Alternativas de diseño de estructura de pavimento, tipos de mezcla y control de calidad para la Ruta del Sol tramo I

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(1)ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. ALTERNATIVAS DE DISEÑO DE ESTRUCTURA DE PAVIMENTO, TIPOS DE MEZCLA Y CONTROL DE CALIDAD PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. GLORIA ESTER ROSAS MONTENEGRO. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C. 2014. 1.

(2) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. ALTERNATIVAS DE DISEÑO DE ESTRUCTURA DE PAVIMENTO, TIPOS DE MEZCLA Y CONTROL DE CALIDAD PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. GLORIA ESTER ROSAS MONTENEGRO. Trabajo de grado para optar al título de Especialista en Pavimentos. Director SAIETH BAUDILIO CHÁVES PABÓN Ingeniero Civil. UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C. 2015. 2.

(3) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 3.

(4) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 4. Nota de aceptación. ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________. ______________________________________ Director de Investigación Ing. Saieth Baudilio Cháves Pabón ______________________________________ Asesor Métodológico Ing. Saieth Baudilio Chávez Pabón. ______________________________________ Jurado. Bogotá D.C., diciembre de 2014.

(5) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 5. A Dios por permitirme cumplir esta meta, a Mis Padres, Mis Hermanas, Oscar, a mis amigos y compañeros de trabajo que con su ayuda incondicional y su apoyo en cada momento durante este proceso, se hizo posible culminar con éxito..

(6) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 6. Resumen Este proyecto se elabora para el corredor vial “Ruta del sol – Sector 1”, que se encuentra localizado en el departamento de Cundinamarca, entre los municipios de Villeta, Guaduas, Guadero y el cauce del Rio Negro hasta llegar al sector del Koran. Actualmente se encuentra en construcción el tramo 2 que corresponde al K22+200 al K51 + 740 y el tramo 3 del K51+740 al 78+750. Durante la ejecución de las explanaciones se ha creado la necesidad de realizar ajuste al diseño de pavimentos de acuerdo con las condiciones actuales de los parámetros de diseño como la resistencia de la sub rasante, por esta razón se hace necesario realizar una evaluación de las alternativas de las estructuras de pavimento basados en nuevos muestreos y exploraciones geotécnicos y la optimización de diseños, por lo que se hace importante realizar la sectorización en función de la resistencia de la sub rasante y sectorización por temperatura del proyecto. Para tener en cuenta el comportamiento de la mezcla asfáltica dentro del diseño estructural del pavimento, se realizó la sectorización del tramo en función de la temperatura media anual y de la temperatura de trabajo de la mezcla; este parámetro es muy importante en la estimación de los módulos dinámicos de las mezclas asfálticas, que a su vez es un el parámetro principal en el dimensionamiento de las capas asfálticas. Al ser el asfalto un material termo-dependiente y su módulo muy sensible a los cambios de temperatura, se requiere sectorizar a partir de este parámetro. Además de precisar la sectorización, también se realizó la estimación de módulos dinámicos de diferentes tipos de mezcla y tipos de asfalto, por lo que se definen las alternativas de diseño. Para garantizar que la estructura de pavimento se comporte de acuerdo con el diseño es importante generar una mezcla de excelente calidad, por lo que se hace necesario realizar todos los ensayos requeridos a los materiales con que se cuentan en la región. Debido a esto se realizan diferentes tipos de diseños Marshall; se realizan variaciones en la combinación de agregados pétreos, formula de trabajo y tipos de.

(7) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 7. asfalto para evaluar su comportamiento en la producción, instalación y etapa de servicio de esta manera escoger la alternativa que cumpla las condiciones del diseño estructural de manera que se optimicen materiales y sea económicamente viable. Por tal razón se hace necesario realizar un gran número de ensayos y pruebas en el laboratorio tanto a los agregados pétreos, como a las mezclas asfálticas y al producto final y realizar un estricto control al proceso de manufactura e instalación y compactación. Palabras Claves: Asfalto, Asfalto modificado, pavimentos, estructura..

(8) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 8. Abstract This project was developed for the corridor "Ruta del sol - Sector 1", which is located in the department of Cundinamarca, between the towns of Villeta, Guaduas Guadero and bed of the Rio Black to reach the area of the Koran. Currently under construction section 2 corresponding to K22 + 200 to K51 + 740 section 3 and K51 + 740 to 78 + 750. During execution of the earthworks has created the need for adjustment to pavement design in accordance with the current conditions of the design parameters such as the strength of the sub grade, for this reason it is necessary to conduct an assessment of alternative pavement structures based on new exploration and geotechnical sampling and design optimization, so it becomes important to perform the segmentation based on the resistance of the sub grade and sectorization project temperature. To account for the behavior of the asphalt in the pavement structural design, the segmentation of the section based on the average temperature and the temperature of the mixture was performed; this parameter is very important in estimating the dynamic modulus of asphalt mixtures, which in turn is a main parameter in the design of the asphalt layers. To be a thermo-dependent asphalt material and its very sensitive to temperature changes module sectorizar required from this parameter. In addition to specifying the segmentation, estimation of dynamic modules of different types and kinds of asphalt mixture was also performed, so the design alternatives are defined. To ensure that the pavement structure behaves as designed is important to generate a mix of excellent quality, so it is necessary to perform all required testing materials that are counted in the region. Because of this different types of designs are made Marshall; changes are made in the combination of stone aggregates, formula types of asphalt work and to evaluate its performance in production, installation and service stage thus choose the alternative.

(9) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 9. that meets the conditions of structural design so as to optimize materials and economically feasible. For this reason it is necessary to perform a large number of trials and tests in the laboratory both stone aggregates, like asphalt mixtures and the final product and perform a strict control the manufacturing process and installation and compaction. Keywords: asphalt, modified asphalt, pavement structure..

(10) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 10. CONTENIDO pág. 1. 2. 3. 4. 5. 5.1. INTRODUCCIÓN LOCALIZACIÓN TRÁNSITO DE DISEÑO SECTORIZACIÓN EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA DEFINICIÓN DE ALTERNATIVAS DE DISEÑO Estructura de pavimento: espesores y módulos dinámicos de acuerdo con la zona de cada tramo 6. ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIÓN 7. PRODUCCIÓN DE AGREGADOS Y MEZCLA ASFÁLTICA 8. DISEÑO MARSHALL 8.1 Caracterización de materiales 8.2 Equipo de Laboratorio 8.3 Caracterización cemento asfaltico 8.4 Equipos empleados para la realización de ensayos en la caracterización de cementos asfálticos 8.5 Ensayos producto final 8.6 Soportes Diseño Marshall 9. MÓDULOS DINÁMICOS 9.1 Curva maestra módulos dinámicos 10. RESULTADOS DE MÓDULOS DINÁMICOS 10.1 Mezcla MGC-1 asfalto tipo II shell arena doña Juana 10.2 Mezcla MGC-1 asfalto tipo II SHELL arena purnio 10.3 Mezcla MGC-1 asfalto normalizado 60/70 SHELL arena purnio 10.4 Mezcla MSC-1 asfalto tipo II Humberto Quintero arena doña Juana 10.5 Mezcla MSC-1 asfalto tipo II Elvaloy (CVH) arena doña Juana 10.6 Mezcla MSC-2 asfalto tipo II Shell arena doña Juana 10.7 Mezcla MSC-2 asfalto tipo II MPI arena doña Juana 10.8 Mezcla 9.8 MMSC-2 asfalto tipo III arena Purnio 10.9 Mezcla MSC-2 asfalto tipo III arena doña Juana 11. CONCLUSIONES 12. GLOSARIO REFERENCIAS APÉNDICES. 16 17 18 19 20 22 25 30 30 31 33 35 37 41 42 42 46 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 57 59 61.

(11) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 11. LISTA DE TABLAS pág. Tabla 1. Tabla 2. Tabla 3. Tabla 4. Tabla 5. Tabla 6. Tabla 7. Tabla 8. Tabla 9.. Tabla 10. Tabla 11. Tabla 12. Tabla 13. Tabla 14. Tabla 15. Tabla 16. Tabla 17. Tabla 18. Tabla 19. Tabla 20. Tabla 21. Tabla 22.. Número de Ejes Equivalente N para las Dos Calzadas Sectorización en Función de la Temperatura Estructura de Pavimento para Tramo 2 Estructura para Tramo 3-1 (K51+680 al K75+400) Estructura para Tramo 3 -2(K75+400 al K78+737) Tipos de Mezcla Asfáltica Estructura de Pavimento: Espesores Estructura de Pavimento: Módulos Dinámicos INV 400.1 (c) Para MGC-1 Requisitos de los Agregados Pétreos para Tratamientos Lechadas y Mezclas Bituminosas Nivel de Transito NT3 INV 400.1 (c) Para MCS-2 Requisitos de los Agregados Pétreospara Tratamientos Lechadas y Mezclas Bituminosas Nivel de Transito NT INV 450.2 Franjas Granulométricas para Mezclas Asfálticas en Caliente INV 450.4. Criterios de Diseño de la Mezcla Asfáltica en Calientepor el Método Marshall INV400.3 Especificaciones del Cemento Asfaltico INV 400.4 Especificaciones de Cementos Asfalticos Modificados con Polímeros Resultados Parámetros de control Requerido en un Diseño Marshall Resultados de modulo mezcla MGC-1 Asfalto Shell Tipo II y arena doña Juana Resultados de modulo mezcla MGC-1 asfalto Shell Tipo II y arena purnio Resultados de modulo mezcla MGC-1 Asfalto Shell 60/70 y arena Purnio, Resultados de modulo mezcla MSC-1 asfalto HQ tipo II y arena doña Juana Resultados de modulo mezcla MSC-1 asfalto HQ tipo II Elvaloy (CVH) y arena doña Juana Resultados de modulo mezcla MSC-2 asfalto HQ tipo II y arena doña Juana. Resultados de modulo mezcla MSC-2 Asfalto MPI tipo II y arena doña Juana. 18 19 20 20 20 21 21 21. 22 23 24 24 34 34 41 46 47 48 49 50 51 52.

(12) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 12. Tabla 23. Tabla 24.. 53. Resultados de modulo mezcla MSC-2 Asfalto tipo III y arena Purnio Resultados de modulo mezcla MSC-2 Asfalto tipo III y arena doña Juana. 54.

(13) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 13. LISTA DE FIGURAS pág. Figura 1. Figura 2. Figura 3. Figura 4. Figura 5. Figura 6. Figura 7. Figura 8. Figura 9. Figura 10. Figura 11. Figura 12. Figura 13. Figura 14. Figura 15. Figura 16. Figura 17. Figura 18. Figura 19. Figura 20. Figura 21. Figura 22. Figura 23. Figura 24. Figura 25. Figura 26. Figura 27. Figura 28. Figura 29. Figura 30.. Localización General del Proyecto Trituradora para la Producción de Material para Mezcla Asfáltica Ubicada en el K62 Trituradora para la Producción de Agregados para Mezclas Asfálticas Tolvas para Agregados Banda Transportadora Zona de Descargue Tanques de Almacenamiento de Asfalto Planta de Asfalto. Vista General Ensayo de Gradación Ensayo de Equivalente de Arena Equipo para Ensayo de Límites Equipo Ensayo Relación 5:1 Equipo para Ensayo Micro Deval Equipo para Ensayo Desgaste en Máquina de los Ángeles Equipo para Ensayo de Ductilidad Ensayo de Viscosidad. Curva Reologica Ensayo de Anillo y Bola Índice de Película Delgada Prensa Marshall Bomba de Vacío Equipo para Compactar Probetas para Deformación Plástica Probetas Luego de Realizar Ensayo de Deformación Ensayo de Deformación Equipo para Realizar Modulo Dinámico Briquetas Preparadas en Laboratorio para Módulos Dinámicos Resultados ensayos de modulo dinámico MSC-23 Ensayo de módulo de rigidez – curva maestra MSC-2 Curva maestra MGC-1 ref. 25°C arena doña Juana Curva maestra MGC-1 ref. 25°C arena Purnio Curva maestra MGC-1 ref. 25°C asfalto 60/70 - arena Purnio. 17 26 26 27 28 28 29 29 31 32 32 32 33 33 35 36 36 37 38 38 39 39 40 40 43 43 44 46 47 48.

(14) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. Figura 31. Curva maestra MGC-1 ref. 25°C asfalto HQ Tipo II y arena Doña Juana Figura 32. Curva maestra MSC-1 ref. 25°C Asfalto HQ Tipo II elvaloy (CVH) y arena doña Juana Figura 33. Curva maestra MSC-1 ref. 25°C Asfalto HQ Tipo II y arena doña Juana Figura 34. Curva maestra MSC-2 ref. 25°C asfalto MPI Tipo II y arena Doña Juana Figura 35. Curva maestra MSC-2 ref. 25°C Asfalto Tipo III y arena Purnio Figura 36. Curva maestra MSC-2 ref. 25°C Asfalto Tipo III y arena doña Juana. 14. 49 50 51 52 53 54.

(15) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 15. LISTA DE APÉNDICES pág. Apéndice A. Diseño Marshall MSC-2 Asfalto tipo II Shell. 61. Apéndice B. Diseño Marshall MSC-1 Asfalto tipo II Shell. 129. Apéndice C. Diseño Marshall MSC-1 Asfalto tipo II Humberto Quintero. 182. Apéndice D. Diseño Marshall MGC-1 Asfalto tipo II Shell. 307. Apéndice E. Diseño Marshall MSC-2 Asfalto Tipo III Humberto Quintero. 406. Apéndice F. Diseño Marshall MSC-2 Asfalto Tipo III Shell. 519.

(16) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 16. 1. INTRODUCCIÓN El proyecto a desarrollar está ubicado en el corredor vial “Ruta del sol – Sector 1”, ubicado en el departamento de Cundinamarca entre las poblaciones de Villeta, Guaduas, Guadero y Koran. Actualmente se encuentra en construcción el tramo 2 que está comprendido entre la abscisa K22+200 a la K51+740; durante el avance de las explanaciones se ha generado la necesidad de realizar ajustes al diseño de pavimentos de acuerdo con las condiciones actuales de algunos parámetros de diseño. Por lo que se realizó una evaluación de las alternativas de estructuras para pavimentos, basado en los criterios de la metodología AASHTO 1993 y mecanicista, empleando modelos recomendados por el INVIAS 2008 y las nuevas tecnologías. La. modificación. de. asfalto. es. una. nueva. técnica. utilizada. para. el. aprovechamiento efectivo de asfaltos en la pavimentación de vías. Esta técnica consiste en la adición de polímeros a los asfaltos convencionales con el fin de mejorar sus características mecánicas, es decir, su resistencia a las deformaciones por factores climatológicos y del tránsito (peso vehicular). Los objetivos que se persiguen con la modificación de los asfaltos con polímeros, es contar con ligantes más viscosos a temperaturas elevadas para reducir las deformaciones permanentes (ahuellamiento), de las mezclas que componen las capas de rodamiento, aumentando la rigidez. Por otro lado disminuir el fisuramiento por efecto térmico a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad. Finalmente contar con un ligante de mejores características adhesivas..

(17) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 17. 2. LOCALIZACIÓN El proyecto a desarrollar está ubicado en el corredor vial “Ruta del sol – Sector 1”, ubicado en el departamento de Cundinamarca entre las poblaciones de Villeta, Guaduas, Guadero y Koran. El tramo en estudio se encuentra localizado entre las abscisas K22+220 al K51+740, en la figura a continuación se puede ver el detalle de la localización. Figura 1. Localización General del Proyecto.. Fuente.http://www.invias.gov.co/index.php/component/search/?searchword= ruta%20del%20sol&searchphrase=all> En un primer sector (K22+000 – K42+000) predomina los materiales arcillosos de baja compresibilidad de acuerdo con la profundidad de los apiques. La subrasante se encuentra compuesta en su mayoría, por acillas inorgánicas de plasticidad baja a media y limos inorgánicos con inclusiones de clastos o bloques de arenisca, dada la granulometría fina de las arcillas y de los limos (40% o más pasa tamiz 200) presentan capacidad portante regular cuya variación es alta y se encuentra en un rango esperado entre 2 y 7% de CBR..

(18) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 18. 3. TRÁNSITO DE DISEÑO El tránsito de diseño proyectado expresado en número de ejes equivalentes de 8.2 toneladas para un periodo de diseño de 10 años es: • Calzada derecha:. 23.302.138. • Calzada Izquierda:. 25.224.779. Tabla 1. Número de Ejes Equivalente N para las dos calzadas Número de Ejes equivalente N sector Intercambiador San Miguel - El Korán, calzada sentido Villeta - El Korán Parámetro Volumen vehicular a 10 años Factores daño. Camiones TOTAL C2P C2G C3 C4 C5 >C5 7.563.858 1.653.113 1.477.250 2.256.909 340.002 445.520 1.014.144 1.594.492 16.345.287 Autos. Buses. 0. 1,00. 1,14. 3,44. 3,76. 3,42. 4,40. 4,72. Número de Ejes equivalentes (N) 10 Años. 23.302.138. Número de Ejes equivalente N sector Intercambiador San Miguel - El Korán, calzada sentido El Korán - Villeta Parámetro Volumen vehicular a 10 años Factores daño. Autos. Buses. 5.529.827 1.465.526 0. Camiones TOTAL C2P C2G C3 C4 C5 >C5 767.935 2.421.048 363.450 433.796 1.008.282 2.133.805 14.123.669. 1,00. 1,14. 3,44. Número de Ejes equivalentes (N) 10 Años. Fuente. Helios Consorcio Vial (2011).. 3,76. 3,42. 4,40. 4,72 25.224.779.

(19) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 19. 4. SECTORIZACIÓN EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA Para tener en cuenta el comportamiento de la mezcla asfáltica dentro del diseño estructural del pavimento, se realizó una sectorización del tramo en función de la temperatura media anual, y de la temperatura de trabajo de la mezcla; este parámetro es muy importante en la estimación de los módulos dinámicos de las mezclas asfálticas, el cual a su vez es el principal parámetro en el dimensionamiento de las capas asfálticas. Tabla 2. Sectorización en Función de la Temperatura. Desde. Hasta. Sector Diseño. Frecuencia (Hz). Temperatura Proyecto (°C). Temperatura Referencia (°C). Módulos Estimados (MPa). 6. 27.2. 25. 1388. Variante Guaduas K21+600. K26+500. 1. 6. 29.0. 25. 1235. K26+500. K31+000. 2. 6. 30.5. 25. 1122. K31+000. K74+000. 3. 6. 32.0. 25. 1020. K74+000. K78+000. 4. 6. 33.5. 25. 928. Fuente. Helios Consorcio Vial (2011)..

(20) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 20. 5. DEFINICIÓN DE ALTERNATIVAS DE DISEÑO De acuerdo a los materiales con los que se puede contar durante la construcción, los procesos constructivos, y las condiciones geotécnicas actuantes del tramo, se ha definido dimensionar las alternativas de intervención, con la siguiente configuración: Tabla 3. Estructura de Pavimento para Tramo 2 Capa Rodadura Intermedia Base Asfáltica Base Granular Sub base Granular. K26 +500 al K43+500 Espesor Tipo Tamaño (cm) asfalto máximo 4 3 3/4" 6 2 3/4" 7 2 1" 25 40. -. -. Capa Rodadura Intermedia Base Asfáltica Base Granular Sub base Granular. K43+500 - K51+824 Espesor Tipo Tamaño (cm) asfalto máximo 4 3 3/4" 6 2 3/4" 7 2 1" 25 30. -. -. Fuente. Helios Consorcio Vial (2011). Tabla 4. Estructura para Tramo 3-1 (K51+680 al K75+400) Capa Rodadura Intermedia Base Asfáltica Base Granular. K51+680 al K74+000 Espesor Tipo Tamaño (cm) asfalto máximo 4 3 3/4" 6 2 3/4" 7 2 1" 25 -. Capa Rodadura Intermedia Base Asfáltica Base Granular. K74+000 al K75+400 Espesor Tipo Tamaño (cm) asfalto máximo 4 3 3/4" 6 3 3/4" 7 2 1" 24 -. Fuente. Helios Consorcio Vial (2011). Informe Final Estudio de Pavimentos Tabla 5. Estructura para Tramo 3 -2(K75+400 al K78+737) Capa Rodadura Intermedia Base Asfáltica Base Granular Sub base Granular. K75+400 al K77+100 Espesor Tipo Tamaño (cm) asfalto máximo 4 3 3/4" 6 3 3/4" 7 2 1" 25 25. -. -. Capa Rodadura Intermedia Base Asfáltica Base Granular Sub base Granular. K77+100 al K78+737 Espesor Tipo Tamaño (cm) asfalto máximo 4 3 3/4" 6 3 3/4" 7 2 1" 20 25. -. -. Fuente. Helios Consorcio Vial Helios (2011). Teniendo en cuenta las alternativas anteriores se define emplear los siguientes tipos de mezcla:.

(21) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 21. Tabla 6. Tipos de Mezcla Asfáltica TIPOS DE MEZCLAS Base Asfáltica. MGC-1 MSC-1. Asfalto Tipo II Asfalto Tipo II. Rodadura 1a Capa. MSC-2 MSC-2. Asfalto Tipo II Asfalto Tipo III*. Fuente. Helios Consorcio Vial Helios (2011). 5.1 Estructura de pavimento: espesores y módulos dinámicos de acuerdo con la zona de cada tramo Tabla 7. Estructura de Pavimento: Espesores. Sector de Diseño. Tramo. Abscisas Desde. Hasta. Espesores de Estructura (cm) CA. BG. SBG. Total. Tramo 2. 1. K22+000 K26+500. 14. 30. 35. 79. Tramo 2. 2. K26+500 K43+500. 17. 25. 40. 82. Tramo 2. 3. K43+500 K51+740. 17. 25. 30. 72. Tramo 3. 1. K51+680 K74+000. 17. 25. 30. 72. Tramo 3. 2. K74+000 K75+400. 17. 24. 40. 81. Tramo 3. 3. K75+400 K77+100. 17. 25. 25. 67. Tramo 3. 4. K77+100 K78+000. 17. 20. 25. 62. Fuente. Helios Consorcio Vial Helios (2011). Tabla 8. Estructura de Pavimento: Módulos Dinámicos Tramo. Sector de Diseño. Abscisas Desde. Hasta. Módulos Dinámicos (MPa) CA. BG. SBG. SBR. Tramo 2. 1. K22+000 K26+500. 1.900. 215. 105. 75. Tramo 2. 2. K26+500 K43+500. 1.700. 215. 105. 75. Tramo 2. 3. K43+500 K51+740. 1.500. 215. 105. 100. Tramo 3. 1. K51+680 K74+000. 1.500. 215. 160. 80. Tramo 3. 2. K74+000 K75+400. 1.400. 215. 160. 70*. Tramo 3. 3. K75+400 K77+100. 1.400. 215. 160. 100. Tramo 3. 4. K77+100 K78+000. 1.400. 215. 160. 130. Fuente. Helios Consorcio Vial Helios (2011)..

(22) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 22. 6. ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIÓN Para el proyecto en ejecución se tendrá en cuenta lo estipulado en las “Especificaciones generales de Construcción” vigentes de INVIAS, de acuerdo con lo establecido en el Contrato de Concesión. A continuación se relacionan las normas que se aplicaron para la producción de la mezcla asfáltica: Tabla 9. INV 400.1 (c) Para MGC-1Requisitos de los Agregados Pétreos para Tratamientos, Lechadas y Mezclas Bituminosas Nivel de Transito NT3 INV 400-07 AGREGADOS PETREOS PARA MEZCLAS BITUMINOSAS MGC-1 Agregado Grueso 1 Desgaste máquina de los Ángeles % Base Max. 35 2 Desgaste micro deval % Base Max. 25 Evaluación 10% de Finos (KN) seco Base Mín. 75 3 Evaluación 10% de Finos R. húmedo/seco % Base Mín. 75 Pérdida de Solidez Sulfato de Sodio % Fracción Gruesa Max. 12 4 Pérdida de Solidez Sulfato de Magnesio % Fracción Max. 18 Gruesa Partículas Fracturadas mecánicamente 1 Cara % Base Mín. 60 5 Partículas Fracturadas mecánicamente 2 Cara % 6 Coeficiente de Pulimiento Acelerado 7 Partículas Alargadas y aplanadas (Relación 5:1) % Max. 10 8 Contenido de Impurezas % Max. 0,5 Agregado Fino 9 Pérdida de Solidez Sulfato de Sodio % Max. 12 10 Pérdida de Solidez Sulfato de Magnesio % Max. 18 11 Angularidad Método A % Base Mín. 35 Combinación 12 Equivalente de arena % Mín. 50 Menor13 Azul de metileno 10 igual 14 Resistencia conservada Tracción indirecta % Mín. 80 Fuente. Instituto Nacional de Vías INVIAS (2007)..

(23) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 23. Tabla 10. INV 400.1 (c) Para MCS-2Requisitos de los Agregados Pétreos para Tratamientos, Lechadas y Mezclas Bituminosas Nivel de Transito NT3 INV 400-07 AGREGADOS PÉTREOS PARA MEZCLAS BITUMINOSAS MSC-2. Agregado Grueso 1 Desgaste máquina de los Ángeles % 2 Desgaste micro Deval % Evaluación 10% de Finos (KN) seco 3 Evaluación 10% de Finos R. húmedo/seco % Pérdida de Solidez Sulfato de Sodio % 4 Pérdida de Solidez Sulfato de Magnesio % Partículas Fracturadas mecánicamente 1 Cara % 5 Partículas Fracturadas mecánicamente 2 Cara % 6 Coeficiente de Pulimiento Acelerado 7 Partículas Alargadas y aplanadas (Relación 5:1) % 8 Coeficiente de limpieza superficial 9 Densidad Bulk-SSS-aparente 10 % de Absorción Agregado Fino Pérdida de Solidez Sulfato de Sodio % 11 Pérdida de Solidez Sulfato de Magnesio % 12 Angularidad Método A % 13 Densidad Bulk-SSS-aparente 14 % de Absorción Llenante mineral 15 Peso unitario por sedimentación en Tolueno 16 Concentración Critica 17 Concentración Real Combinación 18 Equivalente de arena % 19 Azul de metileno 20 Granulometría Producto Final 22 Inmersión - Compresión 23 TSR Fuente. Instituto Nacional de Vías INVIAS (2007).. Rodadura Max. Rodadura Max. Rodadura Mín. Rodadura Mín. Max. Max. Rodadura Mín. Rodadura Mín. Rodadura Min. Max. Max. -. 25 20 110 75 12 18 85 70 0,45 10 0,5 -. Max. Max. Rodadura Min. -. 12 18 45 -. g/cm3 Cs > Cv Cs > Cv. 0,5 0,8 -. Mín. Menor-igual Según Tabla 450,2. 50 10. Min. Min.. 75% 80%. -.

(24) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 24. Tabla 11. INV 450.2Franjas Granulométricas para Mezclas Asfálticas en Caliente TAMIZ (mm / U.S. Standard) 37,50 25,00 19,00 12,50 9,50 4,75 2,00 0,425 0,180 0,075 TIPO DE MEZCLA 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No.10 No.40 No.80 No.200 % PASA MDC-1 100 80-95 67-85 60-77 43-59 29-45 14-25 8-17 4-8 Densa MDC-2 100 80-95 70-88 49-65 29-45 14-25 8-17 4-8 MDC-3 100 65-87 43-61 16-29 9-19 5-10 MSC-1 100 80-95 65-80 55-70 40-55 24-38 9-20 6-12 3-7 Semi densa MSC-2 100 80-95 65-80 40-55 24-38 9-20 6-12 3-7 MGC-0 100 75-95 65-85 47-67 40-60 28-46 17-32 7-17 4-11 2-6 Gruesa MGC-1 100 75-95 55-75 40-60 28-46 17-32 7-17 4-11 2-6 Alto Modulo MAM 100 80-95 65-80 55-70 40-55 24-38 10-20 8-14 6-9. Fuente. Instituto Nacional de Vías INVIAS. Artículo 450 Tabla 12. INV 450.4. Criterios de Diseño de la Mezcla Asfáltica en Caliente por el Método Marshall CARACTERÍSTICA. NORMA DE ENSAYO INV. Compactación (golpes/cara) E-748 Estabilidad mínima (kg) E-748 Flujo (mm) E-748 Rodadura E-736 o EVacíos con Aire (Va), % Intermedia 799 Base Mezclas 0 Vacíos de los Mezclas 1 Agregados minerales E-799 Mezclas 2 (VAM), % Mezclas 3 E-799 % de Vacíos llenos de asfalto (VFA) E-799 Relación Llenante 7 Asfalto Efectivo E-745 concentración de llenante, valor máximo. MEZCLAS DENSAS, SEMIDENSAS Y GRUESAS CATEGORÍA DE TRÁNSITO NT1 NT2 NT3. 50 500 2-4 3-5 4-8 ≥ 13 ≥ 14 ≥ 15 ≥ 16 65 - 80. Fuente. Instituto Nacional de Vías INVIAS. Artículo 450. 75 90 75 900 2-4 2 - 3,5 3-5 4-6 4-8 4-7 5-9 5-8 ≥ 13 ≥ 13 ≥ 14 ≥ 14 ≥ 15 ≥ 15 ≥ 16 ≥ 16 65 - 75 65 - 75 0,8 - 1,2 Valor Critico. MEZCLA ALTO MÓDULO. 75 1500 2-3 4-6 ≥ 14 63 - 75 1,2 - 1,4.

(25) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 25. 7. PRODUCCIÓN DE AGREGADOS Y MEZCLA ASFÁLTICA. De acuerdo con las condiciones del proyecto y las fuentes disponibles de explotación se cuenta con los materiales de Rio Negro, del cual se realizaron los ensayos respectivos para establecer el cumplimiento de las especificaciones técnicas para la producción de mezcla asfáltica. En el proyecto se instaló una trituradora secundaria con impactor para procesar el material explotado del rio y requerido en la producción de mezclas asfálticas. De acuerdo con Crespin, Santa Cruz & Torres (2012) la roca es triturada por tres razones: para cambiar la textura superficial de las partículas de lisa a rugosa, para cambiar la forma de la partícula de redonda a angular y para reducir y mejorar la distribución y el rango (gradación) de los tamaños de las partículas. El propósito principal de la trituración, es en el caso de los fragmentos de roca y piedras grandes, es reducir las piedras a un tamaño que sea manejable. Un factor importante en la construcción de pavimentos de buena calidad consiste en mantener granulometrías específicas de agregados. Con esta planta se producen los siguientes materiales: •. Agregado de 1”. •. Agregado de ¾. •. Agregado de ½”. •. Arena de Trituración. •. Arena de trituración lavada..

(26) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 26. Figura 2. Trituradora para la Producción de Material para Mezcla Asfáltica Ubicada en el K62. Fuente. El Autor Figura 3. Trituradora para la Producción de Agregados para Mezclas Asfálticas. Fuente. El Autor.

(27) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 27. El Consorcio Vial Helios posee una planta de asfalto marca ASTEC 10250 de flujo continuo de doble tambor (Uno interior para secado, y el exterior para mezclado del betún o cemento asfáltico). Dicho equipo posee una capacidad de producción de 150 TPH con sistema de regulación para la incorporación de agregado fino (Filler), caseta de mando digital, un silo de almacenamiento con temperatura controlada en capacidad volumétrica de 100 TON, 6 tanques para el resguardo de cemento asfáltico normalizado y modificado con calentamiento por serpentín con recirculación de aceite térmico (4 de 50 TON y 2 de 30 TON respectivamente resguardados en un dique perimetral para control de derrames), una báscula con capacidad de pesaje de 60 TON, un elevador de calientes, 4 tolvas clasificatorias para el material pétreo granular, una caldera y 2 tanques para el almacenamiento de emulsión asfáltica con capacidad de 30.000 galones (Helios Consorcio Vial, 2011). (Véase la Figura 4). Figura 4. Tolvas para Agregados. Fuente. El Autor..

(28) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. Figura 5. Banda Transportadora. Fuente. El Autor. Figura 6. Zona de Descargue. Fuente. El Autor.. 28.

(29) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. Figura 7. Tanques de Almacenamiento de Asfalto. Fuente. El Autor. Figura 8. Planta de Asfalto. Vista General. Fuente. El Autor.. 29.

(30) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 30. 8. DISEÑO MARSHALL Realizando las curvas para la fórmula de trabajo de las diferentes mezclas se hizo necesario incluir un llenante mineral procedente de fuentes externas que consiste en una arena natural proveniente de Rio Purnio y Rio Doña Juana ubicados en el municipio de la Dorada – Caldas. Es importante contar con el filler ya que este actúa como recebo con respecto a los agregados mayores disminuyendo los espacios libres entre sus partículas; esto se traduce en un mejor cerrado de la mezcla sin necesidad de incrementar exageradamente el contenido de cemento asfaltico. El agregado filler o llenante mineral incrementa la resistencia a la deformación (estabilidad) de las mezclas. El filler incrementa la durabilidad de las mezclas. Por una parte al disminuir la porosidad y dificultar la entrada de los agentes agresivos agua y aire. El contenido de llenante mineral está vinculado directamente al contenido de cemento asfaltico. Teniendo los agregados a emplear se procedió a generar las fórmulas de trabajo cumpliendo con las franjas establecidas en las especificaciones y sus respectivas tolerancias y de esta manera realizar los diferentes diseños Marshall por cada tipo de mezcla. A continuación se muestra un ejemplo de diseño Marshall. (Aspahlt Institute, 1973). 8.1 Caracterización de materiales El concreto asfáltico se manufacturará con agregados pétreos provenientes de procesos de trituración industrializada y lavado correspondiente a la fuente aluvial “Río Negro” ubicada en el K51+000 del corredor principal, complementados con una arena natural proveniente de la fuente “El Purnio” o “Doña Juana” El filler ó llenante mineral proviene de la trituración de los agregados pétreos. Paralelamente, se junta un cemento asfáltico modificado Tipo II o III, según sea el caso. (Helios Consorcio Vial, 2011)..

(31) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 31. Granulometrías y Plasticidad. Se emplearon 4 materiales pétreos dosificados de acuerdo con lo requerido en cada franja granulométrica Pesos Específicos y Absorción. Se evaluaron los respectivos pesos específicos bulk, SSS y aparente, así como sus respectivos porcentajes de absorción para cada fracción de material. Peso Unitario por Sedimentación en Tolueno Llenante Mineral Concentración Crítica y Real en Volumen Resistencia Desgaste Máquina de Los Ángeles Resistencia Desgaste Micro-Deval Sanidad ó Solidez de Agregados Limpieza Superficial del Agregado Grueso Caras Fracturadas Índices de Forma (Aplanamiento y Alargamiento) Partículas Planas y Alargadas Relación 5:1 Contenido de Materia Orgánica Equivalente de Arena Gradación Combinada Cuando se es necesario se realiza el Ensayo de Azul de metileno. Coeficiente de Pulimiento Acelerado. 10% Finos Angularidad Agregado Fino Cemento Asfáltico 8.2 Equipo de laboratorio Figura 9. Ensayo de Gradación.. Fuente. El Autor..

(32) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. Figura 10. Ensayo de Equivalente de Arena.. Fuente. El Autor. Figura 11. Equipo para Ensayo de Límites.. Fuente. El Autor. Figura 12. Equipo Ensayo Relación 5:1.. Fuente. El Autor.. 32.

(33) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 33. Figura 13. Equipo para Ensayo Micro Deval.. Fuente. El Autor Figura 14. Equipo para Ensayo Desgaste en Máquina de los Ángeles.. Fuente. El Autor. 8.3 Caracterización cemento asfaltico. En la norma INVIAS/2007, articulo 400-07, se establecen los parámetros de calidad que deben cumplir los cementos asfalticos normalizados o modificados, por lo que es importante realizar el seguimiento cada vez que se recibe en obra:.

(34) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 34. Tabla 13. INV 400.3 Especificaciones del Cemento Asfaltico.. Fuente. Instituto Nacional de Vías INVIAS (2007). Tabla 14. INV 400.4 Especificaciones de Cementos Asfalticos Modificados con Polímeros.. Fuente. Instituto Nacional de Vías INVIAS (2007)..

(35) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 8.4 Equipos empleados para la realización de ensayos en la caracterización de cementos asfálticos Figura 15. Equipo para Ensayo de Ductilidad.. Fuente. El Autor.. 35.

(36) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. Figura 16. Ensayo de Viscosidad. Curva Reológica.. Fuente. El Autor. Figura 17. Ensayo de Anillo y Bola.. Fuente. El Autor.. 36.

(37) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 37. Figura 18. Índice de Película Delgada.. Fuente. El Autor.. 8.5 Ensayos producto final De acuerdo con los requisitos estipulados en el numeral 450.4.2.2. INVÍAS/2007, se emplea la metodología Marshall para el diseño y obtención de la fórmula de trabajo correspondiente a la mezcla asfáltica referenciada con un nivel de tránsito NT3, siendo un hecho real que dicho concreto asfáltico será instalado en el corredor Principal donde se cataloga su nivel de tránsito de diseño como NT3: Granulometría Final y Tolerancias de Trabajo. Densidad Bulk, Estabilidad, Flujo, Vacíos Aire, Vacíos Agregados Minerales, Vacíos Llenos de Asfalto, Relación Estabilidad/Flujo y Relación Llenante/Ligante Efectivo (Instituto Nacional de Vías INVIAS, 2007). Estos resultados se trabajaron con las temperaturas recomendadas por el proveedor de cemento asfáltico en su curva reológica. La temperatura de compactación se ajustara en el momento de la colocación y la definida en laboratorio por el diseñador de la mezcla. GMMRice TSR – Inmersión/Compresión Resistencia a la Deformación Plástica Módulo Dinámico.

(38) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. Figura 19. Prensa Marshall. Fuente. El Autor. Figura 20. Bomba de Vacío. Fuente. El Autor.. 38.

(39) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. Figura 21. Equipo para Compactar Probetas para Deformación Plástica.. Fuente. El Autor. Figura 22. Probetas Luego de Realizar Ensayo de Deformación.. Fuente. El Autor.. 39.

(40) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. Figura 23. Ensayo de deformación.. Fuente. El Autor. Figura 24. Equipo para Realizar Modulo Dinámico.. Fuente. El Autor.. 40.

(41) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 41. 8.6 Soportes diseño Marshall. En el siguiente cuadro se muestran los resultados de cada parámetro de control requerido en un diseño Marshall. Tabla 15. Resultados parámetros de control requerido en un diseño Marshall. CODIGO DISEÑO:. DMA- 30000002-010. TIPO DE MEZCLA:. MEZCLA ASFALTICA MSC-2. FECHA:. 12/05/2013. ESPECIFICACIÓN:. INVIAS ART. 400‐450‐07. SHELL TIPO II MEXPHALTE. CEMENTO ASFALTICO: MATERIAL 1 (M1):. 26. TRITURADO DE 3/4". PROCEDENCIA:. RIO NEGRO. MATERIAL 2 (M2):. 24. TRITURADO DE ½". PROCEDENCIA:. RIO NEGRO. MATERIAL 3 (M3):. 34. ARENA DE TRITURACIÓN. PROCEDENCIA:. RIO NEGRO. 16. ARENA MEZCLADA (Pasa T. 200 ‐ 5,3%). PROCEDENCIA:. 1 RIO NEGRO + 1 DOÑA JUANA. MATERIAL 4 (M4): MATERIAL 5 (M5):. PROCEDENCIA: ESPECIFICACIÓN INV 450-07. VALOR OBTENIDO Asfalto Tipo II. Contenido Optimo de Asfalto %. -. 5.0. Densidad (g/cm3). -. 2.288. Estabilidad (Kg). 900. 1235. 2 - 3,5. 3.1. Vacios con Aire (%). 4-6. 5. Vacíos en Agregados minerales (%). ≥15. 15.4. 65 - 75. 68. R. Estabilidad / Flujo. 300-600. 400. R. Llenante / Ligante. 0,8 - 1,2. 1.10. Temperatura de mezclado (ºC). 154 - 158. 156. Temperatura de Compactación (ºC). 143 - 146. 145. ÍTEM. Flujo (mm). Vacíos Llenos de Asfalto (%). Fuente. El Autor Los Soportes del diseño Marshall MSC-2 Asfalto Tipo II Shell se pueden ver en el Apéndice A..

(42) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 42. 9. MÓDULOS DINÁMICOS Según la norma INV E-754, es el valor absoluto del módulo complejo que define las propiedades elásticas de un material de viscosidad lineal sometido a una carga sinusoidal (E*). Los valores de módulo dinámico se emplean tanto para el diseño de la mezcla asfáltica como para el diseño del espesor de la capa de pavimento asfaltico. El módulo dinámico es la relación de esfuerzo contra deformación bajo condiciones vibratorias (calculado de los datos obtenidos de cualquiera de las pruebas de oscilaciones libres o forzadas, sean de tracción, compresión o flexión). Esta es una de las propiedades de los materiales visco-elásticos. (Instituto Nacional de Vías, 2007).. 9.1 Curva maestra módulos dinámicos La principal propiedad de rigidez, de interés para los materiales asfalticos, es el modulo dinámico, dependiente del tiempo – temperatura (E*). Se sabe que el modulo del concreto asfaltico es función de la temperatura, de la tasa de aplicación de las cargas, de la edad y de las características de la mezcla tales como rigidez del aglomerante, gradación de agregados, contenido de aglomerante y vacíos. Para tomar en cuenta la temperatura y la tasa de aplicación de cargas, se determinara el modulo del concreto asfaltico n todos los niveles de análisis, a partir de una curva maestra construida a una temperatura de referencia de 25°C. (Consejo Nacional del Colegio de Ingenieros del Perú, 2005). Las curvas maestras se construyen usando el principio de superposición tiempo – temperatura. Se selecciona primero una temperatura estándar de referencia, para nuestro proyecto es de 25°C y luego se combinan los datos para diferentes temperaturas con respecto al tiempo, hasta que las curvas converjan en una sola función. La curva maestra del módulo en función del tiempo formada de esta manera, describe la dependencia del material con la temperatura. Resultados de ensayos realizados a briquetas:.

(43) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. Figura 25. Briquetas preparadas en laboratorio para módulos dinámicos.. Fuente. El Autor Figura 26. Resultados ensayos de modulo dinámico MSC-2.. Fuente. El Autor. 43.

(44) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. Figura 27. Ensayo de módulo de rigidez – curva maestra MSC-2.. Fuente. El Autor.. 44.

(45) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 45. Para el uso de la curva maestra, se deberá determinar el parámetro de reducción de la curva maestra (X) en función de la frecuencia requerida (f), temperatura requerida (T) y la temperatura de referencia (Ts) presentada en el formato, de acuerdo a las siguientes expresiones:. X = Parámetro de reducción de la curva maestra = Factor de modificación en función de la temperatura. F = Frecuencia de la prueba en Hz T = Temperatura absoluta de la prueba (T=T°C+273,15) Ts = Temperatura absoluta de referencia (Ts = Ts°C+273,15) De acuerdo con las condiciones requeridas en el proyecto: f. = 2.5 Hz y 8 Hz. T. = 15°. Ts = 25°.

(46) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 46. 10. RESULTADOS DE MÓDULOS DINÁMICOS 10.1 Mezcla MGC-1 asfalto tipo II shell arena doña Juana Tabla 16. Juana.. Resultados de modulo mezcla mgc-1 asfalto Shell tipo II y arena doña Estimación de Módulos para la Sectorización del Proyecto Temp. Temp. Sector Frecuencia Proyecto Referencia Diseño (Hz) (°C) (°C). αT. Hasta. K0+000. K4+200. 1. 6. 29,0. 25. -1,13 1,79 0,66. 1915. K4+200 K17+100. 2. 6. 27,0. 25. -0,57 1,79 1,22. 2333. K17+100 K25+000. 3. 6. 29,0. 25. -1,13 1,79 0,66. 1915. Fuente. El Autor. Figura 28. Curva maestra mgc-1 ref. 25°c arena doña Juana.. Fuente. El Autor. Ln(f). X. Módulos Estimados (MPa). Desde.

(47) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 47. 10.2 Mezcla MGC-1 asfalto tipo II SHELL arena purnio Tabla 17. Resultados de modulo Mezcla MGC-1 asfalto Shell tipo II y arena Purnio. Estimación de Módulos para la Sectorización del Proyecto Temp. Sector Frecuencia Desde Hasta Proyecto Diseño (Hz) (°C). Temp. Referen cia (°C). αT. Ln(f). X. Módulo Módulo s s Asfalto Asfalto Tipo 2 60-70 2806 1204. 21600 26500. 1. 5. 29,0. 25. -1,13. 1,61. 0,48. 26500 31000. 2. 5. 30,5. 25. -1,54. 1,61. 0,07. 2377. 1050. 31000 72000. 3. 5. 32,0. 25. -1,95. 1,61. -0,34. 1973. 917. 72000 78000. 4. 5. 33,5. 25. -2,36. 1,61. -0,75. 1604. 802. Fuente. El Autor. Figura 29. Curva maestra MGC-1 ref. 25°C arena Purnio.. Fuente. El Autor..

(48) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 48. 10.3 Mezcla MGC-1 asfalto normalizado 60/70 SHELL arena purnio Tabla 18. Resultados de modulo mezcla MGC-1 Asfalto Shell 60/70 y arena Purnio Estimación de Módulos para la Sectorización del Proyecto Desde. Hasta. Sector Diseño. Frecuen cia (Hz). Temp. Proyecto (°C). Temp. Referencia (°C). αT. 21600. 26500. 1. 5. 29,0. 25. -1,13. 26500. 31000. 2. 5. 30,5. 25. 31000. 72000. 3. 5. 32,0. 25. 72000. 78000. 4. 5. 33,5. 25. Ln( f). X. 1,6 0,48 1 1,6 -1,54 0,07 1 1,6 -1,95 -0,34 1 1,6 -2,36 -0,75 1. Módulos Asfalto Tipo 2. Módulos Asfalto 60-70. 2806. 1204. 2377. 1050. 1973. 917. 1604. 802. Fuente. El Autor. Figura 30. Curva maestra MGC-1 ref. 25°C asfalto 60/70 - arena Purnio.. Fuente. El Autor..

(49) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 49. 10.4 Mezcla MSC-1 asfalto tipo II Humberto Quintero arena doña Juana Tabla 19. Resultados de modulo mezcla MSC-1 asfalto HQ tipo II y arena doña Juana. Estimación de Módulos para la Sectorización del Proyecto Temp. Temp. Sector Frecuencia Desde Hasta Proyecto Referencia αT Ln(f) X Diseño (Hz) (°C) (°C) Variante Guaduas 6 27,2 25 -0,62 1,79 1,17 21600 26500 1 6 29,0 25 -1,13 1,79 0,66 26500 31000 2 6 30,5 25 -1,54 1,79 0,25 31000 72000 3 6 32,0 25 -1,95 1,79 -0,16 72000 78000 4 6 33,5 25 -2,36 1,79 -0,57. Módulos Estimados (MPa) 2781 2373 2082 1830 1610. Fuente. El Autor. Figura 31. Curva maestra MGC-1 ref. 25°C Asfalto HQ tipo II y arena doña Juana. Fuente. El Autor..

(50) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 50. 10.5 Mezcla MSC-1 asfalto tipo II Elvaloy (CVH) arena doña Juana Tabla 20. Resultados de modulo mezcla MSC-1 asfalto HQ tipo II Elvaloy (CVH) y arena doña Juana. Estimación de Módulos para la Sectorización del Proyecto Temp. Temp. Sector Frecuencia Proyecto Referencia αT Ln(f) Diseño (Hz) (°C) (°C) Variante Guaduas 6 27,2 25 -0,62 1,79 21600 26500 1 6 29,0 25 -1,13 1,79 26500 31000 2 6 30,5 25 -1,54 1,79 31000 72000 3 6 32,0 25 -1,95 1,79 72000 78000 4 6 33,5 25 -2,36 1,79 Desde. Hasta. Módulos Estimados (MPa) 1,17 1693 0,66 1459 0,25 1292 -0,16 1145 -0,57 1015 X. Fuente. El Autor. Figura 32. Curva maestra MSC-1 ref. 25°C Asfalto HQ tipo II elvaloy (CVH) y arena doña Juana.. Fuente. El Autor..

(51) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 51. 10.6 Mezcla MSC-2 asfalto tipo II Shell arena doña Juana Tabla 21. Resultados de modulo mezcla MSC-2 asfalto HQ tipo II y arena doña Juana. Estimación de Módulos para la Sectorización del Proyecto Temp. Temp. Módulos Sector Frecuencia Desde Hasta Proyecto Referencia αT Ln(f) X Estimados Diseño (Hz) (°C) (°C) (MPa) Variante Guaduas 6 27,2 25 -0,62 1,79 1,17 2459 21600 26500 1 6 29,0 25 -1,13 1,79 0,66 2089 26500 31000 2 6 30,5 25 -1,54 1,79 0,25 1821 31000 72000 3 6 32,0 25 -1,95 1,79 -0,16 1589 72000 78000 4 6 33,5 25 -2,36 1,79 -0,57 1392. Fuente. El Autor. Figura 33. Curva maestra MSC-1 ref. 25°C Asfalto HQ tipo II y arena doña Juana. Fuente. El Autor..

(52) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 52. 10.7 Mezcla MSC-2 asfalto tipo II MPI arena doña Juana Tabla 22. Resultados de modulo mezcla MSC-2 Asfalto MPI tipo II y arena doña Juana. Estimación de Módulos para la Sectorización del Proyecto Temp. Temp. Sector Frecuencia Desde Hasta Proyecto Referencia αT Ln(f) X Diseño (Hz) (°C) (°C) Variante Guaduas 6 27,2 25 -0,62 1,79 1,17. Módulos Estimados (MPa) 1388. 21600. 26500. 1. 6. 29,0. 25. -1,13. 1,79. 0,66. 1235. 26500. 31000. 2. 6. 30,5. 25. -1,54. 1,79. 0,25. 1122. 31000. 72000. 3. 6. 32,0. 25. -1,95. 1,79. -0,16. 1020. 72000. 78000. 4. 6. 33,5. 25. -2,36. 1,79. -0,57. 928. Fuente. El Autor. Figura 34. Curva maestra MSC-2 ref. 25°C Asfalto MPI tipo II y arena doña Juana. Fuente. El Autor.

(53) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 53. 10.8 Mezcla 9.8 MMSC-2 asfalto tipo III arena Purnio Tabla 23. Resultados de modulo mezcla MSC-2 Asfalto tipo III y arena Purnio. Estimación de Módulos para la Sectorización del Proyecto Temp. Temp. Sector Frecuencia Proyecto Referencia Ln(f) X αT Diseño (Hz) (°C) (°C) 1 6 29,0 25 -1,13 1,79 0,66. Módulos Estimados (MPa) 1710. Desde. Hasta. 21600. 26500. 26500. 31000. 2. 6. 30,5. 25. -1,54. 1,79. 0,25. 1432. 31000. 72000. 3. 6. 32,0. 25. -1,95. 1,79. -0,16. 1201. 72000. 78000. 4. 6. 33,5. 25. -2,36. 1,79. -0,57. 1010. Fuente. El Autor Figura 35. Curva maestra MSC-2 ref. 25°C Asfalto Tipo III y arena Purnio.. Fuente. El Autor..

(54) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 54. 10.9 Mezcla MSC-2 asfalto tipo III arena doña Juana Tabla 24. Resultados de modulo mezcla MSC-2 Asfalto tipo III y arena doña Juana. Estimación de Módulos para la Sectorización del Proyecto Temp. Temp. Sector Frecuencia Desde Hasta Proyecto Referencia αT Ln(f) X Diseño (Hz) (°C) (°C) Variante Guaduas 6 27,2 25 -0,62 1,79 1,17. Módulos Estimados (MPa) 2819. 21600. 26500. 1. 6. 29,0. 25. -1,13 1,79. 0,66. 2382. 26500. 31000. 2. 6. 30,5. 25. -1,54 1,79. 0,25. 2052. 31000. 72000. 3. 6. 32,0. 25. -1,95 1,79. -0,16. 1753. 72000. 78000. 4. 6. 33,5. 25. -2,36 1,79. -0,57. 1484. Fuente. El Autor. Figura 36. Curva maestra MSC-2 ref. 25°C Asfalto Tipo III y arena doña Juana.. Fuente. El Autor..

(55) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 55. 11. CONCLUSIONES Para definir la fórmula de trabajo en cada tipo de mezcla asfáltica con los agregados provenientes de la fuente Rio Negro y producido por el consorcio se hizo necesario incorporar una arena limpia de rio (Purnio y Doña Juana), de manera que nos mejorara el parámetro de equivalente de arena y el porcentaje de pasa tamiz 200. De acuerdo con las condiciones de diseño evaluadas para la estructura de pavimento y de acuerdo a la sectorización por temperatura, se define utilizar las siguientes mezclas como lo indica la Tabla 3, 4 y 5. Base asfáltica: Tramo 2 y tramo 3 MGC-1 con asfalto tipo II Rodadura 1a capa: Tramo 2 MSC-2 con asfalto tipo II y Tramo 3 MSC-2 con asfalto Tipo III, comprendido entre las abscisas K74+000 al K78+737 Rodadura 2a capa: Para tramo 2 y tramo 3 MSC-2 con asfalto tipo II. Al emplear la mezcla gruesa en caliente 1 con asfalto Tipo II, se evidencio en el proceso constructivo se dificultaba para su extensión debido a la densidad de lamezcla, adicionalmente se observó una mezcla muy abierta lo cual nos generaba inconvenientes al quedar expuesta a los agente climáticos, por lo que se optó por cambiar a una mezcla semi densa 1 con asfalto Tipo II. En el proceso de producción de las mezclas asfálticas con asfaltos modificados con polímeros, se presentaron valores por fuera de especificación en el flujo, por lo que fue necesario crear una especificación particular para el proyecto y así poder aceptada y aprobada por la interventoría del proyecto. Con los espesores de mezcla asfáltica propuestos en el diseño y los tipos de mezcla instalados se realizó verificación de módulos dinámicos sobre núcleos tomados en mezcla instalada, lo que confirmo el cumplimiento de la capacidad estructural y vida útil de la vía. Los resultados de módulos dinámicos para la mezcla MSC-2 con asfalto Humberto Quintero fueron favorables con respecto a los demás asfaltos, producidos, cumplen con lo establecido en los diseños respectivos. La mezcla MSC-2 con asfalto Tipo III, solo se empleó para el sector comprendido entre el K75 al K78, debido a su temperatura ambiente que se encuentra.

(56) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 56. alrededor de 34°, teniendo un gradiente y una temperatura de trabajo bastante alta, al emplear el asfalto modificado tipo III, disminuimos el riesgo de fisuración por esta razón..

(57) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 57. 12. GLOSARIO Asfalto: Es un material viscoso, pegajoso y de color negro, usado como aglomerante en mezclas asfálticas para la construcción de carreteras. Como el asfalto es un material altamente impermeable, adherente y cohesivo, capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo la acción de cargas permanentes, presenta las propiedades ideales para la construcción de pavimentos. Asfalto modificado: Los asfaltos modificados con polímeros nacen de la necesidad de mejorar la resistencia ante la acción conjunta del tránsito y del clima. Al emplear ligantes modificados presentan mejores propiedades reologicas, un mayor grado de adherencia, mayor resistencia al envejecimiento y menor susceptibilidad térmica. Polímeros: Son sustancias macromoleculares naturales o sintéticas, es un compuesto con un elevado peso molecular, cuya estructura se representa por la repetición de pequeñas unidades. Diseño de mezcla: La práctica de diseño de mezclas asfálticas ha utilizado diferentes métodos para establecer un diseño óptimo en laboratorio; los comúnmente más utilizados son el método Marshall y el Hveem, siendo el Marshall el más común en la práctica. Módulos dinámicos: Es el valor absoluto del módulo complejo que define las propiedades elásticas de un material de viscosidad lineal sometido a una carga sinusoidal (E*). Los valores de módulo dinámico se emplean tanto para el diseño de la mezcla asfáltica como para el diseño del espesor de la capa de pavimento asfaltico. El módulo dinámico es la relación de esfuerzo contra deformación bajo condiciones vibratorias (calculado de los datos obtenidos de cualquiera de las pruebas de oscilaciones libres o forzadas, sean de tracción, compresión o flexión). Esta es una de las propiedades de los materiales viscoelásticos..

(58) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 58. Ahuellamiento: Es una depresión longitudinal de la superficie en correspondencia con la zona transitada por las ruedas. En algunos casos puede ocurrir un levantamiento del asfalto a ambos lados de la huella. Los ahuellamientos poco severos se notan durante una lluvia donde estas hendiduras son ocupadas por el agua. Deformación plástica: Es la resistencia a la deformación de una mezcla asfáltica, el ensayo consisten en someter una probeta de la mezcla asfáltica al paso alternativo de una rueda en condiciones determinadas de presión y temperatura, midiéndose periódicamente la profundidad de la deformación producida. Diseño estructural de un pavimento: Comienza con la previsión de los tipos y volúmenes de vehículos que pasarán sobre éste durante su vida útil. Se eligen los materiales que formarán el pavimento y finalmente se determinan los espesores de cada una de las capas que forman el paquete estructural que soportará las cargas previstas sin que se produzcan fallas. Se puede definir la capacidad estructural como la capacidad del pavimento para soportar las cargas de tránsito durante el período de vida útil. La capacidad estructural puede ser conocida mediante ensayos no destructivos (NDT=non destructive tests). La ventaja de usar los NDT es que se pueden determinar deficiencias estructurales aún antes de que las mismas sean visibles..

(59) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 59. REFERENCIAS Agnusdei , A., & Iosco, O. (1999). Durabilidad de Mezclas Asfáltica Preparadas con Ligante Modificados con Polímeros. Buenos Aires: Comisión de Investigaciones Científicas Lemit. Arenas Lozano, H. L. (2006). Tecnología del cemento Asfaltico (5 ed.). Guayaquil: Fundación Para Actividades de Investigación y Desarrollo. Asphalt Institute. (1992). Principios de Construcción de pavimentos de mezcla asfáltica en caliente. Serie de Manuales No. 22. Los Angeles: Asphalt Institute. Bocco, Z. (2000). Mezclas Asfálticas y Áridos Triturados (Tesis de Grado). Bogotá: Universidad Católica de Colombia. Facultad de Ingeniería Civil. Consejo Nacional del Colegio de Ingenieros del Perú. (2005). La Nueva Guía para el Diseñoempirico - mecanistico de pavimentos . Recuperado el 20 de Febrero de 2014, de Scribd: http://es.scribd.com/doc/60656789/Metodo-Directo-SHELL Corasfaltos. (2010). Revista de Asfaltos y Pavimentos . Recuperado el 25 de Enero de 2014, de www.corasfaltos.com> Crespín M., R. A., Santa Cruz J., I. E., & Torres L., P. A. (2012). Aplicación del método Marshall y Granulometría superpave en el Diseño de mezclas asfálticas en Caliente con asfalto clasificación Grado de desempeño (Tesis de Grado). San Salvador: Universidad de El Salvador. Helios Consorcio Vial. (2011). Informe diseño de pavimentos del tramo 2. Ruta del Sol, Tramo Villeta – Guadero – Koran. . Bogotá: Helios Consorcio Vial. Institute Aspahlt. (1973). Manual del asfalto. Bilbao: Urmo. Instituto de la Construcción y la Gerencia. (2008). Guía para el Diseño Empirico mecanistico de pavimentos. Bogotá: Instituto de la Construcción y la Gerencia. Instituto Nacional de Vías INVIAS. (2007). Artículo 400 - 07 . Disposiciones generales para la ejecución de riegos de Imprimación, liga y curado, tratamientos superficiales, sellos de . Bogotá: INVIAS. Instituto Nacional de Vías INVIAS. (2007). Artículo 450 - 07 Mezclas Asfálticas en Caliente (concreto asfáltico y mezcla de alto módulo) . Bogotá: INVIAS..

(60) ALTERNATIVAS PARA LA RUTA DEL SOL TRAMO I. 60. Montejo Fonseca, A. (2002). Ingeniería de Pavimentos (3 ed.). Bogotá: Universidad Católica de Colombia. Universidad del Cauca. (2003). Memorias. XIV Simposio Colombiano Sobre Ingeniería De Pavimentos. Popayan, Colombia: Universidad del Cauca..

(61) Apéndice A. Diseño Marshall MSC-2 Asfalto tipo II Shell..

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