debido a que su presentación comercial es inadecuada.
106
10. REFERENCIAS
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adicionada con 1.6% de fibra de PET, que cumpla con la normatividad INVÍAS,
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110
11. ANEXOS
111
112
113
114
115
116
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118
119
120
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133
