ARMANDO CASTRO MENDOZA LUIS ALEJANDRO DÍAZ BERNAL …
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VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA
ADICIONADA CON 1.83 % DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES
DE ASFALTO ENTRE EL 5.5 % Y EL 5.8 %, QUE CUMPLE CON LA NORMATIVIDAD
DEL INVIAS.
ARMANDO CASTRO MENDOZA
LUIS ALEJANDRO DÍAZ BERNAL
MONICA ANDREA UMBARILA MORENO
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
VILLAVICENCIO
2017
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
CUMPLE CON LA NORMATIVIDAD DEL INVIAS |Armando Castro, Luis Diaz, Mónica Umbarila
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VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA
ADICIONADA CON 1.83 % DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES
DE ASFALTO ENTRE EL 5.5 % Y EL 5.8 %, QUE CUMPLE CON LA NORMATIVIDAD
DEL INVIAS.
ARMANDO CASTRO MENDOZA
LUIS ALEJANDRO DÍAZ BERNAL
MONICA ANDREA UMBARILA MORENO
Auxiliar de un proyecto de investigación como requisito para optar al título de Ingeniero Civil
Asesor Técnico
Ing. Juan Manuel Cruz Rodríguez
Ingeniero Civil, Especialista en Vías
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
VILLAVICENCIO
2017
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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AUTORIDADES ACADÉMICAS
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
Dra. MARITZA RONDÓN RANGEL
RECTOR NACIONAL
Dr. CESAR AUGUSTO PÉREZ LONDOÑO
DIRECTOR ACADÉMICO SEDE VILLAVICENCIO
Dra. RUTH EDITH MUÑOZ
SUBDIRECTORA ADMINISTRATIVA
Dra. NANCY GIOVANA COCUNUBO
DIRECTORA DE INVESTIGACIÓN DE LA SEDE
Ing. RAÚL ALARCÓN BERMÚDEZ
DECANO FACULTAD DE INGENIERÍAS
Ing. MARÍA LUCRECIA RAMÍREZ SUÁREZ
JEFE DE PROGRAMA
Ing. NELSON EDUARDO GONZÁLEZ ROJAS
COORDINADOR DE INVESTIGACIÓN PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
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DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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Nota de aceptación:
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Firma del presidente del jurado
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Firma del jurado
_______________________________
Firma del jurado
Villavicencio, noviembre 20 de 2017.
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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El presente trabajo llamado “Verificación del diseño preliminar de una mezcla asfáltica
adicionada con 1.83 % de fibra de llanta reciclada, con porcentajes de asfalto entre el 5.5 % y el
5.8 %, que cumple con la normatividad del INVIAS.”, es responsabilidad de los autores y no
compromete a la Universidad Cooperativa de Colombia.
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Agradezco inmensamente a mis padres y en general a toda mi familia por el apoyo que me
han brindado durante todo este proceso, por la confianza que depositaron en mí. Pero
principalmente agradezco a mi madre. Ella ha sido el pilar no solo en la construcción de mi vida
profesional, sino en toda mi formación como persona, ha inculcado en mí bases muy importantes
como el respeto, la responsabilidad y la superación, es una persona muy admirada por mí.
También agradezco a mis docentes y compañeros, pues han sido de gran importancia en esta
etapa de mi vida.
Luis Alejandro Diaz Bernal
Las siguientes palabras quiero dedicarlas a Dios principalmente, por ser el artífice de mi
creación; permitiéndome crecer en una gran familia, la cual me acogió rodeándome de cariño e
inculcándome buenos valores, aportándome cada uno de ellos su granito de arena para formarme
como persona de bien para la sociedad. Expreso mi permanente gratitud a mis padres, a mis
abuelos y a mi tío, quienes con su respaldo económico y anímico, me impulsaron a materializar
el título profesional tan anhelado. Los llevaré siempre en mi corazón y en mi mente.
Armando Castro Mendoza
A Dios principalmente, por permitirme superar cada una de las pruebas que me ha puesto en
el transcurso de mi vida, durante la cual, he podido encontrar a personas increíbles que han
compartido junto a mis todos estos años y quienes en los momentos difíciles me han dado una
voz de aliento; de igual manera, a mi familia por su apoyo incondicional, en especial a mis
padres, por darme la vida y seguir apoyándome en cada una de las metas que me propongo.
Mónica Andrea Umbarila Moreno
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Agradecimiento
El presente trabajo fue culminado gracias a la colaboración de nuestras familias y en especial
del ingeniero Juan Manuel Cruz Rodríguez, quien dedicó gran parte de su tiempo para
orientarnos y acompañarnos en el desarrollo de esta investigación.
A Dios porque nos permitió conocer el mundo de la ingeniería y seguir una formación
profesional.
Igualmente, al laboratorio E.I.E Echeverry Ingeniería y Ensayos S.A.S por brindarnos más
que un servicio, una ayuda para culminar nuestra investigación; prestando sus instalaciones y el
personal con el conocimiento técnico requerido.
Los autores.
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Contenido
Pág.
Introducción .............................................................................................................................. 14
1. Planteamiento del problema ............................................................................................ 15
1.1 Formulación del problema ........................................................................................... 15
2. Justificación ..................................................................................................................... 16
3. Antecedentes .................................................................................................................... 17
4. Objetivos .......................................................................................................................... 24
4.1. Objetivo General ............................................................................................................ 24
4.2. Objetivos específicos ..................................................................................................... 24
5. Marco referencial ............................................................................................................. 25
5.1 Marco teórico .................................................................................................................. 25
5.1.1 Materiales asfálticos ................................................................................................. 25
5.1.2 Métodos de utilización ............................................................................................. 26
5.1.3 Proceso de trituración de los neumáticos ..................................................................... 27
5.1.4 Variables para el diseño ........................................................................................... 28
5.1.5 Tipos de mezclas asfálticas ...................................................................................... 28
5.2 Marco conceptual ............................................................................................................ 29
5.2.1 Agregados naturales ................................................................................................. 29
5.2.2 Asfalto ...................................................................................................................... 29
5.2.3 Fibra de llanta ........................................................................................................... 29
5.2.4 Fatiga ........................................................................................................................ 30
5.2.5 Evaluación de la susceptibilidad al agua de mezclas asfálticas compactadas
utilizando la prueba de tracción indirecta INV 725 ................................................................ 30
5.2.6 Ensayo de tensión indirecta para determinar el módulo resiliente de mezclas
asfálticas INV E - 749 ............................................................................................................. 30
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5.2.7 Determinación de las leyes de fatiga de mezclas asfálticas compactadas en caliente
sometidas a flexión dinámica INV E - 784 ............................................................................. 30
5.2.8 Punto de falla ............................................................................................................ 30
5.2.9 Volumen de vacíos ................................................................................................... 30
5.2.10 Grado de saturación ................................................................................................ 30
5.2.11 Gravedad específica bulk ....................................................................................... 31
5.2.12 Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas asfálticas compactadas
utilizando la prueba de tracción indirecta INV E – 735 .......................................................... 31
5.2.13 Gravedad específica bulk y densidad de mezclas asfálticas compactadas no
absorbentes empleando especímenes saturados y superficie seca INV E - 733 ..................... 31
5.2.14 Espesor o altura de especímenes compactados de mezclas asfálticas INV E – 744
................................................................................................................................................. 31
5.3 Marco legal ..................................................................................................................... 31
5.3.1 Resolución 1457 de 2010 ......................................................................................... 31
5.3.2 Proyecto de acuerdo 342 de 2014 ............................................................................ 32
5.3.3 Resolución 1488 de 2003 ......................................................................................... 32
5.4 Marco geográfico ............................................................................................................ 32
6. Metodología ..................................................................................................................... 34
6.1 Tipo de investigación ...................................................................................................... 34
6.2 Muestra ........................................................................................................................... 37
6.3 Fuentes de recolección de la información ....................................................................... 37
6.3.1 Fuentes primarias ..................................................................................................... 37
6.3.2 Fuentes secundarias .................................................................................................. 37
6.4 Procedimiento ................................................................................................................. 37
6.5 Proceso experimental ...................................................................................................... 38
6.5.1 Fase 1. Recolección de los materiales ...................................................................... 38
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6.5.2 Fase 2. Dosificación de la mezcla ............................................................................ 40
6.5.3 Fase 3. Fabricación de briquetas .............................................................................. 46
6.5.4 Fase 4. Ensayos ........................................................................................................ 49
7. Análisis de resultados ...................................................................................................... 60
7.1 Resultados ensayos anteriores ......................................................................................... 60
7.1.1 Dosificación mezcla asfáltica: .................................................................................. 60
7.1.2 Resultados método Marshall .................................................................................... 60
7.1.3 Resultados estabilidad .............................................................................................. 61
7.1.4 Resultados flujo ........................................................................................................ 62
7.1.5 Relación estabilidad flujo ......................................................................................... 62
7.1.6 Vacíos de aire ........................................................................................................... 63
7.1.7 Vacíos agregado mineral .......................................................................................... 63
7.1.8 Vacíos lleno de asfalto ............................................................................................. 64
7.1.9 Resultados laboratorio: ............................................................................................. 64
7.2 Análisis de resultados ..................................................................................................... 65
7.2.1 Análisis ensayo adherencia ...................................................................................... 66
7.3Análisis de resultados ensayo módulo resiliente ............................................................. 67
7.4 Análisis de resultados ensayo ley de fatiga: ................................................................... 72
8. Conclusiones .................................................................................................................... 74
9. Recomendaciones ............................................................................................................ 75
10. Referencias ...................................................................................................................... 76
11. Anexos ............................................................................................................................. 79
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Tabla de fotografías
Fotografía 1: Proceso de adición fibra de llanta vía húmeda ................................................... 26
Fotografía 2. Proceso adición fibra de llanta al asfalto por vía húmeda .................................. 27
Fotografía 3. Tipos de diseños .................................................................................................. 35
Fotografía 4. Fuente de recolección Murcia Murcia S.A. ........................................................ 38
Fotografía 5. Recolección de agregados (grava ¾”, grava ½” y arena triturada) ..................... 39
Fotografía 6. Extracción de filler .............................................................................................. 39
Fotografía 7. Cemento asfáltico ................................................................................................ 40
Fotografía 8. Fibra de llanta ..................................................................................................... 40
Fotografía 9. Clasificación de agregados pétreos ..................................................................... 41
Fotografía 10. Agregado pétreo clasificado ............................................................................. 41
Fotografía 11. Secado de agregados ......................................................................................... 42
Fotografía 12. Agregado seco ................................................................................................... 42
Fotografía 13.Dosificación y calentamiento de agregados ....................................................... 43
Fotografía 14. Adecuación de temperatura del asfalto ............................................................. 43
Fotografía 15. Adición de asfalto y fibra de llanta ................................................................... 44
Fotografía 16. Proceso de mezclado y homogenización. ......................................................... 45
Fotografía 17. Mezcla asfáltica homogénea y calentamiento. .................................................. 45
Fotografía 18. Calentamiento y aplicación de ACPM en moldes ............................................ 46
Fotografía 19. Verificación de temperatura .............................................................................. 47
Fotografía 20. Fabricación de briquetas ................................................................................... 47
Fotografía 21. Máquina y proceso de compactación manual ................................................... 48
Fotografía 22. Etapa de curado ................................................................................................. 49
Fotografía 23: Dimensiones briquetas ...................................................................................... 50
Fotografía 24: Baño María ....................................................................................................... 51
Fotografía 25: Aplicación de carga. ......................................................................................... 52
Fotografía 26. Briquetas en curado ........................................................................................... 53
Fotografía 27. Toma dimensiones briquetas ............................................................................. 53
Fotografía 28. Colocación aditamentos .................................................................................... 54
Fotografía 29. Colocación LBDT ............................................................................................. 54
Fotografía 30. Instrumentos para ensayo .................................................................................. 55
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Fotografía 31: Ensayo módulo resiliente .................................................................................. 55
Fotografía 32. Medición briquetas............................................................................................ 56
Fotografía 33. Colocación platinas y banda elástica ................................................................ 57
Fotografía 34. Montaje de la briqueta ...................................................................................... 57
Fotografía 35. Software para ensayo de fatiga ......................................................................... 58
Fotografía 36: Resistencia a fatiga ........................................................................................... 58
Fotografía 37. Funcionamiento del programa de fatiga ........................................................... 59
Tablas
Tabla 1: Localización ............................................................................................................... 33
Tabla 2: Resultados Marshall ................................................................................................... 60
Tabla 3: Resultados obtenidos .................................................................................................. 64
Tabla 4: Especificaciones Marshall .......................................................................................... 65
Tabla 5: Resultados adherencia ................................................................................................ 66
Tabla 6: Resultados briqueta 1 ................................................................................................. 68
Tabla 7: Resultados briqueta 2 ................................................................................................. 69
Tabla 8: Resultados briqueta 3 ................................................................................................. 70
Tabla 9: Resultados ley de fatiga .............................................................................................. 72
Gráficos
Gráfico 1: Distribución de material .......................................................................................... 60
Gráfico 2: Estabilidad ............................................................................................................... 61
Gráfico 3: Flujo ........................................................................................................................ 62
Gráfico 4: Relación estabilidad / flujo ...................................................................................... 62
Gráfico 5: Vacíos de aire .......................................................................................................... 63
Gráfico 6: Vacíos agregado mineral ......................................................................................... 63
Gráfico 7: Vacíos llenos de asfalto ........................................................................................... 64
Gráfico 8: Módulo resiliente a 1,56 Hz .................................................................................... 71
Gráfico 9: Módulo resiliente a 2,5 Hz ...................................................................................... 71
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Gráfico 10: Módulo resiliente a 8 Hz ....................................................................................... 72
Gráfico 11: Ley de fatiga .......................................................................................................... 73
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Introducción
La contaminación ambiental es una de las grandes problemáticas de la actualidad, ocasionada
por la desmesurada explotación de los recursos y por la falta de conciencia por parte de muchos.
Colombia, como muchos otros países, cuenta con un déficit en el manejo que se le da a las llantas
luego de ser desechadas, la mayoría son acumuladas en bodegas, patios o simplemente quemadas,
generando problemas en la afectación del aire o sirviendo como albergue o criadero de insectos.
Por lo cual ahora se empiezan a adoptar nuevas maneras de darles uso a las llantas, luego de
culminar su “ciclo”, como lo es el implemento de la fibra de llanta en las mezclas de pavimento
asfaltico.
La investigación realizada denominada: “Verificación del diseño preliminar de una mezcla
asfáltica adicionada con 1.83% de fibra de llanta reciclada, con porcentajes de asfalto entre 5.5%
y el 5.8%, que cumple con la normatividad del INVIAS” tiene como fin comprobar las
proporciones utilizadas en los ensayos que se realizaron para determinar la Viabilidad técnica de
obtención de un diseño de mezcla asfáltica adicionando fibra de llanta reciclada.
La verificación de dichas proporciones se hace mediante la realización de los ensayos de:
Tensión indirecta para determinar el módulo resiliente (INV E 749 - 13), Resistencia a la
deformación plástica (INV E 756 - 13), Determinación de las leyes de fatiga (INV E 784 - 13) y
Resistencia de mezclas asfálticas al daño por humedad inducida (INV E 725 - 13). Con el fin de
determinar el comportamiento en sí de una mezcla asfáltica realizada con estas proporciones.
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1. Planteamiento del problema
Las llantas usadas se han convertido en un grave problema de contaminación ambiental y esto
ha llevado a las principales ciudades del país a verse y encontrarse con altos niveles de
contaminación debido a la acumulación de estas en vías públicas, separadores y parques;
originando el incremento de desperdicios y desechos de elementos no biodegradables. Todo esto
debido a la no reciclabilidad e inadecuada disposición de estos elementos.
En el caso de las mezclas asfálticas, contienen un alto porcentaje de asfalto y materiales
pétreos. Siendo así uno de los materiales más costosos de dichas mezclas, además de pertenecer
al grupo de los materiales no renovables, por tanto, se busca reducir la implementación de este
material en las mezclas asfálticas.
De acuerdo con el párrafo anterior se adopta un modelo de mezcla asfáltica modificada con
fibra de llanta reciclada, utilizando materiales de la región que cumplen con la norma INVÍAS y
que satisfacen los problemas de los asfaltos convencionales y la demanda de llantas desechadas,
disminuyendo el impacto ambiental; surge entonces la necesidad de realizar la verificación del
diseño preliminar de una mezcla asfáltica adicionada con 1.83% de fibra de llanta reciclada, con
porcentajes de asfalto entre 5.5% y el 5.8%, que cumple con la normatividad del INVIAS;
mediante los ensayos de resistencia de adherencia, módulo resiliente y resistencia a la fatiga.
1.1 Formulación del problema
¿Existe viabilidad técnica de Verificación del diseño preliminar de una mezcla asfáltica
adicionada con 1.83% de fibra de Llanta reciclada, con porcentajes de asfalto entre el 5.5% y el
5.8%, que cumple con la normatividad del INVIAS, tratando de disminuir la contaminación
ambiental?
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2. Justificación
Debido a la creciente demanda del parque automotor que ha tenido la capital del
departamento del Meta en los últimos años, se ha evidenciado el manejo erróneo y el acopio
inadecuado de las llantas usadas provenientes de estos vehículos, gran parte de estos residuos
sólidos son almacenados en terrenos deshabitados, patios de casas de vivienda y en espacios
públicos (ríos, caños, lagos, calles, parques, andenes, separadores) generando un grave impacto
ambiental, estas llantas usadas, que fueron desechadas sin un manejo adecuado se convirtieron en
un foco de trasmisión de enfermedades como el dengue, la fiebre amarilla, la encefalitis entre
otras muchas, porque son el hábitat perfecto para roedores, zancudos y mosquitos.
Cuando estas llantas son almacenadas en terrenos a cielo abierto generan contaminación en el
suelo, en los recursos naturales renovables y generan una desfavorable imagen a la ciudad.
También cuando estos mismos son quemados, originan altos niveles de contaminación del aire,
debido a que su combustión expulsa gases que contienen sustancias tóxicas. Estos elementos,
además, se transportan en el aire, y se van depositando en los objetos, en los ojos, y en la piel de
las personas, que inclusive las absorben al respirar y esto afecta la salud física, no solo del ser
humano, sino también de otros seres vivos.
Una de las razones fundamentales para la realización de esta investigación es aportar a la
mitigación de los factores contaminantes, que está generando un grave impacto a la calidad de
vida de las personas y del medio ambiente.
Sabiendo que la reutilización y reciclaje que se presentan hoy en día son una alternativa
viable de corrección y prevención del grave impacto generado por estas industrias, estas prácticas
no solo generan grandes beneficios ambientales, sino también beneficios económicos.
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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Atendiendo a esta alternativa se pretende verificar el diseño preliminar de una mezcla
asfáltica adicionada con 1.83% de fibra de Llanta reciclada, con porcentajes de asfalto entre el
5.5% y el 5.8%, que cumple con la normatividad del INVIAS
3. Antecedentes
Este trabajo se enfoca en las investigaciones anteriores relacionadas con la temática
seleccionada.
Se encontró, como antecedente similar, el trabajo monográfico denominado “Viabilidad
técnica de obtención de un diseño de mezcla asfáltica adicionada con 1.83% de fibra de llanta
reciclada, con porcentajes de asfalto entre el 4.9% y el 5.9%, elaborada por las estudiantes: María
Camila Arana Rincón, Daniela Alejandra Castillo Reyes, Laura Cristina Soler Castillo; del
programa de Ingeniería Civil, sede Villavicencio año 2016. Los objetivos conllevaron a los
siguientes aspectos: efectuar los análisis granulométricos de los agregados minerales y de fibra de
llanta a utilizar en la investigación, con base en el uso granulométrico normativo. Determinar el
porcentaje óptimo de fibra de llanta por el método de Marshall (entre el 4.9% y el 5.9%, con
muestras cada 0.5%), mediante el ensayo de estabilidad y flujo en acuerdo con la norma de
ensayo INV E – 748- 07, del Instituto Nacional de Vías (INVÍAS). Reportar los resultados de
laboratorio que hacen referencia al comportamiento de peso unitario mezcla, estabilidad, flujo,
vacíos, mezcla total, vacíos llenos de asfalto, vacíos agregados minerales y la relación E/F de las
mezclas asfálticas modificada con fibra de llanta.
La metodología aplicada fue de tipo experimental. La muestra correspondió a un porcentaje
de 1.83% de fibra de llanta mezclada con asfalto.
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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En las conclusiones se establecieron las siguientes generalidades sintetizadas así, se realizó un
Diseño Marshall con agregados pétreos provenientes de la cantera del rio Guayuriba ubicada en
Villavicencio – Meta Murcia y Murcia S.A, con asfalto AC-20, con un porcentaje de asfalto entre
4.00% y 6.00%; aumentando gradualmente cada 0.5%, fabricando 4 briquetas por cada
porcentaje, compactando cada una con 75 golpes por cara según lo establecido en la norma para
un nivel de transito NT2 (0.5x106-5.0x106 ejes equivalentes).
Los materiales utilizados respondieron perfectamente a la mezcla, cuya dosificación fue de
grava ¾ en un 15%, grava de ½ en un 30%, arena triturada en un 52% y 3% de filler. Con esto se
procedió a realizar la cantidad de ensayos de laboratorio convenientes para conocer el porcentaje
óptimo de asfalto, obteniendo los siguientes resultados:
La estabilidad de la mezcla MDC-19 con adición de fibra de llanta de 1.83 y un 5.7% de
asfalto cumple con los parámetros que especifica la norma del Instituto Nacional de Vías. (Sin
embargo, se observa que con porcentaje de entre 4,66% y 6,66% la estabilidad cumple).
El flujo de la mezcla MDC-19 NT2 con adición de fibra de llanta de 1.83 % cuyo rango es de
3mm a 5mm como criterio en la norma nacional de vías, el ensayo realizado arrojó que el flujo de
esta mezcla es de 4.87, el cual es determinado por un porcentaje óptimo de asfalto de 5.7 % el
cual cumple este criterio, también se concluyó que los porcentajes de 4.57% y 5.81% de asfalto
también cumplen este criterio, permitiendo que el asfalto fluya por la mezcla y cubra los
agregados de la mejor manera.
Los vacíos con aire de la mezcla MDC-19 NT2 con adición de fibra de llanta de 1.83 %, cuyo
rango es de 3 a 5 y según el porcentaje óptimo de 5.7% se tiene como resultado 4.12, de tal
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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manera cumple con los criterios y los porcentajes de asfalto de 5.5% a 6% estarían cumpliendo
dicho criterio.
La relación estabilidad/ flujo, muestra resultados no estables para un nivel de transito NT2
(300 – 500 kg/mm). Sin embargo, muestra una mejora cuando las proporciones de asfalto son
aumentadas, acercándose al rango establecido en la norma INV E-748, este parámetro es uno de
los más inciertos, puesto que la mayoría de veces no cumple con el criterio, dejando así la duda
de cuál material o cuál procedimiento causan este efecto.
Porcentaje vacíos agregados minerales de la mezcla MDC-19 NT2 con adición de fibra de
llanta de 1.83 % cuyo rango es de T.MAX 19mm a T.MIN de 15 %, con el porcentaje óptimo de
asfalto 5.7 % se tuvo un resultado de 16.79 % en cual está dentro del rango, igual a los
porcentajes de asfalto trabajados en el laboratorio (4,57 % a 6.66 %).
El porcentaje de vacíos llenos de asfalto de la mezcla asfáltica (MDC –19) con un porcentaje
de 1.83 % de fibra de que se encuentra dentro del rango de 65% a 78% con un valor de 75.51%,
Entre el rango establecido por la norma, los resultados del laboratorio cumplirían de 5.4 a 5.8 %
de asfalto.
El porcentaje de vacíos de la mezcla total, se observa que los resultados correspondientes a la
mezcla total de la MDC-19 modificada con fibra de llanta, tienden a disminuir a medida que el
porcentaje de asfalto aumenta, debido a que la mayoría de los vacíos son llenos de asfalto.
Una vez analizados los resultados de los ensayos requeridos por el método Marshall se
observó que el porcentaje óptimo establecido por el laboratorio es de 5.7 % de asfalto,
cumpliendo así los parámetros requeridos por la norma INVIAS, pero desde otro punto de vista
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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podemos observar que los porcentajes de 5.5 % a 5.8 % de asfalto también cumplen dichos
parámetros.
Teniendo en cuenta que la relación estabilidad/flujo no está dentro de los parámetros y, por
ende, la rigidez Marshall es muy baja, se llega a la conclusión de que el porcentaje de flujo de la
mezcla está muy alto. Para mitigar este aspecto habría que bajar el porcentaje de relación Filler /
Asfalto, ya que el filler y el asfalto conforman una masa asfáltica o mastico, y este compuesto
proporciona rigidez a la mezcla asfáltica, permitiendo que las partículas de agregado
permanezcan unidas, rellenando los vacíos del esqueleto de agregados gruesos y finos, por lo
tanto, impermeabiliza y densifica el esqueleto.
Para concluir los resultados de las anteriores investigaciones se estableció un porcentaje de
asfalto con 1,83 de fibra de llanta el cual se clasifica entre 5,5 % y 5,8 % (datos óptimos
derivados de las investigaciones anteriores), con el cual se verificaran los porcentajes apropiados
de asfalto que cumple las especificaciones técnicas del Instituto Nacional de Vías (INVIAS).
La investigación titulada: “ Mezclas asfálticas recicladas y su uso en capas granulares para
pavimentos”, realizada por Guio y Sánchez (2013) tuvo como objeto la reutilización de
materiales sobrantes productos de la rehabilitación de vías, el cual es adquirido mediante
rompimiento y luego se adiciona a las capas de pavimento tales como base y sub base. Esta
investigación se realizó en la ciudad de Tunja por la necesidad de dar utilidad al concreto
asfaltico que ya ha cumplido su finalidad. En ella se tuvo en cuenta como referentes teóricos:
González, Rubén. “Mantenimiento y Rehabilitación de Pavimentos en Áreas Urbanizadas”.
Lemac. Argentina. 1995.
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DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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La metodología utilizada fue cuantitativa debido a que se evidencian las tablas y gráficos
empleados para realizar el desarrollo y análisis de los resultados obtenidos, a partir de los
diversos ensayos de laboratorio; de esta forma logran llegar a la conclusión de que la mezcla
entre agregados y asfalto reciclado no es uniforme por la variación de temperatura entre ellos y
en el momento de calentarse debe mezclarse rápidamente, pues al enfriarse no se logra una buena
adherencia.
La investigación titulada: Diseño de mezclas asfálticas modificadas mediante la adición de
desperdicios plásticos, realizada por Forigua, Pedraza (2014) tuvo como objetivo diseñar una
mezcla asfáltica modificada con desperdicios plásticos para la aplicación de pavimentación y de
esta manera dar una mejora a la problemática de la malla vial de Bogotá y ofrecer una solución
ambiental a los desperdicios plásticos; utilizaron como referentes teóricos a Heshmant (1997)
para dar explicación de cómo los modificadores de las mezclas asfálticas logran dar una mayor
resistencia en cuanto a deformación y esfuerzos de tensión repetidos, como la fatiga y a Arenas
Lozano (2011) para explicar cómo los ligantes modificados tienen un mejor comportamiento que
los tradicionales.
Para esta investigación se desarrolló una metodología de carácter cualitativo, ya que se
procede al registro de gráficos y tablas para los análisis de resultados. Mediante estos ensayos se
logró concluir que un porcentaje óptimo, que logra mejorar de manera sustancial las propiedades
mecánicas del asfalto, es alrededor de un 0,4 % de desperdicios con respecto al peso de la
muestra.
El trabajo realizado sobre Mejora de una mezcla asfáltica drenada con adición de caucho e
icopor, Rodríguez (2005), mediante este se pretendió hacer un mejoramiento de una mezcla
asfáltica drenante (con adición de caucho e icopor) para ayudar a optimizar el comportamiento de
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la capa de rodadura y que, además, ayude a preservar el medio ambiente, brindando una
alternativa de reciclaje a materiales no biodegradables; mediante este diseño se busca encontrar el
máximo contenido de vacíos posible, con una buena resistencia a las cargas generadas por el
tráfico.
Este tipo de investigación es de carácter experimental y cuantitativo, debido a que se emplean
numerosos ensayos de laboratorios con el fin de obtener algunos resultados y tales resultados son
registrados mediante gráficos y/o tablas, con el fin de hacer interpretaciones y análisis. Con la
realización de este trabajo se logró establecer las siguientes conclusiones: la adición del caucho
generó mejor comportamiento a pesar de que en la dosificación no se encontraba una
combinación óptima; la mezcla con caucho e icopor generaba un mejor resultado en un 10 % con
respecto a las que solo utilizaban alguno de los dos.
La investigación titulada: Comportamiento mecánico y dinámico de una mezcla asfáltica con
adición de cenizas volantes, Reyes, Troncoso, Camacho (2006), cuyo objetivo es el de determinar
la incidencia que tiene reemplazar el llenante mineral por cenizas volantes, para este trabajo se
usó como referentes bibliográficos a Nacional Ready Mixed Concrete Association, 1998 para
definir el significado de cenizas volantes.
La metodología empleada para el desarrollo de la investigación es de carácter experimental,
puesto que inició con la caracterización del material pétreo, el asfalto y las cenizas volantes,
posteriormente, se realizó el diseño Marshall para la determinación del porcentaje óptimo de
asfalto y, por último, se procedió a modificar la mezcla asfáltica reemplazando el llenante
mineral. Se logra concluir que las cenizas volantes aumentan la resistencia de la mezcla asfáltica
sin alterar su rigidez, esto entra a convertirse en un plan de alternativa económica viable para el
mantenimiento y rehabilitación de las vías en diferentes regiones, además se le logra dar un
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nuevo uso a las cenizas volantes, contrarrestando la contaminación ambiental generada por el
desperdicio industrial.
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4. Objetivos
4.1. Objetivo General
Verificar el diseño preliminar de una mezcla asfáltica adicionada con 1.83 % de fibra de
llanta reciclada, con porcentajes de asfalto entre el 5.5 % y el 5.8 %, que cumple con la
normatividad del INVIAS.
4.2. Objetivos específicos
Efectuar el análisis del cumplimiento de los requisitos mínimos en cuanto adherencia de
la mezcla asfáltica que satisfaga la norma INVIAS.
Determinar el módulo Resiliente de la mezcla asfáltica que satisfaga la norma INVIAS.
Determinar la Ley de Fatiga de la mezcla asfáltica que satisfaga la norma INVIAS.
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5. Marco referencial
5.1 Marco teórico: Los pavimentos flexibles están compuestos de varias capas de materiales,
cuyo objetivo es soportar las cargas totales. El objetivo, al modificar o implementar nuevos
materiales al asfalto, es evidenciar si de dicha forma se logra brindar una disminución en costos
en los procesos de pavimentación y dar uso a materiales que están causando daño ambiental. Esto
se pretende hacer mediante la reutilización de polímeros como la fibra de caucho que se obtiene
de los neumáticos usados de los vehículos.
Montejo en su libro Evaluación estructural, obras de mejoramiento y nuevas tecnologías,
describe los tipos de materiales disponibles y empleados en un pavimento que son son
determinantes para la selección de la estructura de pavimento más adecuada, técnica y
económicamente. Por una parte, se consideran los agregados disponibles en canteras y depósitos
aluviales del área. Además de la calidad requerida, en la que incluye la deseada homogeneidad,
hay que atender al volumen disponible aprovechable a las facilidades de explotación y al precio,
condicionado en buena medida por la distancia de acarreo. Por otra parte, se deben considerar los
materiales básicos de mayor costo: ligantes y conglomerados, especialmente.
5.1.1 Materiales asfálticos: Los asfaltos del petróleo son los más empleados y se obtienen
por destilación del crudo, que puede ser por vapor o por aire. El primer sistema produce asfaltos
de excelente calidad para pavimentación, al paso que el segundo resulta en productos de poca
utilidad en este campo de la construcción, llamados asfaltos oxidados. Los asfaltos de petróleo
pueden tener base asfáltica o base parafinita. Los de la base asfáltica son los que poseen mejores
características para su empleo en pavimentación por sus propiedades ligantes y de resistencia a la
meteorización. Los de base parafinita se oxidan paulatinamente al exponerse al aire, dejando un
producto pulverulento sin poder ligante. El tipo de base que posea un asfalto depende
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exclusivamente de las características del crudo del cual proviene. El asfalto se usa en
pavimentación para unir entre sí las partículas de agregados y protegerlas de la humedad.
5.1.2 Métodos de utilización: Hay dos procesos en los que se puede emplear la adición o
implementación de la fibra de llanta a la mezcla asfáltica que son: mediante proceso por vía
húmedo o proceso por vía seca.
5.1.2.1 Proceso por vía seca: En este proceso la cantidad de ligante requerida es mayor y,
además, se requiere un proceso especial para adicionar el GBR en planta y también requiere
mayor tiempo de compactación que el proceso por vía húmeda.
Fotografía 1: Proceso de adición fibra de llanta vía húmeda
Fuente: Extraído de http://3.bp.blogspot.com/- http://ligante-asfaltico.blogspot.com.co/p/llantas-
usadas-en-pavimentos.html
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5.1.2.2 Proceso por vía húmeda: En este proceso el GCR es mezclado con el ligante para
producir una mezcla asfalto-caucho, la cual es usada de la misma manera que un ligante
modificado.
Fotografía 2. Proceso adición fibra de llanta al asfalto por vía húmeda
Fuente: Extraído de http://3.bp.blogspot.com/- http://ligante-asfaltico.blogspot.com.co/p/llantas-
usadas-en-pavimentos.html
5.1.3 Proceso de trituración de los neumáticos: El proceso de trituración consiste en reducir
el tamaño de las llantas a través de máquinas trituradoras, con el fin de separar el caucho de
elementos como el acero y los textiles.
5.1.3.1 Trituración mecánica: La trituración mecánica emplea cuchillas para desmenuzar las
llantas; por lo general este tipo de trituración se realiza en cascada, es decir, se trituran
paulatinamente las llantas hasta alcanzar el tamaño mínimo requerido y luego se emplean
clasificadores neumáticos y magnéticos para separar el textil y el acero presentes.
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5.1.3.1 Trituración criogénica: Consiste en congelar con nitrógeno líquido llantas enteras, las
cuales son golpeadas para obtener el caucho en forma de polvo, con liberación de nitrógeno
gaseoso. Este proceso tiene como ventaja el reducido tamaño de las partículas obtenidas y, como
desventaja, el hecho de que las partículas de acero y caucho se encuentran mezcladas.
5.1.4 Variables para el diseño: A continuación, se describen las diferentes características
del diseño de un pavimento y sus varianzas dependiente del tránsito. (Montejo, 2008, p. 263).
La confiabilidad pretende incorporar algún grado de certidumbre al procedimiento de diseño,
para asegurar que las diferentes alternativas de este se mantengan para el periodo de análisis. El
factor de confiabilidad de diseño tiene en cuenta variaciones al azar tanto en la predicción del
tránsito como en la predicción del comportamiento y por lo tanto proporciona un nivel
predeterminado de confianza en q los tramos del pavimento sobrevivirán al periodo en que fueron
diseñados.
En general, a medida que crece el volumen del tránsito, la dificultad de que presente tránsito
divergente y la expectativa pública de disponibilidad, aumentan el riesgo de no cumplir con
dichas expectativas debe ser minimizada. (Montejo, 2008, p. 263).
5.1.5 Tipos de mezclas asfálticas: Las mezclas asfálticas en caliente se dividen en tres tipos:
de gradación densa, mezclas abiertas o porosas y mezclas de granulometría incompletas.
5.1.5.1 Mezclas de gradación densa HMA: Estos tipos de mezclas son compuestas por un
ligante de cemento asfáltico y un agregado de gradación continua.
5.1.5.2 Mezclas abiertas o porosas: Es una mezcla en la que su gradación es uniforme. Su
objetivo es servir como como una capa drenante, ya sea dentro de la estructura del pavimento o
en su superficie.
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5.1.5.3 Mezclas de granulometría incompletas: Es una mezcla similar a las de gradación
densa debido a que proporcionan capas densas impermeables, cuando la compactación es
apropiada. La temperatura de descarga de esta muestra debe ser controlada para prevenir que se
presente un escurrimiento durante el almacenamiento o el transporte.
5.2 Marco conceptual: A continuación se dan algunas definiciones de los conceptos y normas
empleadas para el desarrollo de la investigación.
5.2.1 Agregados naturales: Los materiales que se usan en su estaco natural o que sólo han
sido triturados, lavados y clasificados son considerados agregados naturales. Algunos términos
usados para describirlos y clasificarlos son los siguientes:
5.2.1.1 Grava: Material granular grueso comprendido entre pasa tamiz 3” y retiene tamiz # 4.
5.2.1.2 Arena triturada: Material granular comprendido entre el tamiz # 4 y tamiz # 200
5.2.1.3 Filler: Es la fracción que pasa por el tamiz de 0,063 mm
5.2.2 Asfalto: Se denomina así a determinadas sustancias de color oscuro que pueden ser
líquidas, semisólidas o sólidas, compuestas esencialmente de hidrocarburos solubles en sulfuro
de carbono en su mayor parte y procedentes de yacimientos naturales u obtenidos como residuo
del tratamiento de determinados crudos de petróleos por destilación o extracción. Estos últimos
representan más del 90 % de la producción total de asfaltos.
5.2.3 Fibra de llanta: Llanta triturada en partículas que logren pasar por el tamiz # 10 y
retengan en el tamiz # 40.
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5.2.4 Fatiga: Es un fenómeno que se asocia con la disminución de la resistencia mecánica de
un material en el tiempo, cuando se le aplican esfuerzos dinámicos que en promedio son
inferiores al valor de cedencia.
5.2.5 Evaluación de la susceptibilidad al agua de mezclas asfálticas compactadas
utilizando la prueba de tracción indirecta INV 725: Este método de prueba establece los
procedimientos para preparar y probar especímenes de concreto asfáltico con el propósito de
medir el efecto del agua sobre la resistencia a la tracción indirecta.
5.2.6 Ensayo de tensión indirecta para determinar el módulo resiliente de mezclas
asfálticas INV E - 749: Este ensayo describe mejor el comportamiento del suelo bajo cargas
dinámicas de ruedas, que al moverse imparten un pulso dinámico a todas las capas del pavimento
y a la subrasante. Como respuesta a este pulso cada capa del pavimento sufre una deflexión.
5.2.7 Determinación de las leyes de fatiga de mezclas asfálticas compactadas en caliente
sometidas a flexión dinámica INV E - 784: Esta norma entrega los procedimientos para la
determinación de las leyes de fatiga y energía de muestras de mezclas asfálticas en caliente,
compactadas en laboratorio o tomadas directamente del terreno, sometidas a flexión dinámica
hasta llevarlas a la falla.
5.2.8 Punto de falla: El punto de falla en este caso se considera que es el ciclo en el cual la
mezcal llega a un 50 % de la reducción de rigidez inicial.
5.2.9 Volumen de vacíos: Representa el volumen de la mezcla comprendida por fase liquida y
gaseosa.
5.2.10 Grado de saturación: Es la relación con respecto a la cantidad de agua contenida de un
material y su volumen de vacíos
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5.2.11 Gravedad específica bulk: La relación del peso en el aire de un material permeable
(incluyendo los vacíos permeables e impermeables del material) a temperatura establecida al
volumen del agregado, incluyendo los vacíos permeables.
5.2.12 Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas asfálticas compactadas
utilizando la prueba de tracción indirecta INV E – 735: Este método se refiere al
procedimiento para la determinación de la gravedad específica máxima teórica y densidad de
mezclas asfálticas en caliente para pavimentos a 25° C sin compactar.
5.2.13 Gravedad específica bulk y densidad de mezclas asfálticas compactadas no
absorbentes empleando especímenes saturados y superficie seca INV E - 733: En esta norma
se hace referencia a los procesos que se deben contemplar para determinar la gravedad específica
bulk y la densidad que presentan los especímenes compactadas.
5.2.14 Espesor o altura de especímenes compactados de mezclas asfálticas INV E – 744:
En este método se hace referencia a la determinación del espesor o la altura de los especímenes
compactados. Se establece que se debe tomar cuatro mediciones sobre los núcleos y se registra el
valor promedio de dichas mediciones.
5.3 Marco legal: A continuación se expone la normatividad vigente en temas relacionados con
la investigación.
5.3.1 Resolución 1457 de 2010: La presente ley establece a cargo de los productores de
llantas que se comercializan en el país, la obligación de formular, presentar e implementar los
sistemas de recolección selectiva y gestión ambiental de llantas usadas, con el propósito de
prevenir y controlar la degradación del ambiente.
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5.3.2 Proyecto de acuerdo 342 de 2014: Mediante el cual se dictan disposiciones que
permitan implementar un sistema de gestión y recolección selectiva de llantas usadas en el
distrito capital. El proyecto tiene por objeto la implementación de programas encaminado a la
recolección de las llantas usadas en la ciudad y de igual manera lograr un proceso de
recuperación ambiental de las llantas usadas, lo anterior encaminado a la prevención y control de
la degradación de las llantas que afectan de manera directa al ambiente.
5.3.3 Resolución 1488 de 2003: Por la cual se establecen los requisitos, las condiciones y los
límites máximos permisibles de emisión, bajo los cuales se debe realizar la disposición final de
llantas usadas y nuevas con desviación de calidad, en hornos de producción de clinker de plantas
cementeras.
5.4 Marco geográfico: El Departamento del Meta tiene una extensión de 85.635 km2.
Localizado en la región de la Orinoquia, al oriente del territorio nacional, entre los 4º 55' y 1° 35'
de Latitud Norte y los 74º 54' y 71º 3' de Longitud Oeste. Su capital Villavicencio, se encuentra a
los 4º 08' 12” de Latitud Norte y 73º 39' 06” de Longitud Oeste. La jurisdicción departamental
está dada por los límites oficiales, los cuales se encuentran definidos en la Ley 118 de 1959.
Al norte limita con Cundinamarca y Casanare, al oriente con Vichada, al occidente con
Huila, al suroccidente con Caquetá y al sur con Guaviare. A la fecha cuenta con 29 municipios.
El municipio de Villavicencio, capital del departamento del Meta, es el centro comercial más
importante de los Llanos Orientales, con una población urbana de 495.200 habitantes. Está
situado en el Piedemonte de la Cordillera Oriental, al occidente del departamento del Meta, en la
margen izquierda del río Guatiquía. Su clima es cálido y muy húmedo, con temperaturas medias
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de 27 ºC. Se encuentra a 89,9 km al sur de la capital de Colombia, Bogotá, a dos horas por la
Autopista al Llano.
5.4.1 Localización:
Tabla 1: Localización
a) Latitud 04°09'00,83" N
b) Longitud 73°38'24,26" O
c) Superficie 1.328 km²
d) Altitud 467 msnm
e) Temperatura 27°C
f) Fundación 1842
g) Población total 492.500 habitantes
h) Densidad 242,26 hab. /km²
i) Gentilicio Villavicense
Fuente: Wikipedia
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6. Metodología
El presente capítulo tuvo como fin establecer el desarrollo de la investigación, diseñando
detalladamente una estrategia, para obtener información y especificando las actividades para
darle respuesta a los objetivos planteados.
6.1 Tipo de investigación: Por las características de la temática abordada se enmarcó
dentro de la investigación experimental. “Se presenta mediante la manipulación de una variable
experimental no comprobada, en condiciones rigurosamente controladas, con el fin de describir
de qué modo o por qué causa se produce una situación o acontecimiento particular. Tamayo y
Tamayo (2004)”. Ya que se hace necesario abordar el problema a través de ensayos y pruebas y
así, mediante un análisis, llegar a dar resultados más determinantes.
La tarea del investigador en este tipo de investigación presenta las siguientes etapas: Tamayo
y Tamayo (2004)
1. Presencia de un problema para el cual se ha realizado una revisión bibliográfica.
2. Identificación y definición del problema.
3. Definición de hipótesis y variables. Y la operacionalización de las mismas.
4. Diseño del plan experimental. Tiene cinco aspectos:
a) Diseño de investigación.
b) Determinación de la población y muestra.
c) Selección de instrumentos de medición.
d) Elaboración de instrumentos y procedimientos para la obtención de datos.
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5. Prueba de confiabilidad de datos.
6. Realización de experimentos.
7. Tratamientos de datos. Aquí, en este punto, hay que tener en cuenta que una cosa es el dato
bruto, otro el dato procesado y otro el dato que hay que dar como definitivo.
Se habla del experimento controlado que consiste en la selección de dos muestras aleatorias:
una, la muestra experimental sujeta a una variable especial, y la otra, la muestra de control no
sujeta a la influencia de la misma variable. Comparando las características finales de las dos
muestras, se puede determinar el efecto del experimento. Tamayo y Tamayo (2004)
Cuando se presenta una diferencia significativa entre la muestra experimental y la muestra de
control, es necesario analizar la hipótesis y volver a realizar el experimento. La dificultad se
encuentra en lograr la uniformidad de las características en la muestra experimental, y la muestra
de control exige precisión en el cálculo de las características. Tamayo y Tamayo (2004)
En torno a la investigación experimental se presentan diversos tipos de diseños
experimentales. Tamayo y Tamayo (2004).
Fotografía 3. Tipos de diseños
Fuente: Extraída de Tamayo y Tamayo 2004
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Fuente: “proceso de la investigación científica” Tamayo y Tamayo (2004)
Los diseños preexperimentales más conocidos son: Tamayo y Tamayo (2004)
1. Estudio de caso con una sola medición
2. Diseño pretest-postest de un solo grupo.
3. Comparaciones con un grupo estático.
Para los diseños experimentales tenemos: Tamayo y Tamayo (2004)
1. Diseño de grupo de control pretest-postest.
2. Diseño de cuatro grupos de Solomon.
3. Diseño de grupo postest.
4. Diseños factoriales.
En tomo a los diseños cuasiexperimentales, la gama es más amplia, de los cuales podemos
citar: Tamayo y Tamayo (2004)
1. Experimento de series cronológicas.
2. Diseño de muestras cronológicas equivalentes.
3. Diseño de materiales equivalentes.
4. Diseño de grupo de control no equivalente.
5. Diseños compensados.
6. Diseños demuestra separada pretest-postest.
7. Diseño de muestra separada pretest-postest, con grupo control.
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DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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8. Diseño de series cronológicas múltiples.
9. Diseño de ciclo institucional secuente.
10. Análisis de discontinuidad en la regresión.
6.2 Muestra: La muestra correspondió a un porcentaje de (1.83 %) de fibra de llanta
adicionada a una mezcla asfáltica convencional y con cumplimiento de la normatividad de
INVÍAS.
6.3 Fuentes de recolección de la información: Las fuentes que se tuvieron presenten para el
desarrollo de esta investigación fueron las siguientes:
6.3.1 Fuentes primarias: Canteras y Laboratorios Murcia y Murcia S.A. Así mismo, se
utilizaron agregados pétreos y asfalto.
6.3.2 Fuentes secundarias: Se recurrió a fuentes de información existente, tales como libros,
internet, trabajos monográficos e instituciones (INVÍAS, Pontifica Universidad Javeriana,
Universidad de los Andes, Universidad Católica de Colombia).
6.4 Procedimiento: Para esta verificación del diseño de mezcla establecido en la anterior
investigación se llevó a cabo el siguiente desarrollo:
- Consultar distintas fuentes bibliográficas, investigaciones y normas que serán aplicadas para
el desarrollo pertinente del proyecto.
- Teniendo en cuenta el tipo y porcentaje de fibra de llanta encontrado en las bibliografías
estudiadas se cuestiona su funcionalidad en la investigación.
- Se dará continuidad al diseño de mezcla obtenido en los resultados de ensayos anteriores.
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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- Obtener y observar los diferentes resultados encontrados en los ensayos realizados en el
laboratorio, determinando su viabilidad y cumpliendo los parámetros regidos por INVIAS.
- Análisis e interpretación de los resultados obtenidos en las pruebas de laboratorio.
6.5 Proceso experimental: A continuación, se ilustra la secuencia empleada para el
desarrollo de la investigación
6.5.1 Fase 1. Recolección de los materiales: Se procede a la compra de los siguientes
materiales.
Agregados (grava ¾” y ½”, arena triturada), filler.
Fotografía 4. Fuente de recolección Murcia Murcia S.A.
Fuente: Elaboración propia
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Fotografía 5. Recolección de agregados (grava ¾”, grava ½” y arena triturada)
Fuente: Elaboración propia
Fotografía 6. Extracción de filler
Fuente: Elaboración propia
Asfalto: El cemento asfaltico con el que se trabajó en la investigación posee una
penetración de 60-70 de acuerdo al artículo 410 de la normatividad INVIAS.
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Fotografía 7. Cemento asfáltico
Fuente: Elaboración propia
Los materiales anteriores son provenientes de la empresa Murcia & Murcia S.A
Fibra de llanta que cumple con la gradación pasa tamiz # 4 y retiene tamiz # 10
proveniente de la reencauchadora Centauros.
Fotografía 8. Fibra de llanta
Fuente: Elaboración propia
6.5.2 Fase 2. Dosificación de la mezcla: Se clasifican cada uno de los agregados pétreos en
el laboratorio, posteriormente se colocan diferentes recipientes con el fin de realizar el secado en
horno a una temperatura aproximada de 110° C, garantizando que todo el material esté seco para
la preparación de la mezcla.
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Fotografía 9. Clasificación de agregados pétreos
Fuente: Elaboración propia
Fotografía 10. Agregado pétreo clasificado
Fuente: Elaboración propia
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Fotografía 11. Secado de agregados
Fuente: Elaboración propia
Se sacan los agregados del horno y se dejan a temperatura ambiente de tal manera que se
pueda realizar la dosificación para cada una de las briquetas, de acuerdo con el diseño de mezcla
obtenido en los resultados de la investigación anterior (15 % grava de ¾”, 30 % grava de ½”, 52
% de arena triturada, 3% de filler y 1,83 % de fibra de llanta), posteriormente se lleva
nuevamente al horno a una temperatura de 180° C.
Fotografía 12. Agregado seco
Fuente: Elaboración propia
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Fotografía 13.Dosificación y calentamiento de agregados
Fuente: Elaboración propia
De igual manera se procede a calentar el cemento asfaltico a una temperatura de 140°C para
que pueda ser mezclado con los agregados pétreos previamente descritos.
Fotografía 14. Adecuación de temperatura del asfalto
Fuente: Elaboración propia
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Después de una hora aproximadamente se realiza el pesaje nuevamente de todos los
agregados pétreos para cada una de las briquetas y se adiciona el material más fino (arena
triturada) para completar el peso que se pierde después de este secado que es de
aproximadamente 1 gramo, este peso debe ser de 1065,72 gramos; Inmediatamente se agrega el
asfalto caliente para llegar a un peso de 1128,97 gramos y, finalmente, se adiciona la fibra de
llanta para alcanzar un peso de 1150,00 gramos, después de completar el peso se realiza un
proceso de mezcla hasta alcanzar una consistencia homogénea, cumpliendo la norma INVÍAS
para mezclas asfálticas densas en caliente MDC-19.
Fotografía 15. Adición de asfalto y fibra de llanta
Fuente: Elaboración propia
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Fotografía 16. Proceso de mezclado y homogenización.
Fuente: Elaboración propia
Por último, se lleva la mezcla asfáltica al horno a una temperatura de 155°C para el realizar
más adelante el proceso de compactación.
Fotografía 17. Mezcla asfáltica homogénea y calentamiento.
Fuente: Elaboración propia
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6.5.3 Fase 3. Fabricación de briquetas: Después de obtener homogeneidad en la mezcla se
fabrican 18 muestras de 1150 gramos cada una.
Para la fabricación de las briquetas se calientas los moldes a una temperatura de 160°C y se
les aplica desmoldante (ACPM), A continuación se saca la mezcla asfáltica del horno, se agita y
se mide la temperatura, la cual debe estar a 145°C para llevar la mezcla asfáltica al molde, el cual
se encuentra a una temperatura de 145°C, este debe estar ensamblado con sus debidos accesorios
(collar, placa base y martillo de compactación), posteriormente se agrega una pequeña capa de
material fino en la parte inferior, después la totalidad de la mezcla, dejando una capa de material
fino al final de la briqueta.
Fotografía 18. Calentamiento y aplicación de ACPM en moldes
Fuente: Elaboración propia
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Fotografía 19. Verificación de temperatura
Fuente: Elaboración propia
Fotografía 20. Fabricación de briquetas
Fuente: Elaboración propia
Finalmente se llevan las briquetas a la máquina de compactación y se procede a dar 75 golpes
por cara para el ensayo de módulo resiliente y leyes de fatiga de acuerdo a la normatividad
INVIAS con el martillo de compactación que consta de un peso de 4,538 gramos; pero para el
ensayo de TSR o tensión indirecta se le proporcionan 50 golpes por cada cara para que cumpla
con los vacíos, ya que la norma dice que para hacer este ensayo el agua debe poder penetrar en la
mezcla.
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Fotografía 21. Máquina y proceso de compactación manual
Fuente: Elaboración propia
Se dejan enfriar los especímenes en los moldes a la temperatura ambiente tan rápido como sea
posible en una corriente de aire; se sacan de los moldes y se marcan respectivamente.
Ilustración 22. Extracción de briquetas
Fuente: Elaboración propia
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Por último, se llevan las briquetas a la cabina de la máquina Dynapave para su respectiva
etapa de curado por un periodo aproximado de 24 horas y a una temperatura de 20° C
(temperatura controlada por la maquina).
Fotografía 22. Etapa de curado
Fuente: Elaboración propia
6.5.4 Fase 4. Ensayos: Luego de finalizar la etapa de curado se registran las dimensiones de
cada briqueta (diámetro y altura).
6.5.4.1 Procedimiento ensayo prueba de tracción indirecta: A continuación se describe el
procedimiento que se debe tener en cuenta para este ensayo.
Luego de tener las mezclas compactadas se inicia con la clasificación de los especímenes
determinando y registrando su altura y diámetro.
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Fotografía 23: Dimensiones briquetas
Fuente: Elaboración propia.
Luego se procede a determinar y registrar la gravedad especifica bruta descrita por la norma
INV-733 con especímenes superficialmente saturados y otros superficialmente secos, se expresa
el volumen de cada espécimen en centímetros cúbicos.
Se calcula la cantidad de vacíos de aire dividiéndolo en dos grupos con, al menos, tres
especímenes por grupo, procurando que los valores de cantidad de vacíos de aire entre ellos sean
aproximadamente iguales. Se guarda a temperatura ambiente el segundo grupo que va ser
probado en seco.
Determinado el peso saturado y superficialmente seco del espécimen registrándolo como B’.
Se procede a hallar el volumen de agua absorbida J’ mediante la siguiente ecuación J’=B’-A;
donde J’ es el volumen de agua absorbida en cm3, B’ el peso saturado y superficialmente seco
después de la saturación parcial en g (gramos), A el peso del espécimen seco en aire en g
(gramos).
Se determina el grado de saturación S’ comparando el volumen de agua absorbida J’, con el
volumen de vacíos (Vv) con base en la siguiente ecuación 𝑆′ =100𝐽′
𝑉𝑎 dónde: S’ es el volumen de
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agua absorbida en cm3 si el grado de saturación esta entre el 55 y el 80 % se pasa al siguiente
punto, si el grado de saturación es el menor al 55 % se requiere someter al espécimen
nuevamente al proceso de saturación, si el grado se saturación es mayor al 80 % el espécimen es
aceptable.
Inmediatamente después de chequear la saturación se acondicionan los especímenes
parcialmente saturados, colocándolos en un baño de agua destilada a 60 ±1.0°C (140 ± 1.8°F)
durante 24 horas.
Fotografía 24: Baño María
Fuente: Elaboración propia
Se cubre ajustadamente cada espécimen parcialmente saturado con la película de plástico
(papel vinipel) posteriormente se pone cada espécimen cubierto en una bolsa de plástico que
contenga 10± 0,5 ml de agua y se sella la bolsa y se sitúa en un refrigerador con una temperatura
de -18 ± 3 °C con un periodo de 16 horas se retiran los especímenes y se sumergen en un baño de
agua a 60 ± 1.0°C (140±1.8°F) por 24 horas. Después de 3 minutos de inmersión, cuando se
descongele la superficie del espécimen, se retiran la bolsa y la envoltura de los especímenes.
nota: este paso es opcional y se utiliza sí o no, como lo requiera de acuerdo a las condiciones
climatológicas de la carretera.
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Se ajusta la temperatura de los especímenes acondicionados como a los no acondicionados al
agua, colocándolos en un baño a 25 ± 1°C (77 ± 1.8°F) durante 1 hora luego del tiempo se deja en
reposo ±10 min.
Retirándolos y colocándolos rápidamente cada uno de los especímenes en la mordaza lottman
ensayándose a tensión indirecta a una velocidad de carga constante e igual a 50 mm/min se
registra la carga máxima aplicada el ensayo debe continuar hasta que se aprecie una grieta
vertical.
Fotografía 25: Aplicación de carga.
Fuente: Elaboración propia.
Se retira el espécimen de la prensa y se halan las dos mitades para provocar una separación y
poder ver si el agregado grueso se rompió o se separó del asfalto, registrando las observaciones
en un formato.
6.5.4.2 Procedimiento ensayo módulo resiliente: A continuación se describen los pasos a
seguir en el ensayo del módulo resiliente
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Los especímenes deben ser llevados a un proceso de curado durante 24 horas a una
temperatura de 60° C antes de realizar el ensayo
Fotografía 26. Briquetas en curado
Fuente: Elaboración propia
Luego se procede a tomar las respectivas medidas de cada briqueta (diámetro y altura)
Fotografía 27. Toma dimensiones briquetas
Fuente: Elaboración propia
Se colocan 4 aditamentos en cada cara de las briquetas formando una cruz. Estos aditamentos
son pegados con un producto especial de Sika.
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Fotografía 28. Colocación aditamentos
Fuente: Elaboración propia
Una vez se han pegado los aditamentos se deben ubicar los LBDT sobre los aditamentos en
forma de cruz.
Fotografía 29. Colocación LBDT
Fuente: Elaboración propia
Se procede a introducir las briquetas dentro de la maquina (Dynapave) en donde se les
aplicará una carga dinámica a diferentes frecuencias, la cual es registrada por el software a través
de los (LBDT) y se leen las deformaciones y se calcula el módulo resiliente de la mezcla.
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Fotografía 30. Instrumentos para ensayo
Fuente: Elaboración propia
Se analizan las briquetas a una frecuencia de 1,56 Hz, 2,5 Hz y 8 Hz y variando las
temperaturas entre 10, 20 y 30°C.
Fotografía 31: Ensayo módulo resiliente
Fuente: Elaboración propia
6.5.4.3 Procedimiento ensayo ley de fatiga: Se empieza tomando las dimensiones de los
especímenes. Se deben tomar medidas alrededor de las briquetas y se registra su valor promedio
(se considera una precisión de 0.01 mm)
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Fotografía 32. Medición briquetas
Fuente: Elaboración propia
Se localiza un punto en el centro de una cara lateral del espécimen. Se aplica una resina
epóxica alrededor de este punto central y se pega la tuerca de forma tal que el centro de esta
coincida con el punto central de la cara del espécimen. Se debe permitir el curado del epóxico
antes de mover el espécimen.
Se coloca el espécimen en un ambiente cuya temperatura sea 20º C ± 0.5º C, durante un
período de dos horas antes de dar comienzo al ensayo.
Se colocan un par de platinas unidas mediante una liga o banda elástica asegurando que
queden uniformes.
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Fotografía 33. Colocación platinas y banda elástica
Fuente: Elaboración propia
Se realiza el respectivo montaje del espécimen en la máquina para posteriormente ubicar los
deformimetros (LBDT) que van perpendicularmente en los extremos de las platinas.
El actuador debe aplicar la presión en el centro de la briqueta de acuerdo a los esfuerzos que
se especifiquen en el software Dynapave, hasta que la resistencia llegue a la mitad del esfuerzo
soportado por la briqueta (no sobrepasa el 50 %) puesto que este no es un ensayo destructivo.
Fotografía 34. Montaje de la briqueta
Fuente: Elaboración propia
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Se establecen todos los parámetros necesarios en el software como esfuerzo, dimensiones de
briqueta, frecuencia (125 milisegundos); el resto de datos ya se encuentran establecidos por
defecto según la norma que se vaya a trabajar; se atará el actuador y se iteran los LDT
Los datos que se deben tener en cuenta por el programa son los ciclos y deformación que son
los que exige la norma.
Fotografía 35. Software para ensayo de fatiga
Fuente: Elaboración propia
Se procede a analizar las briquetas separándolas en grupos de tres especímenes aplicando una
carga a cada grupo (400 KPa, 300 KPa y 250 KPa respectivamente). Y se registran los ciclos que
resiste cada briqueta.
Fotografía 36: Resistencia a fatiga
Fuente: Elaboración propia
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Se debe procurar poner correctamente los datos necesarios en el software y asegurarse de que
inicie en cero (tarar el programa).
Se selecciona un rango de deformación de tal forma que el espécimen experimente, como
mínimo, 10000 ciclos de carga antes de que su rigidez sufra una reducción del 50 % o menos,
referida a la rigidez inicial.
Un mínimo de 10000 ciclos de carga asegura que la rigidez del espécimen no se reducirá muy
rápidamente.
Una vez seleccionados los parámetros apropiados del ensayo se da inicio al mismo. Se activan
los componentes de medida y control de manera que los resultados del ensayo, en un intervalo de
ciclos de carga seleccionado, son monitoreados y grabados, asegurando con ello la correcta
ejecución del sistema de ensayo. Cuando el espécimen experimente una reducción de más del 50
% de su rigidez, se da por concluido el ensayo.
Fotografía 37. Funcionamiento del programa de fatiga
Fuente: Elaboración propia
Dependiendo del comportamiento de la briqueta, es decir la calidad de la mezcla el ensayo
puede durar medio día o incluso llegar a los dos días.
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7. Análisis de resultados
7.1 Resultados ensayos anteriores
7.1.1 Dosificación mezcla asfáltica:
Gráfico 1: Distribución de material
Fuente: Extracción de diseño de mezcla asfáltica
7.1.2 Resultados método Marshall: Se realizó con el objetivo de conocer el porcentaje
óptimo de asfalto para una mezcla en este caso con adicción de 1.83% de fibra de llanta reciclada
efectuando el ensayo de estabilidad y flujo en acuerdo con la norma de ensayo INV E-748-07.
Tabla 2: Resultados Marshall
PARAMETRO O ENSAYO ESPECIFICACIONES INVIAS (NT2)
Análisis granulométrico de los agregados
extraídos de la mezcla asfáltica I.N.V.E-
782-13
VER CURVA
Extracción cuantitativa del asfalto en
mezclas en caliente para pavimentos
I.N.V.E-732-13
SEGÚN DISEÑO
Estabilidad 7,500(16,875)(N)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
Grava 3/4" Grava 1/2" Arena Filler
15%
30%
52%
3%% d
e m
ater
ial
Material
Distribución del material
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Resistencia de mezcla asfáltica en caliente
empleando el aparato Marshall I.N.V.E
748-13
Flujo 3mm – 5.0 mm
Porcentaje de vacíos de aire en mezclas
asfálticas compactadas densas y abiertas
I.N.V.E- 736-13
3% a 5%
Análisis volumétrico de mezclas asfálticas
compactadas en caliente I.N.V.E-799-13
65% a 78%
Relación estabilidad/flujo (kn/mm) 3kn/mm-5kn/mm
Fuente: Extracción de diseño de mezcla
7.1.3 Resultados estabilidad: Una vez desarrollado el laboratorio del método Marshall se
obtuvo que el porcentaje óptimo de asfalto es de 5.7% con una estabilidad mínima de 11966N la
cual cumple las especificaciones del NT2 del INVIAS.
La grafica muestra el comportamiento de la estabilidad en una mezcla de asfalto (MDC –19)
con fibra de llanta del 1.83%, la cual cumple desde un porcentaje de 4,6% de asfalto a 6.66% ya
que el parámetro mínimo es de 7500N y se obtuvo un valor de 11966N.
Gráfico 2: Estabilidad
Fuente: Extracción de diseño de mezcla
7465,8
11011,67
12380,37 12615,49
9440,83
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
4,57 5,42 5,81 6,41 6,66
Esta
bili
dad
% de asfalto
Estabilidad
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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7.1.4 Resultados flujo: Evidentemente el flujo cumple con los rangos establecidos por la
Norma INVÍAS Art.450, donde da un rango de 3 mm a 5 mm y el obtenido es de 4.87,
garantizando la estabilidad de la mezcla asfáltica, evitando deformaciones de la misma.
Gráfico 3: Flujo
Fuente: Extracción de diseño de mezcla
7.1.5 Relación estabilidad flujo: La relación estabilidad flujo según las especificaciones
INVIAS (Art 450-13) para NT2 tiene un rango de 3Kn/mm a 5Kn/mm en el ensayo se obtuvo un
valor de 2.5Kn/mm el cual no cumple con las anteriores especificaciones.
Gráfico 4: Relación estabilidad / flujo
Fuente: Extracción de diseño de mezcla
4,64,86 4,97
5,78
5,37
4
4,5
5
5,5
6
4,57 5,42 5,81 6,41 6,66
Flu
jo
% de asfalto
Flujo
1,62
2,272,49
2,18
1,76
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
1 2 3 4 5
Rel
ació
n e
stab
ilid
ad/f
lujo
% Asfalto
Relación estabilidad / flujo
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
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7.1.6 Vacíos de aire: Se determinar que la mezcla asfáltica (MDC –19) con un porcentaje de
1.83% de fibra de llanta hay una relación directa entre el porcentaje de vacíos y el porcentaje de
asfalto utilizado. La grafica demuestra que los vacíos con aire cumplirían desde 5.5% a 6%,
cumpliendo los parámetros de la norma INVIAS.
Gráfico 5: Vacíos de aire
Fuente: Extracción de diseño de mezcla
7.1.7 Vacíos agregado mineral: La grafica nos muestra que los porcentajes de mezcla
asfáltica cumplen con la norma INVÍAS Artículo 450 que exige que él % vacío de agregado
mineral debe estar por encima del 15%, obteniendo un valor de 16.79%.
Gráfico 6: Vacíos agregado mineral
Fuente: Extracción de diseño de mezcla
10,09
5,93
3,562,05 1,96
0
2
4
6
8
10
12
4,57 5,42 5,81 6,41 6,66
% V
acio
s m
ezcl
a
% Asfalto
Vacios de aire
19,9217,62 16,53 16,38 17,21
0
5
10
15
20
25
4,57 5,42 5,81 6,41 6,66Vac
ios
agre
gad
o m
iner
al
% Asfalto
Vacios agregado mieral
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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7.1.8 Vacíos lleno de asfalto: Se puede determinar que en una mezcla asfáltica (MDC –19)
con un porcentaje de 1.83% de fibra de llanta los volúmenes llenos de asfalto aumentan a medida
que se adiciona más asfalto a la mezcla, y este se encuentra dentro del rango de 65% a 78% con
un valor de 75.51%. Entre el rango establecido por la norma, los resultados del laboratorio
cumplirían de 5.4 a 5.8% de asfalto.
Gráfico 7: Vacíos llenos de asfalto
Fuente: Extracción de diseño de mezcla
7.1.9 Resultados laboratorio:
Tabla 3: Resultados obtenidos
CARACTERÍSTICAS % ASFALTO
4.57% 5.42% 5.81% 6.41% 6.66%
Estabilidad (KN) 7465.80 11011.67 12380.37 12615.49 9440.83
Flujo (mm) 4.60 4.86 4.97 5.78 5.37
Peso unitario de la
mezcla
2.225 2.310 2.350 2.370 2.352
% Vacíos mezcla
total
10.09 5.93 3.56 2.05 1.96
49,34
66,3378,5
87,49 88,61
0
20
40
60
80
100
4,57 5,42 5,81 6,41 6,66Vai
cos
llen
os
de
asfa
lto
% Asfalto
Vacios llenos de asfalto
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65
%Vacíos llenos de
asfalto
49.34 66.33 78.50 87.49 88.61
Vacíos agregados
minerales
19.92 17.62 16.53 16.38 17.21
% Análisis
volumétrico
50.1 65.7 70 87.9 88.9
Relación
estabilidad/flujo
(KN/mm)
1.62 2.27 2.49 2.18 1.76
Fuente: Extracción de diseño de mezcla
Tabla 4: Especificaciones Marshall
CRITERIOS PARA EL DISEÑO MARSHALL
ESPECIFICACIONES
Tránsito de diseño (ejes
equivalentes de 80Kn(
NT2
Temperatura de compactación
briquetas
140°C
Peso unitario de la mezcla 2,34
Porcentaje óptimo de asfalto 5,7
Estabilidad mínima (N) 7500 11966 SI
Flujo (mm) 3 a 5 4,87 SI
Relación estabilidad/Flujo 3 a 5 2,45 NO
Vacíos con aire 3 a 5 4,12 SI
Porcentaje vacíos agregados
mineral
T Max
19mm y Tmin
15%
16,79% SI
Vacíos llenos de asfalto (VFA) 65 a 78 75,51 SI
Relación llenante asfalto efectivo 0,8 a 1,2 0,99 SI
Fuente: Extracción de diseño de mezcla
7.2 Análisis de resultados: Luego de obtener los resultados de los ensayos de estabilidad
de flujo y Marshall se procede a realizar los ensayos de verificación (adherencia, módulo
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resiliente y fatiga) teniendo en cuenta la recomendación en la tesis anterior de utilizar un
contenido de asfalto del 5,5%
7.2.1 Análisis ensayo adherencia: A continuación se muestran los resultados obtenidos para
adherencia realizados a 6 briquetas; 3 en estado seco y 3 luego de 24 horas en baño María para
analizar su comportamiento en condiciones de humedad.
Se evidencia que las resistencia de las briquetas disminuye sustancialmente luego que es
sometida a proceso de saturación.
Además la adherencia que presenta la mezcla (69%) no alcanza a cumplir con las
especificaciones requeridas por la norma MDC 19 (80%) aun así no se considera una reducción
significativa.
Tabla 5: Resultados adherencia
Propiedad Símbolo o
formula
Briqueta
1
Briqueta
2
Briqueta
3
Briqueta
4
Briqueta
5
Briqueta
6
Diámetro
(mm) D 101 101 101 101 101 101
Espesor (mm) t 62.0 61.0 62.0 61.0 62.0 62.0
Masa seca al
aire (g) A 1131.61 1135.29 1126.42 1129.61 1129.85 1143.60
Masa SSS (g) B 1119.08 1114.95 1112.99 1115.17 1110.62 1128.94
Masa en el
agua (g) C 640.990 640.970 639.670 638.960 638.910 648.920
Volumen
(cm3) E=B-C 478.090 473.980 473.320 476.210 471.710 480.020
Gravedad
especifica
Bulk
(g/cm^3)
F=A/E 2.367 2.395 2.380 2.372 2.395 2.382
Gravedad
especifica
máxima
(g/cm^3)
G 2.570 2.570 2.570 2.570 2.570 2.570
% de vacíos
con aire
H=(1-(F/G))
*100 7.901 6.800 7.400 7.701 6.801 7.300
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DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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Volumen de
vacíos con
aire (cm^3)
I=HE/100 37.775 32.233 35.024 36.673 32.080 35.039
Carga (N) P 11830 11870 11890
Saturación mediante vacío
Masa SSS (g) B' 1150.58 1147.91 1163.43
Masa en el
agua (g) C' 673.900 676.200 682.930
Volumen
(cm3) E'=B'-C' 476.680 471.710 480.500
Volumen
absoluto de
agua(cm3)
J'=B'-A 20.970 18.060 19.830
% Saturación 100J'/l 57.181 56.297 56.593
%
Hinchamiento 100 (E'-E) /E 0.099 0.000 0.100
Acondicionamiento de 24 h en agua
Espesor (mm) t" 62 63 63
Masa SSS (g) B" 1161.300 1157.300 1173.700
Masa en el
agua (g) C" 684.600 685.200 693.200
Volumen
(cm3) E" 476.700 472.200 480.500
Volumen
absoluto de
agua(cm3)
J"=B"-A 31.690 27.450 30.100
% Saturación 100J"/I 86.412 85.568 85.903
%
Hinchamiento 100(E"-E) /E 0.103 0.104 0.100
Carga (N) P" 8580 8101 8330
Resistencia
seca (kPa) Rts=2000P/πtD 1202.685 1226.534 1208.785
Resistencia
húmeda (kPa) Rts=2000P"/πt'D 872.277 810.507 833.419
RRT (%) (Rth/Rts) *100 69.2
Fuente: Laboratorios Echeverry ingeniería y ensayos S.A.S
7.3Análisis de resultados ensayo módulo resiliente: A continuación se muestran los
resultados obtenidos en el laboratorio para el ensayo de módulo resiliente en 3 briquetas para las
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cuales se variaron las temperaturas y frecuencias entre 10, 20 y 30°C y 1.56, 2.5 y 8 Hz
respectivamente.
Tabla 6: Resultados briqueta 1
Dimensiones Briquetas B1
Espesor (cm): 6.24
Diámetro (cm): 10.21
Briqueta B1 B1 B1
Frecuencia 1.56
Hz
2.5 Hz 8 Hz
Temperatura 10°C
Modulo Dinámico (Mpa)
Cara 1
8834 9880 11708
Modulo Dinámico (Mpa)
Cara 2
9024 9882 11869
Promedio 8929 9881 11789
Briqueta B1 B1 B1
Frecuencia 1.56
Hz
2.5 Hz 8 Hz
Temperatura 20°C
Modulo Dinámico (Mpa)
Cara 1
4491 5113 6366
Modulo Dinámico (Mpa)
Cara 2
4283 4916 6263
Promedio 4387 5015 6315
Briqueta B1 B1 B1
Frecuencia 1.56
Hz
2.5 Hz 8 Hz
Temperatura 30°C
Modulo Dinámico (Mpa)
Cara 1
1704 1879 2654
Modulo Dinámico (Mpa)
Cara 2
1664 1806 2441
Promedio 1684 1843 2548
Fuente: Laboratorios Echeverry ingeniería y ensayos S.A.S
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Tabla 7: Resultados briqueta 2
Dimensiones Briquetas B2
Espesor (cm): 6.34
Diámetro (cm): 10.2
BRIQUETA B2 B2 B2
Frecuencia
1.56 Hz
2.5 Hz
8 Hz
Temperatura 10°C
Modulo Dinámico (Mpa) Cara 1
8697 9698 11468
Modulo Dinámico (Mpa) Cara 2
8580 9580 11606
Promedio 8639 9639 11537
BRIQUETA B2 B2 B2
Frecuencia
1.56 Hz
2.5 Hz
8 Hz
Temperatura 20°C
Modulo Dinámico (Mpa) Cara 1
4443 5149 6323
Modulo Dinámico (Mpa) Cara 2
4315 5016 6478
Promedio 4379 5083 6401
BRIQUETA B2 B2 B2
Frecuencia
1.56 Hz
2.5 Hz
8 Hz
Temperatura 30°C
Modulo Dinámico (Mpa) Cara 1
1665 1852 2477
Modulo Dinámico (Mpa) Cara 2
1510 1928 2270
Promedio 1588 1890 2374
Fuente: Laboratorios Echeverry ingeniería y ensayos S.A.S
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
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Tabla 8: Resultados briqueta 3
Dimensiones Briquetas B3
Espesor (cm): 6.35
Diámetro (cm): 10.18
BRIQUETA B3 B3 B3
Frecuencia 1.56 Hz 2.5 Hz 8 Hz Temperatura 10°C
Modulo Dinámico (Mpa) Cara 1
8601 9767 11948
Modulo Dinámico (Mpa) Cara 2
8676 9607 11577
promedio 8639 9687 11763
BRIQUETA B3 B3 B3
Frecuencia 1.56 Hz 2.5 Hz 8 Hz Temperatura 20°C
Modulo Dinámico (Mpa) Cara 1
4577 5227 6275
Modulo Dinámico (Mpa) Cara 2
4251 5200 6338
promedio 4414 5214 6307
BRIQUETA B3 B3 B3
Frecuencia 1.56 Hz 2.5 Hz 8 Hz Temperatura 30°C
Modulo Dinámico (Mpa) Cara 1
1480 1794 2381
Modulo Dinámico (Mpa) Cara 2
1649 1854 2494
promedio 1565 1824 2438
Fuente: Laboratorios Echeverry ingeniería y ensayos S.A.S
Para analizar el comportamiento que sufre la muestra en el ensayo de módulo resiliente se
muestra el siguiente gráfico, el cual evidencia las variaciones de las briquetas sometidas a
diferentes temperaturas bajo la acción de una carga repetida.
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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Gráfico 8: Módulo resiliente a 1,56 Hz
Fuente: Laboratorios Echeverry ingeniería y ensayos S.A.S
Gráfico 9: Módulo resiliente a 2,5 Hz
Fuente: Laboratorios Echeverry ingeniería y ensayos S.A.S
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 5 10 15 20 25 30 35
Mó
du
lo d
inam
ico
(M
pa)
Temperatura (°C)
MÓDULO RESILIENTE TRACCIÓN INDIRECTA1.56 Hz
Briqueta 1
Briqueta 2
Briqueta 3
curva maestra 1.56 Hz
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 5 10 15 20 25 30 35
Mó
du
lo d
inam
ico
(M
pa)
Temperatura (°C)
MÓDULO RESILIENTE TRACCIÓN INDIRECTA2.5 Hz
Briqueta 1
Briqueta 2
Briqueta 3
curva maestra 2.5 Hz
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Gráfico 10: Módulo resiliente a 8 Hz
Fuente: Laboratorios Echeverry ingeniería y ensayos S.A.S
7.4 Análisis de resultados ensayo ley de fatiga: A continuación se presentan los resultados
que se obtuvieron en el los laboratorios para nueve briquetas distribuidas en grupos de tres a las
cuales se les aplicaron diferentes esfuerzos para determinar la cantidad de ciclos que puedan
resistir.
Con los resultados obtenidos se observa que la mezcla asfáltica con adición de fibra de llanta
da una buena resistencia fatiga debido a la cantidad de ciclos que alcanza las briquetas.
Tabla 9: Resultados ley de fatiga
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 5 10 15 20 25 30 35
Mo
du
lo d
inam
ico
(M
pa)
Temperatura (°C)
MÓDULO RESILIENTE TRACCIÓN INDIRECTA8 Hz
Briqueta 1
Briqueta 2
Briqueta 3
curva maestra a 8 Hz
Briqueta Esfuerzo
(KPa)
Modulo
(Mpa)
#Ciclos Strain(με)
1 250 5392 180000 110
2 250 5385 178500 112
3 250 5330 177600 115
4 300 5596 75100 125
5 300 5420 73800 130
6 300 5691 76200 135
7 400 5545 25400 180
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73
Fuente: Laboratorios Echeverry ingeniería y ensayos S.A.S
Gráfico 11: Ley de fatiga
Fuente: Laboratorios Echeverry ingeniería y ensayos S.A.S
y = 1659,1x-0,224
R² = 0,9648
10
100
1000
10000 100000 1000000
De
form
acio
n m
axim
a h
ori
zon
tal(με)
Numero de ciclos de falla
LEY DE FATIGA-MEZCLA ASFÁLTICA MDC-19
8 400 5418 24350 169
9 400 4381 22200 178
ɛ 75.1 E-6
b -0.224
α 4.464
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8. Conclusiones
La adherencia que presenta la mezcla asfáltica no alcanza a cumplir con el porcentaje que
recomienda la norma MDC-19 que es de un ochenta por ciento. Debido a la gran cantidad de
material fino que se está empleando en el diseño de mezcla pues se combinan la adición de filler
y fibra de llanta los cuales tienden a absorber gran cantidad de material asfaltico, evitando que se
distribuya de manera homogénea por toda la mezcla. Esto se logra evidenciar al momento de
fallar las briquetas pues se observan partes con puntos blancos que hacen referencia a la falta de
contenido asfaltico.
Los resultados obtenidos en los ensayos de módulo resiliente para temperaturas de 10°C
logran cumplir con los parámetros que se establecen para mezclas de alto modulo, siendo la
mezcla de nosotros una mezcla normal simplemente con una variación de adición de fibra de
llanta.
En condiciones de altas temperaturas el módulo resiliente baja significativamente por lo cual
podría no considerarse adecuado para zonas con esta característica como lo es el Meta; de igual
forma como la MDC-19 solo establecen valores para mezclas de alto modulo para las otras
muestras se deben tener presente los valores mínimos y máximos fijados en la documentación.
De igual forma se puede considerar adecuada la mezcla para zonas con una temperatura
promedio de 20°C.
La mezcla da como resultado una buena resistencia a la fatiga debido a que la norma exige un
mínimo de 10000 ciclos de carga antes de que la rigidez sufra una reducción del cincuenta por
ciento (50%). Con lo cual se garantiza que la rigidez del espécimen no se reducirá muy
rápidamente.
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9. Recomendaciones
Se recomienda empezar a tener en cuenta realizar el reemplazo de material como lo sería el
filler; hacer una reducción en la cantidad que se adiciona a la mezcla asfáltica debido a que se
está agregando fibra de llanta la cual ya absorbe gran cantidad de asfalto y debido a esto se
presenta la baja adherencia.
Modificar la cantidad de filler no solamente por la fibra de llanta sino también el hecho de
que el porcentaje de asfalto adicionado a la mezcla es bastante alto y no solo se busca una
contribución ambiental sino también una reducción de costos de pavimentación.
Tener presente que por las condiciones climáticas de la ciudad de Bogotá que fue donde se
llevaron a cabo los ensayos de laboratorio, se dificultaba un poco más conservar la temperatura
adecuada de la mezcla (140°C) para la compactación de la briquetas, siendo necesario en
ocasiones volver a calentar dicho material; por lo cual se pudo afectar algún resultado de los
ensayos.
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76
10. Referencias
Guio, E. y Sánchez, H. (2013). MEZCLAS ASFÁLTICAS RECICLADAS Y SU USO EN
CAPAS GRANULARES PARA PAVIMENTOS (Tesis de especialización) Universidad
Santo Tomas, Tunja, Colombia.
Reyes, O., Troncoso, J. y Camacho, J. (2006) COMPORTAMIENTO MECÁNICO Y
DINÁMICO DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA CON ADICIÓN DE CENIZAS
VOLANTES (Tesis de especialización) Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá,
Colombia.
Forigua, J. y Pedraza, E. (2014). DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS
MEDIANTE LA ADICIÓN DE DESPERDICIOS PLÁSTICOS (Tesis de especialización)
Universidad Católica de Colombia, Bogotá, Colombia.
Rodríguez, K. (2005) DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MODIFICADAS MEDIANTE
LA ADICIÓN DE DESPERDICIOS PLÁSTICOS (Tesis de pregrado) Universidad
Pontificia Javeriana, Bogotá, Colombia.
Arana, M., Catillo, D. y Soler, L. (2016) VIABILIDAD TÉCNICA DE OBTENCIÓN DE UN
DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83% DE FIBRA DE
LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE EL 4.9% Y EL
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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5.9%, QUE CUMPLA CON LA NORMATIVIDAD DEL INVIAS (Tesis de pregrado)
Universidad Cooperativa de Colombia, Villavicencio, Colombia.
Briones, G. (2006). Evaluación Educacional. Tercera Edición. Bogotá, D.C. Colombia.
Editorial Andrés Bello.
INVÍAS (2013). Documentos técnicos. Manual de diseño de pavimentos asfálticos para vías con
bajos volúmenes de tránsito.
Rodríguez, R. & Duarte, J. (2005). Tesis denominada "Modificación de un asfalto con caucho
reciclado de llanta para su aplicación de pavimentos". Colombia, Bucaramanga.
Tamayo y Tamayo, M. (2004). El proceso de la investigación científica, (4ta ed.). México: LImusa.
Pp. 111-141.
S. MINAYA & A. ORDOÑEZ (2006) “Diseño moderno de pavimentos asfalticos” Universidad
Nacional De Ingeniería.
Universidad de los Andes (2002). “Estudios de las mejoras mecánicas de mezcla asfáltica con
desechos de llantas”.
Pontificia Universidad Javeriana (2012). “Variación de las propiedades dinámicas de las mezclas
elaboradas con asfaltos colombianos 60-70 y 80-100, después de ser sometidas a procesos
de envejecimiento de corto plazo”.
Lanamme (2005). Determinación de leyes y una especificación costarricense para fatiga de mezclas
asfálticas en caliente
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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78
REVISTA Universidad EAFIT Vol. 42. No. 143. 2006. pp. 72-88 “Comportamiento dinámico de
mezclas asfálticas”.
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11. Anexos
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CUMPLE CON LA NORMATIVIDAD DEL INVIAS |Armando Castro, Luis Diaz, Mónica Umbarila
82
VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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VERIFICACIÓN DEL DISEÑO PRELIMINAR DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA ADICIONADA CON 1.83%
DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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DE FIBRA DE LLANTA RECICLADA, CON PORCENTAJES DE ASFALTO ENTRE 5.5% Y EL 5.8%, QUE
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