Comportamiento del aceite quemado de motor como rejuvenecedor en el diseño de un pavimento flexible con mezcla asfáltica que contiene RAP

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(1)COMPORTAMIENTO DEL ACEITE QUEMADO DE MOTOR COMO REJUVENECEDOR EN EL DISEÑO DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE CON MEZCLA ASFÁLTICAS QUE CONTIENEN RAP. ERIKA JOHANNA CORTES SILVA JUAN SEBASTIAN MONTAÑA SANCHEZ YUDY VANESA MUÑOZ DOMINGUEZ. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL IBAGUE 2018. 1. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(2) COMPORTAMIENTO DEL ACEITE QUEMADO DE MOTOR COMO REJUVENECEDOR EN EL DISEÑO DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE CON MEZCLA ASFÁLTICAS QUE CONTIENEN RAP. ERIKA JOHANNA CORTES SILVA JUAN SEBASTIAN MONTAÑA SANCHEZ YUDY VANESA MUÑOZ DOMINGUEZ. Seminario taller perfeccionamiento en pavimento reciclable flexible para optar al título de ingeniero Civil. Director: M. Sc. Pedro Julián Gallego M. Sc Norma Patricia Gutiérrez. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL IBAGUE 2018. 2. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(3) Nota de Aceptación _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________. Presidente del jurado ___________________________. Jurado __________________________. Jurado __________________________. IBAGUE, 30 de Julio de 2018. 3. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(4) DEDICATORIA. Este trabajo de grado, se lo quiero dedicar con mucho amor y cariño a mis padres Gladis Aleida Silva y Rubén Darío Cortes B. por su apoyo incondicional no solo durante mi carrera, sino también a lo largo de mi vida. Gracias a ellos y a Dios he podido llegar hasta donde estoy. Erika Johanna Cortes Silva. Dedico este trabajo de grado primeramente a Dios por bendecirme en cada paso que doy, a mis padres que a lo largo de mi vida han velado por mi bienestar y educación depositando su entera confianza, y mis hermanas quienes son mi fortaleza y motivo para salir adelante, Los amo familia. Vanesa Muñoz Domínguez Los logros y éxitos son bendiciones que nos hacen seres humanos íntegros y con la capacidad de ser más humildes ante la sociedad, por eso hoy este nuevo logró lo dedico inicialmente a Dios, creador de este gran sueño, a mis padres Edgar y Nubia dos personas que con dedicación y amor hacen de mi la persona que soy, a mis hermanos que con ejemplo y apoyo logran que seamos la familia que somos, a mi sobrino el más pequeño de la familia pero el más grande amor, que nos cambió la vida y nos enseña día a día que la inocencia y la sonrisa de un niño hacen una sociedad diferente, a Leonor no todos tienen la fortuna de tener dos ejemplos de madres tan íntegras como las tengo yo, ella que desde pequeño también me cuida y bendice por cada paso que doy, a mi familia entera, mis amigos, al amor, a la vida y a Dios y a la Virgen porque me regala sabiduría y un día a día para ser cada vez mejor persona, mejor hijo, mejor ser humano y un mejor Ingeniero. Juan Sebastián Montaña Sánchez.. 4. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(5) AGRADECIMIENTOS. Quiero agradecerle a Dios por haberme acompañado y guiado a lo largo de mi carrera, como también a todas y cada una de las personas que creyeron en mí y me dieron la fuerza para seguir con mis estudios. Le doy gracias a mis padres Gladis y Rubén por apoyarme en todo momento, por el amor, por motivarme a salir adelante, por inculcarme valores, por demostrarme de muchas maneras que nada es imposible que si queremos algo debemos luchar por ello, gracias por ser mi ejemplo a seguir y por permitirme tener una excelente educación. A mis familiares por escucharnos y aconsejarnos cuando lo necesitaba, también destaco a compañeros y amigos por el apoyo que recibí antes y durante mi carrera. A los diferentes docentes que fueron parte importante, porque sin ellos no hubiera podido adquirir los diferentes conocimientos que son necesarios para ejercer mi carrera. Erika Johanna Cortes Silva Agradezco a Dios primeramente por darme la sabiduría necesaria durante mi carrera, a mis padres WILSON MUÑOZ Y YOLIMA DOMINGUEZ, por su apoyo incondicional que me han ayudado y llevado hasta donde estoy ahora cumpliendo una de mis metas, a mis compañeros de trabajo de grado que gracias a la armonía grupal hemos logrado con nuestro objetivo profesional y a los directores por su orientación y atención durante el proceso del trabajo y jurados que hicieron parte de esta hermosa experiencia investigativa. Vanesa Muñoz Dominguez. No puedo dejar de empezar dando gracias a Dios y la Virgen que me ayudaron a que este logro esté más cerca, a mis padres por su lucha y entrega, mi papá por el ejemplo y la constancia de que las cosas con dedicación y esfuerzo se logran, mi madre quien es mi motor, la fuerza y el ser único y maravilloso por el cual luchar cada día, agradezco a mi familia y al alma Mater de mi universidad, esos profesores que marcan mi carrera con valioso conocimiento y que hacen de mi un Ingeniero capacitado para los retos del futuro, personas que hicieron que siempre lleve con orgullo ser un Ingeniero Civil de la Universidad Cooperativa de Colombia sede Ibagué. Juan Sebastián Montaña Sánchez.. 5. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(6) CONTENIDO Pág.. INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 15 1.. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................ 17. 2.. OBJETIVOS ................................................................................................... 18 2.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................. 18 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................ 18. 3.. ESTADO DEL ARTE ...................................................................................... 19 3.1. RECICLAJE DE PAVIMENTO ................................................................. 19. 3.2. ANTECEDENTES DEL RAP .................................................................... 21. 3.2.1. Antecedentes a nivel mundial ......................................................... 21. 3.2.2. Antecedentes nacionales ................................................................ 21. 3.3 4.. El WEO EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CON RAP ................................... 22. METODOLOGÍA............................................................................................. 23 4.1. MATERIALES .......................................................................................... 24. 4.2 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES .................................................... 24 4.2.1 4.2.1.1. Caracterización de Agregados Vírgenes ........................................ 25 Granulometría Agregados Vírgenes ............................................ 25. 4.2.1.2Gravedad Específica de Agregados Vírgenes ................................. 26. 5.. 4.3. CARACTERIZACION DEL RAP .............................................................. 27. 4.4. CARACTERIZACIÓN DE WEO ............................................................... 28. 4.5. CARACTERIZACIÓN ASFALTO NUEVO ............................................... 28. 4.6. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL .......................................................... 28. 4.6.1. Mezclas Finales ................................................................................ 28. 4.6.2. Elaboración de mezclas con WEO .................................................. 30. 4.7. METODOLOGÍA ESTADÍSTICA .............................................................. 30. 4.8. DISEÑO DE ESTRUCTURA DE PAVIMENTO- SOFWARE WINDEPAV 31. RESULTADOS ............................................................................................... 32 6. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(7) 5.1. GRANULOMETRÍA AGREGADO GRUESO ........................................... 32. 5.2. GRANULOMETRÍA AGREGADO FINO .................................................. 34. 5.3. CARACTERIZACION DE ARAP .............................................................. 36. 5.4 GRANULOMETRÍA DE LA MEZCLA ASFÁLTICA ..................................... 38 5.4. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS ............................................... 40. 5.4.1. Vacíos con aire ................................................................................. 40. 5.4.2. Estabilidad y flujo............................................................................. 41. 5.4.3. Relación Estabilidad y Flujo ............................................................ 46. 5.6. SUSCEPTIBILIDAD AL AGUA (TRACCIÓN INDIRECTA) ..................... 47. 5.7. MODELACION WINDEPAV ..................................................................... 49. 5.7.1. Modelación Windepav tc 0% WEO .................................................... 49. 5.7.2. Modelación windepav 6.5% weo ..................................................... 52. 5.7.3. Modelación windepav 7% weo ........................................................ 54. 5.8. RESUMEN DE DATOS MODELACION WINDEPAV ............................... 57. 5.9. RESULTADOS CONSOLIDADOS ........................................................... 58. 6. CONCLUSIONES ........................................................................................... 60. 8. RECOMENDACIONES................................................................................... 61. 10. ANEXOS ...................................................................................................... 64. 7. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(8) Lista de Tablas Pág. Tabla 1. Tabla granulométrica Agregados Finos ................................................... 25 Tabla 2 Tabla Granulométrica-Agregados Gruesos............................................... 32 Tabla 3. Clasificación de suelos............................................................................. 34 Tabla 4. Porcentajes de Caracterización de agregados finos y gruesos ............... 36 Tabla 5. Tabla Granulométrica Agregados contenidos en el RAP ......................... 36 Tabla 6 Tabla granulométrica de agregados de la mezcla asfáltica ...................... 38 Tabla 7. Datos Ensayo Marshall ............................................................................ 40 Tabla 8. Criterios para el diseño preliminar de la mezcla asfáltica en caliente por el método Marshall .................................................................................................... 42 Tabla 9. Estabilidad y flujo para inclusiones de WEO ............................................ 43 Tabla 10. Resistencia a la tensión de la mezcla con inclusión de WEO ................ 47 Tabla 11. Relación resistencia a la tensión de la mezcla con inclusión de WEO .. 47 Tabla 12. Tabla datos promedio estabilidad y flujo Marshall ................................. 49 Tabla 13. Tabla de resultados Modelacion 0%WEO.............................................. 51 Tabla 14. Tabla datos promedio estabilidad y flujo Marshall 6.5%weo ................. 52 Tabla 15 Tabla de resultados Modelación 6.5 %WEO ........................................... 54 Tabla 16. Tabla datos promedio estabilidad y flujo Marshall 7%weo ..................... 54 Tabla 17. Tabla de resultados Modelación 7 %WEO............................................. 56 Tabla 18. Valores finales de software windepav. ................................................... 57. 8. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(9) Lista de Figuras Pág. Figura 1 Caracterización de materiales ................................................................. 24 Figura 2. Gravedad Especifica de Agregados Finos .............................................. 26 Figura 3 Agregado Sumergido ............................................................................... 26 Figura 4. Proporciones de ligantes para las mezclas asfálticas ............................. 29 Figura 5 Curva Granulométrica- Agregado Gruesos.............................................. 33 Figura 6. Valores de Cc y Cu de suelos ................................................................. 34 Figura 7 Curva Granulométrica- Agregados Finos................................................. 35 Figura 8. Curva Granulométrica de agregados contenido en el RAP .................... 37 Figura 9 Porcentajes de caracterización de agregados del RAP ........................... 37 Figura 10. Curva Granulométrica agregados de mezcla asfáltica.......................... 39 Figura 11. Porcentajes de vacíos de aire en mezclas asfálticas con WEO ........... 41 Figura 12. Estabilidad Marshall para mezclas con inclusión de WEO ................... 44 Figura 13. Flujo para mezclas asfálticas con inclusión de WEO ............................ 45 Figura 14. Relación estabilidad y flujo para Mezcla con RAP + WEO ................... 46 Figura 15. Tracción indirecta (húmeda y seca) y relación tracción indirecta (RRT) ............................................................................................................................... 48 Figura 16 Relación de Resistencia a la tensión Indirecta ...................................... 48 Figura 17. Modelacion windepav- estructura 1 0%WEO........................................ 50 Figura 18.Modelacion Estructura pavimento flexible No.2 ..................................... 50 Figura 19. Modelacion Estructura pavimento flexible No.3 .................................... 51 Figura 20 Modelación windepav- estructura 1 6.5%WEO...................................... 52 Figura 21 Modelación windepav- estructura 2 6.5%WEO...................................... 53 9. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(10) Figura 22 Modelación windepav- estructura 3 6.5 %WEO..................................... 53 Figura 23. Modelación windepav- estructura 1 7 %WEO....................................... 55 Figura 24. Modelación windepav- estructura 2- 7%WEO ...................................... 55 Figura 25. Modelación windepav- estructura 3- 7 %WEO ..................................... 56 Figura 26. Deformación de estructura de pavimento ............................................ 57 figura 27. Incidencia de inclusión de WEO en las mezclas asfálticas con RAP ..... 58. 10. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(11) LISTA DE ANEXOS Pag.. Anexo A. Resultado ensayos para estabilidad y flujo ............................................ 64 Anexo B. Susceptibilidad del Agua ........................................................................ 68 Anexo C. Resumen Parámetros ensayo Marshall ................................................. 71 Anexo D. Análisis Estadístico Estabilidad – Tratamientos (ANOVA) ..................... 72 Anexo E. Análisis Estadístico Flujo- Tratamiento, Test: Duncan ........................... 73 Anexo F. Modelación en Sofware WINDEPAV para inclusión de 7%WEO – Estructura 1............................................................................................................ 74 Anexo G. Modelación en Sofware WINDEPAV para inclusión de 7%WEO – Estructura 2............................................................................................................ 76 Anexo H.. Modelación en Sofware WINDEPAV para inclusión de 7%WEO – Estructura 3............................................................................................................ 78 Anexo I. Modelación en Sofware WINDEPAV para inclusión de 6.5%WEO – Estructura 1............................................................................................................ 79 Anexo J. Modelación en Sofware WINDEPAV para inclusión de 6.5%WEO – Estructura 2............................................................................................................ 80 Anexo K. Modelación en Sofware WINDEPAV para inclusión de 6.5%WEO – Estructura 3............................................................................................................ 81 Anexo L. Modelación en Sofware WINDEPAV para inclusión de 0%WEO – Estructura 1............................................................................................................ 82 Anexo M. Modelación en Sofware WINDEPAV para inclusión de 0%WEO – Estructura 2............................................................................................................ 82 Anexo N. Modelación en Sofware WINDEPAV para inclusión de 0%WEO – Estructura 3............................................................................................................ 84. 11. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(12) GLOSARIO AGREGADO: Material granular duro de composición mineralógica como la arena, la grava, la roca triturada, usado para ser mezclado en diferentes tamaños. AHUELLAMIENTO: Es un tipo de defecto o falla que se produce en pavimentos asfalticos, que consiste en una depresión canalizada en la huella de circulación de los vehículos. BASE: Capa de espesor diseñado, constituyente de la estructura del pavimento, destinada fundamentalmente a distribuir y transmitir las cargas originadas por el tránsito, a las capas subyacentes y sobre la cual se coloca la carpeta de rodadura. CARGA: Peso sostenido por una estructura CARPETA DE RODADURA: Parte superior de un pavimento, por lo general de pavimento bituminoso o rígido, que sostiene directamente la circulación vehicular DEFORMACIÓN: Cambio de tamaño o forma de un cuerpo, debido a los esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica ESCARIFICACIÓN: Realizar en la carretera un proceso de raspado o incisiones para facilitar el pegado de una capa sobre el pavimento EQUIPO: Toda la herramienta o maquinaria, necesaria para ejecutar una actividad de mantenimiento en la red vial FRESADO: Actividad de levantado de carpeta asfáltica dañada, realizado con equipo de corte llamado fresadora LIGANTE: Partículas de un compuesto adhesivo que ligan y mantienen unidos dos elementos MEJORAMIENTO: Ejecución de las actividades necesarias para dotar a una carretera existente de mejores condiciones físicas y operativas de las que disponía anteriormente MANTENIMIENTO: Conjunto de tareas de limpieza, reemplazo y reparación que se realizan de manera regular ordenada en una carretera, para asegurar su buen funcionamiento y prolongación de su vida. PAVIMENTO: Se llama pavimento al conjunto de capas de material seleccionado que reciben en forma directa las cargas de tránsito y las transmiten a los estratos inferiores en forma disipada.. 12. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(13) PAVIMENTO FLEXIBLE: Tipo de pavimento compuesto principalmente de una carpeta asfáltica, de la base y de la sub-base, con un periodo de vida de entre 5 y 10 años RAP: Recycled Asphalt Pavement (pavimento Asfalto Recuperado o Reciclado) RASANTE: El trazo horizontal que determina el nivel superior, sobre la línea central, que se proyecta mantener a lo largo de la carretera. REHABILITACIÓN: Conjunto de actividades destinadas para habilitar de nuevo o restituir una carretera a su condición inicial. También se considera que es la reconstrucción y recuperación de una carretera. SUB-BASE: Las capas de material especificado de espesor establecido según el valor soporte de la sub-rasante, sobre ésta, para sostener la capa de base superior.. 13. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(14) RESUMEN. La rehabilitación de las carreteras es un factor importante en el desarrollo vial de los países, por esta razón, se evalúan algunas técnicas de reciclaje para el diseño de la estructura de un pavimento flexible, como método alternativo para rehabilitar las vías existentes, se han venido reutilizando materiales que forman parte de alguna de las capas estructurales de pavimentos que ya han cumplido su vida útil, como estrategia en la reducción de costos y contaminación ambiental. El uso de material reciclado en mezclas asfálticas, ha sido utilizado a nivel mundial, siendo pioneros países con alta tecnología como; Alemania, Austria, Holanda, y Dinamarca, obteniendo resultados similares a los de mezclas asfálticas sin material reciclado, lo que ha permitido su uso intensificado. Al mezclar el RAP con materiales vírgenes en mezclas asfálticas se hace necesario la utilización de un componente ligante, que permita que el asfalto envejecido recupere sus propiedades. En el presente trabajo, se evalúan materiales reciclados tanto de pavimento como de aceite usado de motor y su incidencia en las propiedades físicas y mecánicas de una mezcla densa en caliente MDC-19, se realizaron mezclas con inclusiones de WEO del 0%, 6.5% y 7%, para determinar qué porcentaje de WEO hace que se cumplan con las propiedades físico-mecánicas bajo la norma INVIAS, por lo tanto se desarrollan ensayos, evaluando los parámetros de estabilidad, flujo porcentaje de vacíos, y la susceptibilidad al agua, siguiendo las especificaciones y rangos establecidos en la INV E-450-13 (INVIAS, 2013h); para esta mezcla asfáltica MDC-19 las diferentes inclusiones de WEO obtuvieron cambios en las propiedades finales de las mezclas con RAP, por lo que resulta útil usar un 6.5% de aceite quemado de motor como alternativa de mejoramiento en las mezclas asfálticas.. Palabras claves: Pavimento reciclado, Aceite Usado, Mejoramiento, Mezcla asfáltica.. 14. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(15) INTRODUCCIÓN Las carreteras y vías urbanas tienen una gran importancia dentro del desarrollo socio-económico del país, por lo tanto, entidades gubernamentales han invertido en construcciones y/o mejoramientos de pavimentos rígidos en las vías de primer y segundo orden de Colombia, facilitando su conectividad e industria tanto nacional como internacional; sin embargo la pavimentación de las vías de tercer orden son con mezcla asfáltica lo cual es necesario conocer los materiales usados para realizar el diseño de la estructura del pavimento cumpliendo con las especificaciones requeridas. Por lo anterior se requiere evaluar y plantear alternativas eficaces que disminuyan costos, y problemas ambientales en la operación vehicular aplicando técnicas de reciclaje en los materiales de pavimentos flexibles, como son los aceites lubricantes en el sector automotriz, se dice que en los comienzos del año 1992 en Colombia se empezó a utilizar esta técnica del reciclaje en pavimentos flexibles; teniendo en cuenta lo anterior también se puede manejar el método de reutilización de pavimento asfaltico como material reciclable por proceso de fresado extrayendo así sus materiales conformados por cemento asfaltico y agregados pétreos obteniendo mezcla bituminosa. El Departamento Nacional de Planeación DNP y el Ministerio de Transporte Colombiano, han venido trabajando en el mejoramiento del transporte del país, mediante la priorización de los proyectos, teniendo en cuenta su evaluación socioeconómica y los cupos de mediano plazo del sector transporte, se ha identificado la necesidad de mejorar las condiciones de la superficie de rodadura (pavimento, placa huella, etc...) en la red nacional, secundaria y terciaria con el fin de llevar las indicaciones de calidad de infraestructura de las regiones del país. (Gómez, 2018) Por otro lado, es importante buscar soluciones que beneficien desde lo más alto como el gobierno hasta lo más bajo que son las comunidades vulnerables que transitan por vías terciarias en mal estado. Con el fin de proponer alternativas que permitan reducir los costos en la construcción de pavimentos, reciclando materiales que lo componen para aumentar la cantidad de vías pavimentadas del país, con la realización del presente trabajo se busca analizar el porcentaje óptimo de aceite quemado de motor que permita recuperar las características del pavimento como una alternativa y así minimizar costos y tener un desarrollo sostenible cumpliendo con el medio ambiente, para esto se prepararon mezclas asfálticas con un determinado contenido de RAP según lo establecido en el ARTÍCULO 462-13 (Reciclado de pavimento asfaltico en planta y en caliente) lo cual define que el. 15. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(16) material para reciclar no deberá constituir más del 40% de la masa total de la mezcla.. 16. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(17) 1. JUSTIFICACIÓN En el país se genera anualmente grandes volúmenes de aceite usado (1.2 millones de barriles anuales), provenientes del consumo de lubricantes por el sector automotor, (Medina, 2013). Por lo tanto la conciencia ecológica en la sociedad incrementa ya que los residuos que se producen diariamente pueden resultar nocivos para salud, inclusive una afectación en el medio ambiente ya que son parcialmente residuos peligrosos generados por la maquinaria industrial, y vehículos. Dentro de los residuos peligrosos, el aceite usado es el único que se puede tratar y reutilizar, sometiéndolo mediante medios físicos, químicos o biológicos a un proceso de limpieza de elementos tales como sedimentos, compuestos de cloro, metales pesados, solventes y otros elementos provenientes de aditivos y de usos originales (Cortolima, 2016) Esta investigación se hizo teniendo en cuenta el diseño de la carpeta asfáltica de un pavimento flexible que requiere de materiales que no afectan el medio ambiente, lo cual se busca minimizar el impacto ambiental que este genera, utilizando materiales reciclables como el aceite quemado de motor ya que estos tienen un manejo inadecuado principalmente en las servitecas y no cuentan con una disposición final, además de otros materiales como la reutilización del pavimento asfaltico recuperado (RAP). Con el reciclaje de estos materiales se aporta al medio ambiente ayudando a las comunidades a tener una vida más sana y mejorando sus condiciones de vida ya que se buscará una alternativa para disminuir gastos y tiempo en ejecución de infraestructuras viales con esta mezcla asfáltica reciclable que cumpla con las normas del INVIAS, tratando de rejuvenecer con ligante de aceite quemado de motor el asfalto envejecido en las mezclas asfálticas y así tener un equilibrio en el ámbito ambiental y económico de igual manera aportar con el desarrollo sostenible de Colombia.. 17. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(18) 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL Evaluar las propiedades del aceite quemado de motor como ligante rejuvenecedor de mezclas asfálticas en caliente que contiene pavimento asfaltico reciclado.. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS    . Caracterizar cada uno de los materiales necesarios para la elaboración de las mezclas asfálticas densas en caliente. Preparar las mezclas asfálticas con las diferentes inclusiones de WEO. Desarrollar ensayos de laboratorio con las mezclas asfálticas y su cumplimiento con las propiedades de una mezcla MDC-19 Comparar los datos obtenidos en los estudios de laboratorio de la muestra de MDC-19 de cada tratamiento. 18. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(19) 3. ESTADO DEL ARTE 3.1 RECICLAJE DE PAVIMENTO El pavimento es la capa o base que constituye el suelo de una construcción o de una superficie no natural; compuestas por capas de diferentes materiales, que se construyen sobre el terreno natural, para que personas, animales o vehículos puedan transitar sobre ellos, en cualquier época del año, de manera segura, cómoda y económica. (Construdata, 2013). En el momento de su proyección se tienen en cuenta diferentes aspectos para el buen desarrollo de la misma, y que a la hora de prestar el servicio se pueda ejecutar de la manera más eficiente. En estos procesos se tiene en cuenta algo fundamental que consiste en su tiempo de vida útil, con esto se puede tener una referencia del tiempo en el cual será necesario una reparación de los materiales existentes en la estructura del pavimento. Con el paso del tiempo, y de la acción conjunta del tránsito y el clima, empieza un desgaste, lento y poco visible pero constante, donde el pavimento va debilitándose. En esta etapa, que se mantiene por varios años, el pavimento presenta un buen estado hasta que aparecen los primeros indicadores de deterioro. (Duravia , 2011). Las carreteras son consideradas en la actualidad como el principal sistema de comunicación, economía y sostenibilidad de un país; por ello la construcción y debido mantenimiento se han vuelto más rigurosos y de mayor atención. En cuanto al mantenimiento, este se ha presentado como una alternativa para poder prolongar la vida útil de la estructura, este mantenimiento ha cambiado y evolucionado a lo largo del tiempo. En Colombia este tipo de mantenimiento se viene realizando a partir de los años 90 por medio del instituto nacional de vías (INVIAS), el cual es el ente primario del sistema vial en nuestro país. El tema del mantenimiento de una vía, es relativamente complejo si se quiere prolongar a un tiempo lejano, sin tener conocimiento de todos los parámetros constructivos adecuados o recurrir a nuevas alternativas que ofrecen mejorar la calidad de estas; pues se hace referencia a todas las vías que se encuentran en mal estado con un tiempo corto de servicio. La vida útil de estas vías, depende del control que se le preste a los materiales para su construcción sin alterarlos, debido a va a estar expuesto a los agentes del exterior (térmicos y radiación) y puede producir un deterioro temprano. También se inspecciona la eficacia de los procesos constructivos, el mantenimiento que se realice periódicamente y los criterios de selección del ligante. (Escuela de ingenieros, 2010). 19. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(20) Existen diversos tipos de mantenimiento y/o adecuación de vías existentes, se pueden clasificar como rutinarios, periódicos, de atención inmediata u otros, todos con el fin ya propuesto que es alargar la vida útil, también se busca recuperar la mayor parte de la estructura ya existente. Para la restauración de vías con pavimentos asfálticos, los métodos comúnmente empleados son o la aplicación de una capa asfáltica adicional sobre la ya existente, o el fresado y posterior recubrimiento con una capa asfáltica nueva. Como alternativa a esos dos métodos, surge la técnica de reciclaje, la cual consiste en el reaprovechamiento de los materiales recuperados del pavimento. (Gallego P. J., 2017)´. Esta alternativa de reaprovechamiento de materiales existentes surge para corregir los deterioros más importantes, colocando una capa de refuerzo superficial a base de materiales vírgenes y RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) con un bajo porcentaje de asfalto. Si los problemas son muy significativos, se elimina el grosor afectado y se reemplaza por nuevas capas bituminosas. Con esta técnica, se plantea ejercer la idea de aprovechar el material removido del pavimento como método reciclable; donde se genera el RAP, disminuyendo así gastos de construcción, contaminación en el medio ambiente y favoreciendo la evolución de los pavimentos flexibles. Se entiende por RAP la reutilización de materiales que forman parte de alguna de las capas estructurales de pavimentos existentes y que han cumplido su finalidad inicial, mediante la transformación de un pavimento degradado en una estructura homogénea y adaptada al tráfico que debe soportar. (Alfonso Montejo, 2012). El pavimento asfaltico reciclado (RAP), es el material que es removido de un pavimento para la reconstrucción o rehabilitación con su debido proceso. El RAP está conformado por cemento asfaltico y agregados pétreos y demás, se pueden incluir agentes rejuvenecedores, nueva mezcla bituminosa, entre otros. El reciclado es extraído de diferentes maneras: fresado de pavimento asfaltico, excesos de producción, porciones o trozos de demolición de pavimentos asfalticos. (Universidad de Costa Rica, 2012). El manejar este método de reutilización, trae consigo grandes beneficios ambientales y económicos a una sociedad; ya que incide en la reducción de costos de construcción como: materiales y acarreos, se conserva los recursos naturales, de energía y disminuye los materiales de desecho. Considerando las condiciones mencionadas, se puede inferir que el RAP es un material que tiene una gran heterogeneidad, lo que se traduce en contenidos de asfalto residual y granulometrías variables, con la particularidad de tener generalmente, contenidos de finos muy bajos. (Hernandez, 2014). 20. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(21) 3.2 ANTECEDENTES DEL RAP En este capítulo se realizaran investigaciones de todos los antecedentes conocidos a nivel mundial y nacional del RAP, de cómo ha sido la evolución del mismo, de todos sus beneficios y ayudas que tiene en cuanto a su construcción.. 3.2.1 Antecedentes a nivel mundial En los antecedentes del RAP nos remontamos a la década de los 90¨s donde se presentaron los primeros avances en el tema de reutilización de las mezclas asfálticas, generando gran perspectiva a nivel mundial y beneficiando de gran modo al medio ambiente. En el caso particular de reciclar Residuos Asfalticos, los benéficos se incrementan, ya que entran en juego diversos factores como, Normativa minera y ambiental a la hora de la producción de estos, logística, transporte, disposición y accesibilidad, factores que terminan por incrementar los costos finales de la obra. (Ramirez Arce, 2017). Como grandes impulsadores de estas técnicas se tiene a países como Estados Unidos y Canadá en el continente Americano, mientras que en Europa la tendencia fue generalizada teniendo como pioneros a Alemania, Austria, Holanda y Dinamarca quienes adoptaron los avances tecnológicos logrados por Estados Unidos a finales de los 90‘s. (Alarcon, 2003). Países desarrollados fueron los primeros en demostrar un mayor interés en tomar este tipo de práctica, la cual fue acogida de gran manera en todos los campos necesarios para la pronta evolución del mismo; siendo ellos los pioneros del tema, han avanzado en cuanto a las nuevas propuestas del RAP y han abierto un gran campo en el cual, países sub desarrollados siguen ahora estas investigaciones y tienden a ejercerlas.. 3.2.2 Antecedentes nacionales Fue a comienzos de 1992 que en Colombia se empezó a intensificar la técnica del reciclaje en frío utilizando emulsiones asfálticas como ligante. A partir de esto se ha venido ganando experiencia y conocimiento sobre la importancia del reciclado de pavimentos. Los primeros intentos para reciclar los residuos producto de las labores de mantenimiento del pavimento asfáltico en nuestro país, se llevaron a cabo en Medellín y en Bogotá (Restrepo Sierra, 2015). A partir de allí y con los buenos resultados obtenidos se intensificaron los casos de reutilización de mezclas asfáltica, viendo beneficios en lo económico, rendimiento y sobre todo en el medio ambiente. Se tienen referencias de vías como: 21. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(22) Puertos López – Puerto Gaitán (Meta), Quibdó – Yuto (Choco), Medellín – Santuario (Antioquia), Cali - Loboguerrero (Valle del Cauca), Manizales - Mesones (Caldas), Autopista Bogotá – Villavicencio (Cundinamarca). (INVIAS, 2010).. 3.3 El WEO EN MEZCLAS ASFÁLTICAS CON RAP Conociendo un poco más acerca de las estructuras de pavimentos, de los métodos utilizados y de su debido mantenimiento; se enfocan los estudios en la adición de nuevos ligantes al pavimento ya reciclado o reutilizado, con el fin de rejuvenecer sus materiales. En la actualidad existen diversos estudios que muestran la capacidad que tienen varios materiales que adicionados al RAP pueden favorecer su estructura, podemos hablar de la mejora en su granulometría, puesto que al aplicar nuevos áridos permite mejorar la gradación de la mezcla reciclada, modificándola a un rango aceptable, el envejecimiento del ligante del RAP hace que sea necesario su modificación durante la fabricación de la nueva mezcla, (Sanchez Angel, 2010), es allí donde se enfoca el presente estudio, buscado recuperar parte de esta mezcla asfáltica ,añadiendo a su fabricación medidas de WEO también reciclado. Pero ¿qué es el WEO?, es básicamente aceite quemado de motor el cual también puede ser reciclado, el aceite lubricante usado es altamente contaminante cuando es liberado al ambiente sin la aplicación de medidas de gestión adecuadas a su persistencia y capacidad bio-acumulativa (Tamada et al. 2012). Las prácticas de manejo incorrecto una vez generado, causan severos daños en aire, agua y suelo, así como un potencial riesgo en la salud de las personas, debido a su alto contenido en metales pesados (Angelova et al. 2004). Con respecto al aceite de motor, este se puede reciclar para usarlo como combustible, es decir, como un tipo de bencina, el denominado gasoil. Este proceso es relativamente sencillo, ya que sólo se necesita además del aceite de motor usado, barriles de aluminio negro, un motor de combustión con manguera aspiradora y un filtro inyector. (Guioteca, 2015). 22. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(23) 4. METODOLOGÍA La metodología de esta investigación, inició con la caracterización de todos los materiales a emplear tanto de agregados vírgenes como reciclados, posteriormente se determinó el porcentaje óptimo de asfalto por el ensayo “estabilidad y flujo de mezclas asfálticas compactadas empleando el equipo Marshall” (INVIAS, 2013a), después se elaboraron muestras con el porcentaje óptimo de asfalto y las variaciones de inclusión de WEO con el asfalto envejecido contenido en el RAP. Los ensayos realizados tuvieron en cuenta la norma para caracterización de agregados vírgenes dentro de los cuales están: Determinación de los tamaños de las partículas de los suelos INV E-123-13 (INVIAS, 2013b.) Gravedad Especifica agregados finos INV E-222-13 (INVIAS, 2013c) Gravedad Especifica agregados Gruesos INV E-223-13 (INVIAS, 2013d) Se diseñaron briquetas con un peso de 1200 g, donde el 65% eran agregados vírgenes y el 35% de RAP y se agregó un porcentaje de asfalto nuevo y las inclusiones del WEO correspondientes a esta investigación que son de 6.5% y de 7%. De WEO, una vez terminadas las mezclas se realizaron los ensayos de laboratorio, según la norma del INVIAS para mezclas asfálticas: Gravedad específica Bulk y densidad de mezclas asfálticas compactadas no absorbentes empleando especímenes saturados y superficialmente secos INV E733-13 (INVIAS, 2013e) Porcentaje de vacíos con aire en mezclas asfálticas compactadas y abiertas INV E-736-13 (INVIAS, 2013f) Estabilidad y flujo de mezclas asfálticas en caliente empleando el equipo Marshall INV E-748-13 (INVIAS, 2013a) Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas asfálticas compactadas utilizando la prueba de tracción indirecta INV E-725-13 (INVIAS, 2013g). 23. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(24) 4.1 MATERIALES A continuación, se realizará una descripción del origen de los materiales utilizados en el desarrollo de esta investigación Agregados vírgenes: Este material fue extraído de la cantera de la concesionaria encargada del mantenimiento de la vía primaria Saldaña-Neiva, administrada por el Ingeniero Felipe Mosos. WEO: Aceite quemado de motor, suministrado por el cambiadero de aceites “Lubricar”, aceite tipo SAE50 (20W50) Multigrado RAP: Pavimento asfaltico recuperado de la vía Guamo – Neiva, material suministrado por el Ingeniero Felipe Mozos Cemento Asfaltico: Compuesto por asfalto nuevo de Ecopetrol refinería Barrancabermeja tipo 40/50, y por asfalto envejecido contenido en el RAP Las pruebas fueron realizadas en los laboratorios de pavimentos de la Universidad Cooperativa de Colombia- Sede Ibagué, donde se utilizan diferentes equipos e instrumentos requeridos por la norma para cada proceso.. 4.2 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES Una vez explicado los materiales que conforman el diseño de las mezclas densas en caliente que serán llevadas a cabo para realizar los estudios y análisis pertinentes para el cumplimiento de una mezcla MDC-19. A continuación se hará un procedimiento constructivo a seguir durante el proceso de preparación de mezclas (véase la figura 1). Figura 1 materiales. Caracterización. de. Fuente: Los Autores 24. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(25) 4.2.1 Caracterización de Agregados Vírgenes Se determinó la caracterización de agregados gruesos y finos realizando ensayos de granulometría y gravedad específica, teniendo en cuenta las norma y especificaciones del INVIAS 4.2.1.1. Granulometría Agregados Vírgenes. Teniendo en cuenta las especificaciones de la norma INVE-123-13 “análisis granulométrico de suelos por tamizado”, se empezó a realizar el respectivo proceso para tomar los resultados del laboratorio para la variable de granulometría. Se tomó una muestra en estado natural de 1000 g de material grueso y 500 g de material fino. Una vez determinadas las cantidades necesarias de cada material, se procede a secar la muestra en el horno hasta su secado, seguidamente fueron pesadas y lavadas en los tamices N.60 y N.200. Después son llevadas nuevamente al horno, secadas y tamizadas en (1”, ¾”, ½”, 3/8”, N.4, N.10, N.40, N.80 y N.200) registrando el peso del material retenido en cada uno de ellos en una tabla granulométrica como se muestra en la Tabla 1 Tabla 1. Tabla granulométrica Agregados Finos ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO TAMIZ. TAMIZ (mm). PESO RETENIDO. % RETENIDO. % ACUMULADO. % PASA. FONDO. Fuente: Los Autores. 25. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(26) 4.2.1.2Gravedad Específica de Agregados Vírgenes Se realizaron los ensayos de densidad específica para los agregados vírgenes llevando el procedimiento descrito en la norma INV E- 222-13 para gravedad específica de gruesos y la INV E-223-13 para la gravedad especifica de los finos. Para la gravedad específica de los finos es necesario separar la muestra por 500g cada una, se agrega una cierta cantidad de agua al picnómetro para así al calibrar con la muestra de material fino poder retirarle los vacíos (véase Figura 2.) Figura 2. Gravedad Específica de Agregados Finos. Fuente: Los Autores De la misma manera se determinó la gravedad específica de gruesos, acorde a la norma INVE-223-13, que en este caso se tomó 3000 g. luego de pesar el material granular, haciendo un lavado y secado al horno, para después sumergirlo por 24 horas como se representa en la figura 3. Figura 3 Agregado Sumergido. Fuente: Los Autores. 26. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(27) Una vez obtenido los pesos secos al aire, saturada y superficialmente seca de los agregados vírgenes se calcula la densidad relativa con las siguientes formulas tomadas de INV E-222-13 (INVIAS, 2013c); y la INV E-223-13 (INVIAS, 2013d). 4.3 CARACTERIZACION DEL RAP Para determinar el contenido de asfalto envejecido, es necesario determinar las propiedades de los agregados, para esta ejecución se utilizaron 2143 g aproximadamente de RAP haciendo una extracción de material por la maquina centrifuga, siguiendo las especificaciones de la norma INVE-782-13 “Análisis granulométrico de los agregados extraídos de las mezclas asfálticas”, determinando así los porcentajes de gravas, arenas, y finos y así mismo el porcentaje de asfalto envejecido contenido en el RAP. Obtenidos los datos de granulometría, se sumergió la cantidad de RAP antes mencionada en gasolina durante un lapso de 1 hora y así poder desprender el asfalto contenido en el material. Seguido de esto, se utilizó la centrifuga para poder lavar aún mejor el material, se realizaron 5 lavadas cada una con 750 ml de gasolina, hasta que el material quedara sin asfalto envejecido, según la norma INV-E 759-13 “Recuperación de asfalto de una solución usando el evaporador rotatorio”. Por último se lavó cada una de las partículas en agua y se dejaron suspendidas en esta, por consiguiente se utilizó el horno para su próximo secado. Teniendo todo el procedimiento ya hecho y mediante la siguiente formula podemos obtener el porcentaje de asfalto envejecido contenido en el RAP.. % 𝑎𝑠𝑓𝑎𝑙𝑡𝑜 =. (𝑊𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑊𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙) − (−𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟. 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜𝑠) 𝑥100 𝑊𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙. Fuente: INVIAS. 27. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(28) 4.4 CARACTERIZACIÓN DE WEO Aceite quemado de motor, tipo SAE50(20W50) multigrado suministrado en la ciudad de Ibagué, aceite de mayor uso que no se encontraba contaminado con otros tipos de aceites quemados, caracterizado por el laboratorio LIPFA de la universidad del Tolima de acuerdo con el ensayo de la American Standard Testing of Materiales. 4.5. CARACTERIZACIÓN ASFALTO NUEVO. La concesión San Rafael “Asfaltemos S.A.S, suministró el material de grado 40/50 ya que es usado en el departamento del Tolima, este asfalto es para temperaturas superiores a 24°C, según la tabla 450-8, del artículo 450 de INVIAS.. 4.6 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 4.6.1 Mezclas Finales Se procede a realizar la mezcla del asfalto nuevo con el WEO teniendo en cuenta las proporciones de 65% de agregados vírgenes y 35% del RAP, realizado por método experimental, se determinó el porcentaje óptimo de asfalto de 4.8%, los tratamientos que se realizaron tienen inclusión de WEO del 6.5% y 7%, la cantidad de ligante por briqueta es de 57.6g, donde el peso del asfalto del RAP es constante y la cantidad del asfalto nuevo varía de acuerdo a la inclusión de WEO tal como se muestra en la figura 4. 28. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(29) %OPTIMO DE ASFALTO % ASFALTO ENVEJECIDO. TRATAMIENTO 0 Asf.Nuevo Asf.EnvejecidoRAP WEO Total Ligante Total Mezcla. 4.8 3.4. InclusionWEO LIGANTE 43.53 14.07 0 57.6 1200. 0%. TRATAMIENTO. 75.6% 24.43% 0% 100.0%. Asf.EnvejecidoRAP Asf.Nuevo WEO Total Ligante Total Mezcla. InclusionWEO LIGANTE 14.07 39.786 3.744 57.6 1200. 6.5% 24.43% 69.1% 6.5% 100.00%. TRATAMIENTO 0. InclusionWEO 7% LIGANTE Asf.Nuevo 39.498 68.6% Asf.EnvejecidoRAP 14.07 24.43% WEO 4.032 7% Total Ligante 57.6 100.0% Total Mezcla 1200 Figura 4. Proporciones de ligantes para las mezclas asfálticas. Fuente: Los Autores. 29. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(30) 4.6.2 Elaboración de mezclas con WEO Se elaboró 6 briquetas por tratamiento (T0, T3, T4) con los diferentes porcentajes de WEO (0%, 6.5% y 7%) por lo cual se elaboraron 18 briquetas cada una con un peso de 1200g, para evaluar las propiedades mecánicas de las mezclas se realizaron ensayos tipo Marshall para determinar la estabilidad y flujo utilizando 3 briquetas y 6 briquetas para medir la susceptibilidad al agua donde 3 fueron en estado seco y 3 en estado sumergido). La elaboración de las briquetas se inició con el secado al horno de los agregados vírgenes y el RAP a una temperatura constante de 110°C, el asfalto nuevo 40/50 se calentó a una temperatura de 160°C, y el WEO a una temperatura de 130°C; posterior a este procedimiento a la hora de adicionar el WEO en cada tratamiento es necesario mantener una temperatura de óptima de mezclado del cual fue de 150°C hasta obtener que los agregados estén completamente cubiertos de ligante. La mezcla es vaciada en los moldes cilíndricos en estado caliente para evitar que el material se adhiera, compactando mediante 75 golpes por ambas cara de acuerdo a las especificaciones de la norma INV E-748-13, dejándolas en reposo hasta llegar a una temperatura ambiente y hacer la extracción de briquetas.. 4.7 METODOLOGÍA ESTADÍSTICA El modelo estadístico utilizado fue el Análisis de Varianza (ANOVA), tomando como variable independiente los tratamientos a elaborar con inclusiones de WEO de (0%, 6.5%7%), con este modelo se verifica si existe diferencias significativas entre los tratamientos con un nivel del 5% de significancia de medias de Duncan, las variables dependientes son los parámetros mecánicos que se evalúan en este caso: Estabilidad y flujo, Porcentaje de vacíos, y Susceptibilidad al agua. Para así hallar el grado de libertad, teniendo hipótesis nula y de alternativa Hipótesis Nula: Todos los tratamientos tienen el mismo efecto sobre cada uno de los ensayos Hipótesis H1: Algún tratamiento tiene mejor efecto sobre cada una de las variables dependientes.. 30. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(31) 4.8 DISEÑO DE ESTRUCTURA DE PAVIMENTO- SOFWARE WINDEPAV Se realiza los diseños de la estructura de un pavimento flexible bajo la modelación del software de windepav ya que este programa calcula los esfuerzos y las deformaciones máximas que se presentan al colocar una carga en la superficie que produce en los niveles de interface de un sistema elástico, multicapa, constituida de dos a seis capas, caracterizada por el espesor, módulo de elasticidad y reacción. (Sierra Garzon, 2017). Además calcula la deflexión y el radio de curvatura al centro de la rueda doble. Las deformación y esfuerzos máximos calculados por el programa se compara con los admisibles, se consideran cuatro capas: Concreto asfáltico, base granular, sub base granular y subrasante. En este programa se modelaron 3 estructuras diferentes de pavimentos flexibles, en las cuales se fueron agregando las inclusiones de weo; obteniendo así diferentes valores que expresan los desgastes expuestos en la estructura.. 31. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(32) 5. RESULTADOS 5.1 GRANULOMETRÍA AGREGADO GRUESO La cantidad de material seco que se obtuvo luego de poner el agregado grueso a secar fue de 1039,9 g. a continuación de este resultado se procedió a lavar la muestra la cual, en seco, nos arrojó un valor de 1032,6 g. En la siguiente tabla se puede observar el número del tamiz donde quedo retenido el material y que cantidad se retuvo en cada tamiz.. Tabla 2 Tabla Granulométrica-Agregados Gruesos. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO TAMIZ. TAMIZ (mm). Peso Retenido. % RETENIDO. % ACUMULADO. % PASA. 1". 25. 21,25. 2,04. 2,04. 97,96. 3/4". 19. 296,25. 28,49. 30,53. 69,47. 1/2". 12,5. 457,3. 43,97. 74,50. 25,50. 3/8". 9,5. 153,3. 14,74. 89,24. 10,76. No° 4. 4,75. 102,3. 9,83. 99,07. 0,93. No° 10. 2. 1,8. 0,17. 99,24. 0,76. No° 40. 0,425. 0,6. 0,06. 99,30. 0,70. No° 200. 0,075 7,3. 0,70. 100,00. 0,00. FONDO PESO DE LA MUESTRA. 1039,90. Fuente: Los Autores. 32. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(33) Figura 5 Curva Granulométrica- Agregado Gruesos. Fuente: los autores En la figura 5. Se observa la curva granulométrica donde se puede proceder a hallar el tipo de suelo que nos arrojó el ensayo de laboratorio. Con base a la gráfica se tomaron los valores de: D10: 8.8 mm, D30: 10.4 mm, D60: 10.8 mm Para hallar el coeficiente de uniformidad (Cu) se utilizó la siguiente formula: 𝐷60. Cu=𝐷10 =. 10.8𝑚𝑚 8.8𝑚𝑚. = 1,23. Para hallar el coeficiente de curvatura (Cc) se utilizó la siguiente formula: (𝐷30)2. (10.4)2 𝑚𝑚. Cc=𝐷10∗𝐷60 = 8.8𝑚𝑚∗10.8𝑚𝑚 = 1,14 Los valores que nos arrojó las formulas y según la clasificación de suelos Sucs podemos deducir que tenemos una grava - mal gradada. (GP), como se observa en la figura 6.. 33. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(34) Figura 6. Valores de Cc y Cu de suelos Cc. Cu. 1.14. 1.23. Mal gradada. Tabla 3. Clasificación de suelos SIGLAS DE CLASIFICACION DE SUELOS GRAVA. G. ARCILLA. ARENA. S. BAJA PLASTICIDAD. L. BIEN GRADADA. W. ALTA PLASTICIDAD. H. TURBA O MATERIAL ORGANICO. O. POBREMENTE GRADADA. P. LIMO. M. C. Fuente: Los Autores. 5.2 GRANULOMETRÍA AGREGADO FINO La cantidad de material seco que se obtuvo luego de poner el agregado grueso a secar fue de 529,9 g. a continuación de este resultado se procedió a lavar la muestra la cual, en seco, nos arrojó un valor de 512,3 g. En la tabla 4 se puede los pesos retenidos y lo que pasa por cada tamiz Tabla 4. Tabla Granulométrica Agregados Finos ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO TAMIZ. TAMIZ (mm). 0. % RETENIDO. % ACUMULADO. % PASA. 1". 0. 0.00. 0.00. 0.00. 0.00. 3/4". 0. 0.00. 0.00. 0.00. 0.00. 1/2". 0. 0.00. 0.00. 0.00. 0.00. 3/8". 0. 0.00. 0.00. 0.00. 0.00. No° 4. 4.75. 31.42. 5.93. 5.93. 94.07. No° 10. 2. 75.62. 14.27. 20.20. 79.80. No° 40. 0.425. 288.62. 54.47. 74.67. 25.33. No° 80. 0.18. 82.42. 15.55. 90.22. 9.78. No° 200. 0.075. 33.42. 6.31. 96.53. 3.47. FONDO. 18.40. 3.47. 100.00. 0.00. PESO DE LA MUESTRA. 529.90. Fuente: Los Autores. La curva granulométrica que nos arrojó la recolección de los datos anteriores fue la siguiente: 34. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(35) Figura 7 Curva Granulométrica- Agregados Finos. Fuente: los Autores Luego de tener la curva granulométrica se puede proceder a hallar el tipo de suelo que nos arrojó el ensayo de laboratorio. Con base a la gráfica se tomaron los valores de: D10: 0.18 mm, D30: 0.50 mm, D60: 1.14 mm Para hallar el coeficiente de uniformidad (Cu) se utilizó la siguiente formula: 𝐷60. 1,14𝑚𝑚. Cu=𝐷10 = 0,18𝑚𝑚 = 6,33 Para hallar el coeficiente de curvatura (Cc) se utilizó la siguiente formula: (𝐷30)2. (0,50)2 𝑚𝑚. Cc=𝐷10∗𝐷60 = 0,18𝑚𝑚∗1,14𝑚𝑚 = 1,22. Los valores que nos arrojó las formulas y según el análisis de clasificación de suelos podemos obtener una Arena- bien gradada. (SW). 35. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(36) -. Caracterización Agregados vírgenes Según los resultados obtenidos en la curva granulométrica se determinó los porcentajes de Gravas, Arenas, y Finos. Tabla 4. Porcentajes de Caracterización de agregados finos y gruesos. caracterizacion agregado grueso. caracterizacion agregado fino. Agregado. Porcentaje %. Agregado. Porcentaje %. GRAVAS ARENAS FINOS. 5.93 90.60 3.47. GRAVAS ARENAS FINOS. 99.07 1 0.70. Fuente: los autores. 5.3 CARACTERIZACION DE ARAP Para el caso del ARAP, se utilizó una cantidad 2000 gr, se procedió con el análisis granulométrico según la norma INVE-782-13 “Análisis granulométrico de los agregados extraídos de las mezclas asfálticas”. Tabla 5. Tabla Granulométrica Agregados contenidos en el RAP ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO TAMIZ. TAMIZ (mm). 0. % RETENIDO. % ACUMULADO. % PASA 0.00. 1". 0. 0.00. 0.00. 0.00. 3/4". 0. 0.00. 0.00. 0.00. 0.00. 1/2". 12.5. 180.0. 9.44. 9.44. 90.56. 3/8". 9.5. 214.0. 11.22. 20.66. 79.34. No° 4. 4.75. 501.0. 26.27. 46.92. 53.08. No° 10. 2. 330.0. 17.30. 64.23. 35.77. No° 40. 0.425. 441.0. 23.12. 87.35. 12.65. No° 80. 0.18. 123.0. 6.45. 93.80. 6.20. No° 200. 0.075. 96.3. 5.05. 98.85. 1.15. FONDO. 22.0. 1.15. 100.00. 0.00. PESO DE LA MUESTRA. 1907.30. Fuente: los autores Por consiguiente, podemos realizar nuestra curva granulométrica y conocer sus variables: Cc, Cu, D10, D30, D60. Deduciendo que los agregados finos son Arenas bien gradadas (SW) 36. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(37) Figura 8. Curva Granulométrica de agregados contenido en el RAP. Fuente: los autores. Figura 9 Porcentajes de caracterización de agregados del RAP. Cc. Cu. 0.97. 19.33. Agregad Porcentaj o e% GRAVAS ARENAS FINOS. Fuente: los autores. 37. 46.92 51.92 1.15. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(38) 5.4 GRANULOMETRÍA DE LA MEZCLA ASFÁLTICA En este capítulo recopilamos los datos obtenidos en la granulometría tanto de gruesos cono de finos, para poder representar en un solo análisis los agregados que tendrá la mezcla asfáltica en nuestro estudio, teniendo siempre como base los 1200 gr de cada briqueta, de igual manera se le agrega los pesos retenidos de los agregados del RAP como se indica en la figura 9. Tabla 6 Tabla granulométrica de agregados de la mezcla asfáltica ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO. INV E 450 - 13. TAMIZ. TAMIZ (mm). PESO RETENIDO. 1". 25. 16,77. 0,54. 0,54. 99,46. 3/4". 19. 233,86. 7,53. 8,07. 1/2". 12,5. 540,95. 17,41. 3/8". 9,5. 334,98. 10,78. No° 4. 4,75. 604,20. No° 10. 2. No° 40 No° 80 No° 200. % RETENIDO. % ACUMULADO. % PASA. MDC - 19 Min. Max. 91,93. 100. 100. 25,47. 74,53. 80. 95. 36,25. 63,75. 70. 88. 19,44. 55,70. 44,30. 49. 65. 385,50. 12,41. 68,10. 31,90. 29. 45. 0,425. 648,01. 20,85. 88,96. 11,04. 14. 25. 0,18. 181,98. 5,86. 94,81. 5,19. 8. 17. 0,075. 120,22. 3,87. 98,68. 1,32. 4. 8. FONDO. 40,93. 1,32. 100,00. 0,00. PESO DE LA MUESTRA. 3107,40 % FINOS. D10. D30. D60. 1,32. 0,4. 1,8. 8,2. % GRAVAS 36,25. % ARENAS 62,43. Fuente: los autores De acuerdo a lo anterior en la figura 9 se observa que la gradación de los agregados de mezcla asfáltica no cumple con los rangos que se establece la norma INV E-450-13 para un tipo de mezcla MDC-19 con un asfalto 40-50. 38. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(39) Figura 10. Curva Granulométrica agregados de mezcla asfáltica. Fuente: Los Autores Sin embargo, se define que la clasificación del suelo de los agregados vírgenes y agregados del RAP corresponde a una arena bien gradada (SW) ya que pasa más del 50% por el tamiz No.4. .. 39. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(40) 5.4 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS Para determinar la caracterización de mezcla final se realizaron ensayos de laboratorio de tipo Marshall a 3 briquetas compactadas a 75 golpes por cada lado obteniendo datos especificados en la tabla Tabla 7. Datos Ensayo Marshall. RESUMEN MARSHALL. Tratamiento 1-0% 2-0% 3-0% 4-0% 5-0% 6-0% 1-6.5% 2-6.5% 3-6.5% 1-7% 4-7% 5-7%. Estabilidad Newton 30740.414 24592.349 22116.958 23674.147 27133.840 34626.114 42456.291 30931.390 34053.174 39136.174 46848.803 61657.111. Flujo (mm). %Vacios. 3.58 4.37 4.01 3.53 3.73 3.38 2.67 3.58 4.06 3.45 3.96 2.54. 4.26 5.40 4.76 3.42 5.69 6.90 4.97 4.37 4.33 4.23 3.68 5.48. Estabilidad Promedio (Newton). Flujo Promedio (mm). %Vacios Promedio. 27147.30. 3.77. 5.07. 35813.62. 3.44. 4.56. 42992.49. 3.71. 3.96. Fuente: Los Autores . 5.4.1 Vacíos con aire Con los datos obtenidos en el porcentaje de vacíos de cada tratamiento en la tabla 7 se evalúa según las especificaciones del Artículo 450-13 para una capa de rodadura NT1, según en la figura 10 los porcentajes de vacíos no presentan diferencias y están dentro del rango mínimo que es de 3 a 5 para cada tratamiento. 40. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(41) Figura 11. Porcentajes de vacíos de aire en mezclas asfálticas con WEO. Fuente: Los Autores. 5.4.2 Estabilidad y flujo El tipo de asfalto nuevo a utilizar es 40-50 en una temperatura mayor a 24 ˚C, lo cual según la norma INV E- 450-13 “Mezclas asfálticas en caliente de gradación continua” la rodadura del pavimento asfaltico será de transito NT1, diseñando los métodos de diseños preliminar y verificando su resistencia que cumplan los requisitos de la tabla 8.. 41. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(42) Tabla 8. Criterios para el diseño preliminar de la mezcla asfáltica en caliente por el método Marshall. Fuente: INV E-450-13 Visto en la anterior tabla 8 se establece que para un NT1 el valor mínimo aceptable de estabilidad es de 5000N, lo cual en la tabla 9 se estable los niveles de inclusión de WEO analizando la estabilidad Marshall, flujo, y relación entre estabilidad y flujo, de acuerdo con esto el tratamiento que más se acerca a lo requerido es la mezcla con una inclusión de WEO de 6.5% con una estabilidad promedio de 8051.22 N.. 42. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(43) Tabla 9. Estabilidad y flujo para inclusiones de WEO. RESUMEN PROMEDIO Inclusion de WEO%. Parametros 0. 6.5. 7. Estabilidad Marshall (Newton). 6102.96. 8051.22. 9665.10. Flujo (mm). 3.77. 3.44. 3.71. Relacion Est/Flujo (kN/mm). 1.62. 2.34. 2.61. 5.07. 4.56. 3.96. %Vacios. Fuente: Los Autores El resultado de estos comportamientos se puede observar en la figura 5, donde se representa la estabilidad con inclusión de WEO así mismo el tipo de transito NT1 (línea amarilla en la figura) donde se identifica el punto de inclusión aceptado.. 43. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(44) Figura 12. Estabilidad Marshall para mezclas con inclusión de WEO. Fuente: Los Autores. De acuerdo con la figura 10 se observa que cumple todos los porcentajes de inclusión de WEO estando en el rango mínimo de estabilidad Marshall para un tránsito de vía bajo NT1 de 5000N.. 44. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(45) Flujo: Por otro lado, la deformación que sufre la mezcla al ser sometida a una carga se representa en la disminución del diámetro de la briqueta, notando que por la composición de ligantes que a mayor contenido menor sufre la briqueta. Sin embargo, de acuerdo al tránsito NT1, la norma establece un rango entre 2 a 4 mm para la verificación del flujo de las mezclas de tipo de vía NT1, lo cual en la figura 13 se analiza que los tres tratamientos cumplen con los parámetros establecidos. Figura 13. Flujo para mezclas asfálticas con inclusión de WEO. Fuente: Los Autores. 45. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(46) 5.4.3 Relación Estabilidad y Flujo La relación estabilidad y flujo (E/F) de las mezclas, se deduce que las mezclas con relación E/F altos son frágiles y muy rígidas para un pavimento, sin embargo, las mezclas con relación E/F menores se deforman con facilidad, en la INV E-450-13 establece un rango entre 2 a 4 KN/mm para que la mezcla actué de la mejor manera, se observa en la figura 14 que el tratamiento del 6.5 y 7% cumple con lo requerido teniendo una relación de estabilidad y flujo de 2.34 y 2.61Kn/mm. Figura 14. Relación estabilidad y flujo para Mezcla con RAP + WEO. Fuente: Los Autores. 46. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(47) 5.6 SUSCEPTIBILIDAD AL AGUA (TRACCIÓN INDIRECTA) Para determinar los resultados se ejecuta el ensayo de evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas asfálticas compactadas, especificado en la norma INV-E-725-13 denominado Tracción indirecta. Lo cual indica que a medida de aumentar la inclusión de WEO va disminuyendo la resistencia húmeda y seca, sin embargo, se denota en la relación de resistencia a la tensión RRT un error en la inclusión de 6.5% ya que el valor es mayor a 100% como se indica en la tabla. Tabla 10. Resistencia a la tensión de la mezcla con inclusión de WEO. Resistencia a tensión Inclusión de WEO%. Resistencia Húmeda. 0 6.5 7. Resistencia Seca. 0.14 0.13 0.07. 0.15 0.14 0.09. Fuente: Los Autores En la figura 13 se presenta la curva de resistencia húmeda y resistencia seca, por otro lado en la tabla 11 se puede observar que la inclusión de WEO de 7% no es susceptible ya que no cumple con la especificación del Articulo 450.5.2.4.5, lo cual indica que, “La resistencia del grupo curado en húmedo deberá ser, cuando menos, ochenta por ciento (80%) de la resistencia del grupo curado en seco, para que se considere que la mezcla no es susceptible a la humedad” (INVIAS, 2013h). Tabla 11. Relación resistencia a la tensión de la mezcla con inclusión de WEO. Inclusion de WEO%. Relacion Resistencia a la tension RRT=100(RTH/RTS). 0. 99.29. 6.5. 92.89. 7. 78.17. Fuente: Los Autores. 47. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(48) Figura 15. Tracción indirecta (húmeda y seca) y relación tracción indirecta (RRT). Fuente: Los Autores. Figura 16 Relación de Resistencia a la tensión Indirecta. Fuente: Los Autores. 48. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(49) 5.7 MODELACION WINDEPAV Para la modelación en el programa WINDEPAV se tendrán 3 estructuras de pavimentos flexibles, en las cuales se tendrán en cuenta las diferentes inclusiones de WEO + agregados vírgenes + RAP + % asfalto óptimo. Para obtener un resultado final el cual nos indicara el desgaste que tendrá cada pavimento y poder concluir si las inclusiones de WEO favorecen a alguna de las estructuras antes mencionadas.. 5.7.1 Modelación Windepav tc 0% WEO En la siguiente modelación se tuvieron en cuenta todas las briquetas hechas en el laboratorio con cero inclusiones de weo tal como se relaciona en la tabla 12 estableciendo los promedios de estabilidades y flujos de cada inclusión de WEO, teniendo en cuenta que para la mezcla se utilizaron las siguientes cantidades de agregados. Agregados vírgenes (65%= 742.6 gr)= 482.7triturado, 222.8 arena, 37.1finos RAP 35%= 399.82gr, 14.07 gr asfalto envejecido % asfalto nuevo = 43.53 gr Tabla 12. Tabla datos promedio estabilidad y flujo Marshall. TRATAMIENTO T1.0%WEO T2.0%WEO T3.0%WEO T4.0%WEO T5.0%WEO T6.0%WEO. ME (N) 30740.4029 24592.3401 22116.9502 23673.8717 27133.8306 34648.3421. ME (Kgf) 3136.77581 2509.42246 2256.83165 2415.70119 2768.75823 3535.54511. Promedio Estabilidad TC. Promedio Flujo TC. MF 3.5814 4.3688 4.0132 3.5306 3.7338 3.3782. 2,771 Kgf. 3.77 mm. Fuente: Los Autores. 49. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(50) Se realizaron las modelaciones en el software para las diferentes estructuras de pavimentos flexible, lo cual en la figura 17 se presenta una estructura con 3 capas, en la figura 18 es una estructura con 4 capas, y en la figura 19 una estructura con 5 capas, cada una de ellas cuentan con un espesor de 10 cm y con una relación de poisson de 0.35, hallando su módulo de elasticidad por medio de fórmulas ya descritas. Para cada uno de los tratamientos se realizó el mismo método operativo, con las mismas variables de espesores y Poisson; donde se difiere los resultados del módulo de elasticidad.. Figura 17. Modelacion windepav- estructura 1 0%WEO Estructura pavimento #1 ȵ=0.35. Є 1 117654Kgf/cm2. MDC. 10 cm. ȵ=0.35. Є2. 1000Kgf/cm2. BG. 10 cm. ȵ=0.35. Є3. 400Kgf/cm2. SR. Є2=2.5*Є3. Epsilon T Windepav. Є1=1.6*(Estabilidad/Flujo). -180 microstrain. Figura 18.Modelacion Estructura pavimento flexible No.2. Estructura pavimento #2 ȵ=0.35. Є1. 117654Kgf/cm2. MDC. 10 cm. ȵ=0.35. Є2. 2500Kgf/cm2. BG. 10 cm. ȵ=0.35. Є3. 1000Kgf/cm2. SBG. 10 cm. ȵ=0.35. Є4. 400Kgf/cm2. SR. Є3=2.5*Є4 Є2=2.5*Є3. Epsilon T Windepav. -153 microstrain. Є1=1.6*(Estabilidad/Flujo). Fuente: Los Autores. 50. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..

(51) Figura 19. Modelación Estructura pavimento flexible No.3. Estructura pavimento #3 ȵ=0.35. Є1. 117654Kgf/cm2. MDC. 10 cm. ȵ=0.35. Є2. 6250Kgf/cm2. BG. 10 cm. ȵ=0.35. Є3. 2500Kgf/cm2. SBG. 10 cm. ȵ=0.35. Є4. 1000Kgf/cm2. SR. 10 cm. ȵ=0.36. Є5. 400Kgf/cm2. SR. Є4=2.5*Є5 Є3=2.5*Є4 Є2=2.5*Є3. Epsilon T Windepav. -111 microstrain. Fuente: Los Autores. Tabla 13. Tabla de resultados Modelacion 0%WEO. VALORES EPSILON T (MICROSTAIN) TC. ESTRUCTURA #1. ESTRUCTURA #2. ESTRUCTURA #3. -180. -153. -111. Fuente: Los Autores En la tabla 13, se puede observar que la estructura más resistente a la tracción (fatiga) fue la # 3, la cual se forma de 5 capas cada una con un espesor de 10cm; nos arroja un valor de -111 microstrain lo que nos indica la menor tensión al que está expuesto el pavimento, significando esto una menor ruptura de la carpeta asfáltica.. 51. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercialCompartirIgual 4.0 Internacional..