A. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN CON RESPECTO A LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
Como ya se puedo ver en los resultados del ensayo de inmersión compresión, las muestras sometidas a condiciones del grupo 1 con INMERSION EN BAÑO MARIA A 25° C POR 24H y grupo 2 INMERSION EN BAÑO MARIA A 60° C POR 24H se puedo observar alteraciones.
Normalmente después de obtener el % óptimo de asfalto del Marshall, se verifica con el ensayo de EFECTO DEL AGUA EN LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE MEZCLAS BITUMINOSAS COMPACTADAS MTC E 518, donde se verifica que los valores de la resistencia a la compresión sea min 2.1 Mpa y que la resistencia retenida sea min 75%. Si la muestra elaborada con el óptimo % de asfalto determinado por el método Marshall cumple, entonces validamos el diseño.
En nuestra investigación hemos ampliado el rango, no limitándonos solo al % óptimo si no realizando el ensayo para todas las briquetas desde 4% a 6% de contenido de asfalto y ver como la resistencia a la compresión de muestras en Mpa varía para cada uno de estos %. Por tal se obtuvieron los siguientes resultados.
% de asfalto en la briqueta
PROMEDIO GRUPO 1(INMERSION EN
BAÑO MARIA A 25° C POR 24H) Mpa
PROMEDIO GRUPO 2 (INMERSION EN BAÑO MARIA A 60° C POR 24H)
Mpa
Inmersión – Compresión (MTC E 518) 1. Resistencia a la compresión Mpa mín.
4.00% 1.899 1.242 2.100
4.50% 2.031 1.412 2.100
5.00% 2.201 1.696 2.100
5.50% 2.512 2.045 2.100
6.00% 1.895 1.582 2.100
Se puede observar que a medida que el que el porcentaje asfalto se incrementa también incrementa la resistencia la compresión tanto para el grupo 1 (INMERSION EN BAÑO MARIA A 25° C POR 24H) como para el grupo 2 (INMERSION EN BAÑO MARIA A 60°
C POR 24H) hasta un valor 5.5 % y luego experimenta un descenso para 6% de asfalto, curva similar obtenida para la estabilidad de Marshall.
figura 59: Grafica resumen con ajuste de regresión estadística para los datos promedio de resistencia a la compresión en Mpa y resistencia retenida en % para grupo 1 y grupo 2
Según el grafico resumen se puede ver que solo cumplen con el mínimo las mezclas que se encuentran en el rango de 4.6% % a 5.90%, en nuestro caso el óptimo del Marshall se encuentra dentro del rango aprobado.
También se hace el análisis de regresión estadística de la curva de resistencia a la compresión grupo 1 (INMERSION EN BAÑO MARIA A 25° C POR 24H), obteniéndose que la curva que mejor se ajusta es una polinómica de tercer grado, obteniendo la siguiente ecuación:
y = -644944x3 + 92865x2 - 4385.2x + 70.015
1.899 2.031
2.201
2.512
1.895
1.242
1.412
1.696
2.045
1.582 y = -644944x3+ 92865x2- 4385.2x + 70.015
R² = 0.9266
y = -617191x3+ 89143x2- 4206.6x + 66.389 R² = 0.9736
0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000
3.50% 4.00% 4.50% 5.00% 5.50% 6.00% 6.50%
Resistencia a la compresion Mpa
% de asfalto
RESISTENCIA A LA COMPRESION (MPA)
PROMEDIO GRUPO
1(INMERSION EN BAÑO MARIA A 25° C POR 24H) Mpa PROMEDIO GRUPO 2 (INMERSION EN BAÑO MARIA A 60° C POR 24H) Mpa Resistencia a la compresión Mpa mín.
Polinómica (PROMEDIO GRUPO 1(INMERSION EN BAÑO MARIA A 25° C POR 24H) Mpa)
Polinómica (PROMEDIO GRUPO 2 (INMERSION EN BAÑO MARIA A 60° C POR 24H) Mpa)
Lineal (Resistencia a la compresión Mpa mín.)
Que nos da un valor de correlación de R² = 0.9622, que se considera una alta correlación.
Del grupo 2 (INMERSION EN BAÑO MARIA A 60° C POR 24H). Obteniéndose que la curva que mejor se ajusta sea una polinómica de tercer grado, obteniendo la siguiente ecuación:
y = -617191x3 + 89143x2 - 4206.6x + 66.389
Que nos da un valor de correlación de R² = 0.9736, que se considera una alta correlación.
Al realizar la discusión del análisis de la resistencia a la compresión del ensayo de inmersión compresión y la investigación referencial de Figueroa Infante (2015) en su tesis titulada:
“Investigación sobre el efecto del agua en el asfalto y su impacto en la mezcla asfáltica”, menciona lo siguiente: “en las mezclas asfálticas el agua actúa sobre cada uno de sus componentes, es necesario estudiar no sólo su incidencia en los agregados, en la interfaz agregado-ligante y en el “mastic”, sino también, en el ligante asfáltico” (p.6)., se dice lo siguiente:
En el ensayo de inmersión compresión, al realizar el análisis de la resistencia a la compresión para obtener los resultados, se toma los datos que nos dan las pruebas de laboratorio después de roturar las briquetas, analizamos el diseño de mezcla asfáltica en caliente en las briquetas, lo cual incluye de manera general para sus componentes, en la investigación realizada por Figueroa Infante (2015) analiza parcialmente cada componente y pone más énfasis en el efecto del agua sobre el ligante asfaltico y llega a concluir que el asfalto si se ve afectado en sus propiedades físicas, químicas y mecánicas, de lo cual basado en el análisis de resultados con respecto a la resistencia a la compresión del ensayo de inmersión compresión y al haber expuesto que el efecto del agua en la carpeta asfáltica disminuye las propiedades de adhesión y cohesión entre los agregados y el ligante asfaltico, afirmamos que los resultados obtenidos
para la resistencia a la compresión mejoran las propiedades de la carpeta asfáltica y así mejoran su desempeño frente a precipitaciones.
B. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN CON RESPECTO A LA RESISTENCIA CONSERVADA
Respecto a la resistencia conservada se ha podido observar que esta aumenta a medida que él % de asfalto aumenta. En porcentaje bajos de contenido de asfalto la resistencia retenida no cumple con la mínima requerida, los % de 4.00% con 65.37%, 4.5% con 69.54%, no cumplen, mientras que a partir de 5.00% con 77.06%, 5.50% con 81.41% y 6.00% con 83.485 cumplen con el mínimo de 75 %.
% de asfalto en la briqueta
ÍNDICE DE RESISTENCIA CONSERVADA (%)
Inmersión – Compresión (MTC E 518) Resistencia
retenida % (mín.)
4.00% 65.37% 75.00%
4.50% 69.54% 75.00%
5.00% 77.06% 75.00%
5.50% 81.41% 75.00%
6.00% 83.48% 75.00%
65.37% 69.54% 77.06% 81.41% 83.48%
y = -210.21x2+ 30.642x - 0.2424 R² = 0.9835
50.00%
55.00%
60.00%
65.00%
70.00%
75.00%
80.00%
85.00%
90.00%
95.00%
100.00%
3.50% 4.00% 4.50% 5.00% 5.50% 6.00% 6.50%
Indice de resistencia conservada en %
% de asfalto
ÍNDICE DE RESISTENCIA CONSERVADA (%)
También se hace el análisis de regresión estadística de la curva de resistencia conservada, obteniéndose que la curva que mejor se ajusta es una polinómica de segundo grado, obteniendo a la siguiente ecuación:
y = -210.21x2 + 30.642x - 0.2424
Que nos da un valor de correlación de R² = 0.9835, que se considera una alta correlación.
Al realizar la discusión del análisis de la resistencia conservada del ensayo de inmersión compresión y la investigación referencial de Figueroa Infante (2015), se dice lo siguiente:
En el ensayo de inmersión compresión, al realizar el análisis de la resistencia conservada para obtener los resultados, se toma los datos que nos dan las pruebas de laboratorio después de roturar las briquetas, analizamos el diseño de mezcla asfáltica en caliente en las briquetas, lo cual incluye de manera general para sus componentes, en la investigación realizada por Figueroa Infante (2015) analiza parcialmente cada componente y pone más énfasis en el efecto del agua sobre el ligante asfaltico y llega a concluir que el asfalto si se ve afectado en sus propiedades físicas, químicas y mecánicas, de lo cual basado en el análisis de resultados con respecto a la resistencia conservada del ensayo de inmersión compresión y al haber expuesto que el efecto del agua en la carpeta asfáltica disminuye las propiedades de adhesión y cohesión entre los agregados y el ligante asfaltico, afirmamos que los resultados obtenidos para la resistencia conservada mejoran las propiedades de la carpeta asfáltica y así mejoran su desempeño frente a precipitaciones.
C. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN PARA LOS ENSAYOS DE MARSHALL E INMERSIÓN COMPRESIÓN
En la primera etapa de la investigación se realizó el diseño de mezclas, con el método de Marshall, método tradicional y legalmente reconocido con el ministerio de transportes MTC, con el propósito de determinar el óptimo contenido de asfalto. Obteniendo un % óptimo de 5.10 %, este valor cumple con el mínimo establecido en la norma de 815 kg. Y tiene una fluencia dentro de los rangos 2 - 4 mm y además se verifica para cada parámetro indicado por el método en la tabla adjunta.
El diseño de mezcla de agregado que cumple con el uso granulométrico de MAC 2 seria:
Piedra chancada de ½” 35%
Arena zarandeada 38%
Arena chancada 25%
Filler 2%
1 Cemento Asfáltico en peso de la mezcla und 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 2 Agregado Grueso en peso de la mezcla % 33.6% 33.4% 33.3% 33.1% 32.9%
3 Agregado Fino 01 en peso de la mezcla % 60.48% 60.17% 59.85% 59.54% 59.2%
4 Altura Promedio (mm) 62.53 64.00 62.69 63.13 63.13
5 Peso específico bulk del Espécimen (g / cm3) 2.292 2.314 2.321 2.328 2.333
6 Vacíos % 6.5 5.2 4.5 3.8 2.8
7 VMA % 15.1 14.7 14.8 15.1 15.4
8 Vacíos Llenados con C.A. % 57.4 64.9 69.7 74.8 81.8
9 Flujo (mm) 2.4 2.6 3.0 3.3 3.6
10 Estabilidad Corregida (Kg) 846.9 1154.6 1398.1 1294.7 946.4
figura 61: grafica del cuadro resumen podemos ver que los valores se verifican también para % de asfalto +/- 0.2 del óptimo. (4.9% - 5.3%)
1 Cemento Asfáltico de Diseño (en peso de la
mezcla) und 4.9 5.1 5.3
Especificacion es Técnicas 2 Agregado Grueso en peso de la mezcla ( % ) 35.00 35.00 35.00 3 Agregado Fino 01 en peso de la mezcla ( % ) 63.00 63.00 63.00 4 Peso específico bulk del Espécimen (g /
cm3) 2.320 2.324 2.328 Máximo
5 Vacíos ( % ) 4.6 4.3 3.9 3.00 - 5.00
6 VMA ( % ) 14.77 14.88 15.00 Mínimo 14
7 Vacíos Llenados con C.A. ( % ) 69.0 71.5 73.0 65 - 78
8 Flujo (mm) 2.90 3.00 3.10 2.03 - 4.06
9 Estabilidad Corregida (Kg) 1350.
0 1375.
0 1345.
0 Mínimo 815 1
0 Relación Estabilidad / Fluencia (kg/cm.
) 3868 3676 3401.
2 Min 1700
De acuerdo a Marshall el % óptimo de cemento asfaltico en la mezcla seria de 5.10%. Sin embargo, creemos que la verificación de la compresión con testigos alterados podría arrojar un valor más realista sobre el diseño de mezclas asfálticas en caliente construidos en lugares con presencia altas precipitaciones. Ya que en lugares que se presencia este fenómeno es necesario tomar otras medidas como pudimos ver en los resultados los óptimos contenidos de asfalto obtenidos con los dos ensayos difieren y nos ayuda a tomar una mejor decisión para un mejor desempeño del pavimento. Esto se ve en la segunda parte del análisis.
450.0 550.0 650.0 750.0 850.0 950.0 1050.0 1150.0 1250.0 1350.0 1450.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
Estabilidad (Kg.)
Cemento Asfáltico (%) Estabilidad ( Kg.)
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
Flujo (mm.)
Cemento Asfáltico (%) Flujo (mm)
Al realizar la discusión del análisis de relación entre el ensayo de Inmersión compresión y el ensayo de Marshall, se dice lo siguiente:
Con los resultados obtenidos con ambos métodos se pretende relacionar y elegir un porcentaje óptimo que cumpla con los requerimientos de ambos ensayos estandarizados.
Para efectos de la descripción grafica usaremos ESTABILIDAD (kg) y FLUENCIA (mm) para el método Marshall y RESISTENCIA A LA COMPRESION (Mpa) y RESISTENCIA RETENIDA (%). Como sabemos el óptimo contenido de asfalto es 5.1%, este porcentaje cumple con todos los requisitos.
450.0 550.0 650.0 750.0 850.0 950.0 1050.0 1150.0 1250.0 1350.0 1450.0 1550.0
3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
Estabilidad (Kg.)
Cemento Asfáltico (%)
Estabilidad ( Kg.)
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
Flujo (mm.)
Cemento Asfáltico (%) Flujo (mm)
Emin= 815 kg
F max= 4 mm
F min = 2 mm
Ens ay o M ars ha ll Ens ay o M ars ha ll
5.10% optimo
segun Marshall
En el caso del ensayo de inmersión - compresión el porcentaje que da el valor más alto de resistencia a la compresión es 5.50 %, con una resistencia retenida mayor al 75%, pues mayor al 5.50% sufre un descenso en la resistencia sin embargo la resistencia conservada sigue aumentando.
figura 63: Grafica del % de asfalto optimo recomendado por el ensayo de inmersión compresión 5.50%
4.80% 5.80%
1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400 2.600 2.800 3.000
3.5% 4.0% 4.5% 5.0% 5.5% 6.0% 6.5%
Resistencia a la compresion Mpa
Resistencia a la compresión Mpa
50.00%
55.00%
60.00%
65.00%
70.00%
75.00%
80.00%
85.00%
90.00%
3.50% 4.00% 4.50% 5.00% 5.50% 6.00% 6.50%
Resistencia Conservada (%)
Indice de Resistencia conservada (%)
R min = 2.1 Mpa
RR min = 75 %
Ensayo inmersion -compresionEnsayo inmersion -compresion
5.50% optimo
segun inmersion
compresión
Además, podemos ver que los porcentajes que cumplen con los requisitos son desde 4.80 a 5.80 % de asfalto en la mezcla, sin embargo, el porcentaje elegido debe de cumplir con ambas especificaciones. Como se puede ver en el grafico general un porcentaje de 5.10%
tiene una resistencia conservada de 76.5% que apenas cumple con el mínimo de 75, y una resistencia la compresión de 2.35 Mpa ligeramente mayor al 2.10 Mpa mínimo especificado.
figura 64: Comparativa de los 2 valores recomendadas con los contrastes en estabilidad, fluencia de Marshall y resistencia la compresión y resistencia retenida de inmersión compresión.
450.0 550.0 650.0 750.0 850.0 950.0 1050.0 1150.0 1250.0 1350.0 1450.0 1550.0
3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
Estabilidad (Kg.)
Cemento Asfáltico (%) Estabilidad ( Kg.)
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
Flujo (mm.)
Cemento Asfáltico (%) Flujo (mm)
1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400 2.600 2.800 3.000
3.5% 4.0% 4.5% 5.0% 5.5% 6.0% 6.5%
Resistencia a la compresion Mpa
Resistencia a la compresión Mpa
50.00%
55.00%
60.00%
65.00%
70.00%
75.00%
80.00%
85.00%
90.00%
3.50% 4.00% 4.50% 5.00% 5.50% 6.00% 6.50%
Resistencia Conservada (%)
Indice de Resistencia conservada (%)
Emin= 815 kg
F max= 4 mm
F min = 2 mm
R min = 2.1 Mpa
RR min = 75 %
Ens ay o M ars ha ll Ens ay o M ars ha ll
Ensayo inmersion -compresionEnsayo inmersion -compresion 5.10%optimosegun Marshall
5.50% optimo segun inmersion compresión
En tal sentido a pesar que el ensayo de Marshall indica que el porcentaje óptimo de asfalto es 5.10 %, el ensayo de inmersión compresión que evalúa el efecto del agua en la resistencia de la carpeta asfáltica indica que un porcentaje 5.50% tiene un mejor comportamiento ante la presencia de agua.
Ensayo
% Optimo
asfalto
Estabilidad (kg)
Fluencia (mm)
Resistencia a la compresión
(Mpa)
Índice de resistencia conservada
(%) muestra mínimo muestra rango muestr
a
mínim o
muestr a
mínim o Ensayo de
Marshall 5.10% 1375 815 3.00 2.00 -
4.00 2.30 2.10 77.00
%
75.00
%
Inmersión –
compresión 5.50% 1275 815 3.30 2.00 -
4.00 2.45 2.10 81.41
%
75.00
%
Como se puede ver en el cuadro resumen ambos porcentajes cumplen los valores básicos de ensayo de Marshall e inmersión – compresión, ahora verificaremos el cumplimiento de 5.5%
con todos los parámetros de Marshall.
1 Cemento Asfáltico de Diseño (en peso de la mezcla) und 5.5% Especificaciones Técnicas 2 Agregado Grueso en peso de la mezcla ( % ) 35.00 3 Agregado Fino 01 en peso de la mezcla ( % ) 38.00
4 Agregado Fino 02 en peso de la mezcla % 25.00
4 Altura Promedio (mm)
4 Peso específico bulk del Espécimen (g / cm3) 2.330 Máximo
5 Vacíos ( % ) 3.7 3.00 - 5.00
6 VMA ( % ) 15.15 Mínimo 14
7 Vacíos Llenados con C.A. ( % ) 75.0 65 - 78
8 Flujo (mm) 3.30 2.0 - 4.0
9 Estabilidad Corregida (Kg) 1275.0 Mínimo 815
10 Relación Estabilidad / Fluencia (kg/cm.) 3750
Se puede verificar que el porcentaje propuesto de 5.5 % cumple con todos los parámetros de Marshall, así como 5.10% propuesto inicialmente por el método Marshall que como ya dijimos el propósito de la investigación es mejorar la propuesta teniendo en cuenta las condiciones locales a la cual estará sometida la carpeta asfáltica, por tal 5.50% tiene un mejor comportamiento que el propuesto por Marshall para carpetas asfálticas sometidos a la presencia de agua por causa de lluvias intensas, que es la característica de los pavimentos de la región centro. Sobre todo, en los meses de enero a marzo.
También se puede decir por la observación echa en el desarrollo de los experimentos, que la exposición al agua disminuye drástica la resistencia la estabilidad y a la compresión en ambos ensayos, pero que en el ensayo de inmersión - compresión se puede evidenciar con más intensidad, debido a que los testigos pasan más horas sometidos a esta condición.
Probablemente se afectan propiedades como la adherencia entre el asfalto y el agregado, pues el agua según las investigaciones revisadas produce una retracción del asfalto que causa desprendimiento sin embargo la presente investigación se centró principalmente en las propiedades de resistencia a la aplicación de cargas.
Cabe indicar que el ensayo de Marshall es un ensayo muy limitado que tiene múltiples opciones de optimización que se pueden desarrollar, la intensión de la presente investigación es poner en evidencia que existen ensayos normados por el MTC que podrían complementar lo propuesto por el ensayo de Marshall, afinar la conclusión final, de tal manera obtener una mezcla más duradera.
CAPÍTULO VI. CONCLUSIONES
• La investigación ha demostrado fehacientemente que la presencia del agua afecta considerablemente el desempeño mecánico de la carpeta asfáltica en caliente, este efecto negativo depende mucho del tiempo de exposición y la temperatura al cual se somete la muestra, para la investigación se trabajó con tres periodos establecidos en los ensayos normados por el MTC: El primero establecido para el ensayo de Marshall y los otros dos establecidos en el ensayo de inmersión – compresión. Se concluye que el porcentaje óptimo de cemento asfaltico obtenido por el ensayo de Marshall no necesariamente nos da la mejor resistencia a la presencia de agua, mientras que para el ensayo de inmersión compresión indica como conclusión, que el porcentaje óptimo de cemento asfaltico es mayor y presenta un mejor comportamiento de la carpeta asfáltica en presencia prolongada de agua, además este porcentaje también cumple con el diseño de Marshall, es de esta manera que el ensayo de inmersión compresión puede pasar de ser un simple ensayo de verificación del ensayo de Marshall a complementar y mejorar los diseños de mezclas asfálticas en caliente y garantizar un mejor desempeño del pavimento de mezcla asfáltica en caliente en condiciones locales, que están sometidos a altas precipitaciones.
• El ensayo de inmersión compresión evalúa la resistencia a la compresión en dos periodos establecidos en los ensayos normados por el MTC; se ha podido evidenciar que las briquetas del grupo 1 son las que presentan el mayor valor de resistencia a la compresión y que luego sufren un descenso considerable en el segundo grupo. Según el ensayo de Marshall, el porcentaje óptimo de cemento asfaltico de la mezcla, difiere del optimo indicado por el ensayo de inmersión compresión, pues este porcentaje ha demostrado tener los valores más altos de resistencia a la compresión, superando el mínimo
establecido por la norma y mostrando así una mejora considerable en su resistencia frente a la presencia de agua.
• El ensayo de inmersión compresión evalúa la resistencia conservada mediante un índice porcentual entre la resistencia a la compresión promedio del grupo 1 y la del grupo 2 para cada contenido de cemento asfaltico establecido en la norma, de lo obtenido se ha podido observar que este índice aumenta a medida que el porcentaje de cemento asfaltico aumenta. Según el ensayo de Marshall, el porcentaje óptimo de cemento asfaltico de la mezcla, difiere del optimo indicado por el ensayo de inmersión compresión, pues este porcentaje ha demostrado tener los valores más altos de resistencia conservada, superando el mínimo establecido por la norma y mostrando así una mejora considerable en su resistencia frente a la presencia de agua.
• Como se puede ver el agua afecta considerablemente la resistencia mecánica de la mezcla asfáltica, siendo determinantes el tiempo y la temperatura de la exposición, en la investigación se trabajó en tres periodos establecidos en los ensayos normados por el MTC: El primero establecido para el ensayo de Marshall y los otros establecidos en el ensayo de inmersión – compresión. Se concluye que a mayor exposición al agua, la resistencia mecánica de la mezcla disminuye, el ensayo de Marshall evalúa el comportamiento de la mezcla en condiciones de exposición en agua establecidos, dando como resultado un óptimo contenido de cemento asfaltico determinado, sin embargo, se pudo evidenciar que a periodos más largos este porcentaje no podría ser el más recomendable, el ensayo de inmersión ha demostrado que a mayor contenido de asfalto la resistencia a la compresión y conservada es más alta, lo cual significa que es más resistente al agua y que el valor más recomendable, que nos daría mejores resultados seria el porcentaje de cemento asfaltico determinado para este ensayo, que sería el ideal
para las condiciones locales donde los pavimentos están sometidos a precipitaciones prolongadas y que no cuentan con redes de drenaje pluvial saneadas.