ANÁLISIS DE LOS PROYECTOS ‘’VIABILIDAD TÉCNICA DE UN ...
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ANÁLISIS DE LOS PROYECTOS ‘’VIABILIDAD TÉCNICA DE UN DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA MODIFICADA CON FIBRA DE LLANTAS RECICLADAS EN PROPORCIÓN DE MEZCLA ENTRE EL 0 Y 2,5 Y EL 2,5 Y 5%’’, CON EL FIN DE LA REALIZACIÓN Y PUBLICACIÓN DE UN ARTÍCULO NAYIRETH AMANDA GOMEZ FLOREZ YURI VANESSA MORALES NIÑO JESSICA LORENA HERRERA GUTIERREZ UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍAS PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL SEDE VILLAVICENCIO 2016 3
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ANÁLISIS DE LOS PROYECTOS ‘’VIABILIDAD TÉCNICA DE UN DISEÑO DE
MEZCLA ASFALTICA MODIFICADA CON FIBRA DE LLANTAS RECICLADAS EN
PROPORCIÓN DE MEZCLA ENTRE EL 0 Y 2,5 Y EL 2,5 Y 5%’’, CON EL FIN DE LA
REALIZACIÓN Y PUBLICACIÓN DE UN ARTÍCULO
NAYIRETH AMANDA GOMEZ FLOREZ
YURI VANESSA MORALES NIÑO
JESSICA LORENA HERRERA GUTIERREZ
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
SEDE VILLAVICENCIO
2016
3
ANÁLISIS DE LOS PROYECTOS ‘’VIABILIDAD TÉCNICA DE UN DISEÑO DE
MEZCLA ASFALTICA MODIFICADA CON FIBRA DE LLANTAS RECICLADAS EN
PROPORCIÓN DE MEZCLA ENTRE EL 0 Y 2,5 Y EL 2,5 Y 5%’’, CON EL FIN DE LA
REALIZACIÓN Y PUBLICACIÓN DE UN ARTÍCULO
NAYIRETH AMANDA GOMEZ FLOREZ
YURI VANESSA MORALES NIÑO
JESSICA LORENA HERRERA GUTIERREZ
Revisión de literatura 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 INGENIERÍAS
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
VILLAVICENCIO
2016
5
AUTORIDADES ACADÉMICAS
Dr. CESAR AUGUSTO PÉREZ LONDOÑO
DIRECTOR ACADÉMICO SEDE VILLAVICENCIO
Dr. HENRY VERGARA BOBADILLA
SUBDIRECTOR
MARENA DEL PILAR PINEDA
SUBDIRECTORA DE PROYECCION INSTITUCIONAL
Dra. RUTH EDITH MUÑOZ JIMENÉZ
SUBDIRECTORA DE DESAROOLLO INSTITUCIONAL
Ing. RAÚL ALARCÓN BERMÚDEZ
DECANO FACULTAD DE INGENIERÍAS
Ing. MARÍA LUCRECIA RAMÍREZ SUÁREZ
JEFE DE PROGRAMA
Ing. SAULO ANDRÉS OLARTE BURITICA
COORDINADOR DE INVESTIGACIÓN PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
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Página de aceptación:
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Jurado
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Jurado
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Jurado
Villavicencio, Octubre de 2016.
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PAGINA DE ADVERTENCIA
La Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio
no se responsabiliza de los conceptos emitidos por los autores
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A Dios que me dio la vida, el cual nunca me soltó de su mano y me formó como Ingeniera Civil,
a mis padres y hermanos, Gracias a ellos que con gran esfuerzo hicieron que este sueño y meta
propuesta hoy sea realidad , este logro es para ellos.
Nayireth Amanda Gómez Flórez
A Dios por ser parte fundamental en los momentos de angustia y dificultad, a mis padres y
hermanas por ser parte de este sueño, en especial a mi madre MARILU NIÑO DELGADILLO por
brindarme su apoyo incondicional, y a mi gran amor y motivo de lucha, mi hija SALOME GOMEZ
MORALES, este logro es para ellos.
Yuri Vanessa Morales Niño
Agradezco a Dios, a mi abuela, a mis padres, hermanos y demás personas que me acompañaron, por
ser un ejemplo de perseverancia y constancia que los caracteriza y que me han infundado siempre, por el
valor para salir adelante y por su amor, par así lograr este sueño que hoy se ha cumplido gracias a ellos.
Jessica Lorena Herrera Gutiérrez
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AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo no hubiera sido posible sin la valiosa colaboración y compañía del Ing. Juan
Manuel Cruz Rodríguez, docente hora cátedra de la Universidad Cooperativa de Colombia, quien
nos orientó como Asesor técnico.
Los autores.
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Utilización en Mezclas asfalticas de llantas reciclables en proporción de mezcla entre (0 y
el 2.5%) y (2.5 y el 5%)*
Nayireth Amanda Gómez Flórez**†
Jessica Lorena Herrera Gutiérrez***‡
Yuri Vanessa Morales Niño****§
“Una vez agotada el agua en el planeta, ni lagrimas tendremos para lamentarnos”
Héctor Villalba Labrador.
“Vivimos en el fondo de un océano del elemento aire, el cual, mediante una experiencia
incuestionable, se demuestra que tiene peso”.
Torricelli, 1643.
________________________ * Este artículo se produce como requisito para obtener el título de Ingeniero Civil de la Universidad Cooperativa de
Colombia. **Estudiante de la Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Civil, Villavicencio.
2016. [email protected] *** Estudiante de la Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Civil,
Villavicencio. 2016. [email protected] **** Estudiante de la Universidad Cooperativa de Colombia, Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Civil,
Villavicencio. 2016. [email protected]
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Resumen
Las investigaciones bases del presente parten de un proyecto de investigación Marco
denominado: “DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS MODIFICADAS MEDIANTE EL USO
DE PRODUCTOS NO BIODEGRADABLES”, dirigido por el ingeniero Juan Manuel Cruz
Rodríguez , y cuya finalidad es verificar la viabilidad de uso de materiales no biodegradables en el
diseño de mezclas asfálticas, con el fin de dar recomendaciones de uso, encontrar una salida a la
disposición final de los materiales y no obstante verificar la posible mejora en la calidad propia de
las mezclas asfálticas.
Por lo cual es de obligatorio cumplimiento reconocer el aporte científico realizado por: El
ingeniero Juan Manuel Cruz Rodríguez en su calidad de Director General del proyecto y a su vez
Asesor técnico de los estudiantes Lina Andrea Herrera Díaz, Miyer Amilkar Nunpaque Barajas,
Ruddy Xiomara Oliveros Álvarez, con respecto al trabajo denominado “Viabilidad técnica de un
diseño de mezcla para la elaboración de asfalto modificado con llantas reciclables usando fibra de
llanta en proporción de mezcla entre el 0 y el 2.5%”, y los estudiantes Herder Fabián Burgos García,
Angie Estefani Hernández Hortua, Juan Diego Rojas Hernández, por el proyecto denominado
“Viabilidad técnica de un diseño de mezcla para la elaboración de asfaltos modificados con llantas
reciclables usando fibra de llanta en proporción de mezcla entre el 2.5 y el 5%”; pertenecientes al
programa de Ingeniería Civil, año 2015, de la Universidad Cooperativa de Colombia, sede
Villavicencio. Proyectos que permitieron la realización del presente artículo que tuvo objeto
determinar la viabilidad técnica de la utilización en asfalto de llantas reciclables en proporción de
mezcla entre (0 y el 2.5%) y (2.5 y el 5%) en la ciudad de Villavicencio; empleando el método
Marshall, mediante el ensayo de viabilidad y flujo de acuerdo con la norma de ensayo INV E 07.
Del Instituto Nacional de Vías (INVÍAS). Los ejes temáticos se desarrollan desde la óptica
conceptual o teórica, seguido de un enfoque o investigación de carácter experimental, en donde se
determinaron las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas modificadas con caucho, como
también la caracterización de los materiales que componen dicha mezcla.
Palabras clave: viabilidad técnica, diseño de mezcla, mezcla asfáltica modificada, llantas
reciclables, fibra de llanta.
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Abstract
The present research is based on a Framework research project entitled "DESIGN OF
ASFALTIC MIXTURES MODIFIED BY THE USE OF NON-BIODEGRADABLE
PRODUCTS", directed by the engineer Juan Manuel Cruz Rodríguez, and whose purpose is to
verify the feasibility of using non-bio- Biodegradable in the design of asphalt mixtures, in order to
give recommendations of use, to find an outlet to the final disposal of the materials and nevertheless
verify the possible improvement in the own quality of the asphalt mixtures.
Therefore, it is mandatory to acknowledge the scientific contribution made by: Engineer
Juan Manuel Cruz Rodríguez in his capacity as General Director of the project and in turn Technical
Advisor to the students Lina Andrea Herrera Díaz, Miyer Amilkar Nunpaque Barajas, Ruddy
Xiomara Oliveros Álvarez , With respect to the work called "Technical feasibility of a mix design
for the production of modified asphalt with recyclable tires using rim fiber in a mixing ratio between
0 and 2.5%", and the students Herder Fabian Burgos García, Angie Estefani Hernández Hortua,
Juan Diego Rojas Hernández, for the project called "Technical feasibility of a mix design for the
production of asphalts modified with recyclable tires using rim fiber in a 2.5 to 5% blend ratio";
Belonging to the program of Civil Engineering, year 2015, of the Cooperative University of
Colombia, Villavicencio headquarters. Projects that allowed the realization of the present article
that had the objective of determining the technical viability of the use of asphalt recyclable tires in
a mixture ratio between 0 and 2.5% and 2.5% and 5% in the city of Villavicencio; Using the
Marshall method, through the feasibility and flow test according to the test standard INV E 07.
From the National Institute of Roads (INVÍAS). The thematic axes are developed from a conceptual
or theoretical perspective, followed by an experimental approach or research, where the mechanical
properties of rubber-modified asphalt mixtures were determined, as well as the characterization of
the materials composing the mixture.
Key words: technical feasibility, blend design, modified asphalt mix, recyclable tires, rim fiber.
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Introducción
La problemática y formulación conllevan a establecer que, debido al aumento del parque
automotor en la ciudad de Villavicencio, se ha venido visualizando una problemática de los
elementos no biodegradables desechados por los vehículos, específicamente las llantas de los
mismos, que se han venido convirtiendo en un problema de contaminación ambiental dada la no
reciclabilidad de las mismas y por lo tanto el no aprovechamiento de ellas.
Estos desechos son arrojados en los principales corredores viales de Villavicencio, dándole
un mal aspecto a la ciudad, dichos elementos adicionalmente en zonas como la nuestra, tropicales,
permiten empozamientos de agua que generan la proliferación de enfermedades por la incubación
de zancudos.
Complementando lo anterior, se pretende buscar una viabilidad técnica en una mezcla
asfáltica modificada con fibra de llanta reciclada, de tal manera que cumplan con los parámetros
establecidos por la norma INVÍAS para el diseño de mezclas asfálticas en caliente; todo esto con
el fin de darle un uso a un material no biodegradable como lo son las llantas desechadas por los
carros y así poder contribuir en la disminución del impacto ambiental que generan dichos desechos.
Al incursionar en la temática sobre la viabilidad técnica de un diseño de mezclas asfálticas
modificadas con llantas reciclables usando fibra de llantas en proporción de mezcla entre el (0 y el
2.5%) y (2.5 y el 5%); surge la posibilidad de formular los siguientes objetivos: 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 0 y el 2,5%, 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); determinar el porcentaje óptimo de fibra de llanta reciclada por el método de
Marshall (entre el 2,5 y el 5%), efectuando el ensayo de estabilidad y flujo en acuerdo con la norma
de ensayo INV E – 748 – 07; reportar los resultados de laboratorio que hacen referencia al
comportamiento de peso unitario mezcla, estabilidad, flujo, vacíos mezcla total, vacíos llenos de
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asfalto, vacíos agregados mineral y la relación estabilidad / flujo de las mezclas asfálticas
modificadas con fibra de llanta reciclada.
Para la realización de este trabajo se usaron tres materiales esenciales para la mezcla, los
cuales son: asfalto, agregados pétreos y fibra de llanta reciclada; a los agregados pétreos se les
efectúo la caracterización bajo las especificaciones de la Norma INVÍAS – 13, siendo estos
extraídos del rio Guayuriba, asfalto AC - 20 y la fibra de llanta reciclada de la reencauchadora
Centauros. Con estos elementos se realizó un diseño Marshall para mezclas densas en caliente
convencionales (MDC-19), a las cuales se les agrego fibra de llanta reciclada por vía seca en
porcentajes de llanta (0 - 5%), esto con el ánimo de mejorar la durabilidad de las vías con nivel de
tránsito NT2 y de elaborar un diseño con las proporciones de materiales y de fibra de llanta
reciclada óptimo para el uso de las mezclas asfálticas modificadas.
Debido a las problemáticas planteadas se busca dar solución a la siguiente pregunta: ¿El
porcentaje de fibra de llanta reciclada en proporción de mezcla entre el 0 y 5% generara cambios
positivos al adherirse con el asfalto, y sobre todo cumpliendo la Normatividad exigida por el
INVIAS para este tipo de mezcla?
Para dar respuesta a la pregunta problema surgen los siguientes objetivos específicos:
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 0 y 5%) con muestras cada (0.5%), mediante el
ensayo de estabilidad y flujo de acuerdo con la norma de ensayo INV E - 748 – 07, del Instituto
Nacional de Vías (INVÍAS).
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Antecedentes
Como investigaciones similares en el orden porcentual de la proporción de mezcla, se
destacan los siguientes aspectos: Los autores Ricardi Rodríguez y José Duarte, quienes se
enfocaron en la elaboración de un asfalto modificado con caucho reciclado de llantas, proponiendo
un esquema de aprovechamiento de los residuos sólidos que representen las llantas usadas, con el
fin de ofrecer una alternativa de solución a los problemas que afecten el asfalto y consecuentemente
a las carpetas asfálticas. Para la elaboración del asfalto modificado se tuvo en cuenta las variables
de proceso; temperatura de modificación, tiempo de modificación, tamaño de partícula y contenido
de llantas en el asfalto. (Ángulo & Duarte, 2005, p. 52).
Se sintetiza que se pudo determinar que el tamaño medio de partículas de llantas fue de
0.595 mm correspondiente al tamiz N 30 por lo cual se alcanzó un mayor acumulamiento de materia
en el tamiz N 50, esto indica un resultado similar al trabajo desarrollado por otras entidades como
el IDU en Colombia y CALTRANS en USA. De manera general se apreció una tendencia en los
tamaños de partículas del material empleado, que indica la presencia de un mayor porcentaje de
gruesos en comparación con los finos presentes. (Ángulo & Duarte, 2005, p. 52).
En la ciudad de Bucaramanga se llevó a cabo un estudio sobre la “Modificación de un asfalto
con caucho reciclado de llanta para su aplicación en pavimentos” en el año 2005, en la Universidad
Industrial De Santander, facultad de Ingeniería Fisicoquímica, el cual tenía como objetivo principal
el aprovechamiento de los residuos sólidos que representan las llantas usadas, con el fin de ofrecer
una alternativa de solución a los problemas que afectan al asfalto y consecuentemente a las carpetas
asfálticas, y la contaminación producida por dichos residuos, situación que aún no ha sido resuelta
a nivel nacional y que continua afectando significativamente la estabilidad ambiental. Ángulo &
Duarte (2005).
En la ciudad de Bogotá se realizó una investigación acerca de "Segunda fase del estudio de
las mejoras mecánicas de mezclas asfálticas con desechos de llantas" en el año 2005, en la
Universidad de los Andes, junto con el Instituto de desarrollo urbano (IDU), facultad de Ingeniería
Civil. Donde su objetivo primordial era el empleo del Grano de caucho reciclado (GCR) como
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modificador del ligante y como mejorador de la mezcla asfáltica para su uso en la construcción de
pavimentos flexibles, en donde el provecho de esta investigación puedan verse reflejados en una
disminución de espesores en las capas asfálticas con respecto a los pavimentos asfalticos utilizados
hoy día con materiales convencionales para una misma vida útil establecida. (Universidad de los
Andes, 2005, p. 9).
En la ciudad de Villavicencio se llevó a cabo la tesis sobre la “Viabilidad técnica de un
diseño de mezcla para la elaboración de asfaltos modificados con llantas reciclables” en el año
2014, en la Universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio, facultad de Ingeniería Civil,
el cual tuvo como objetivo principal plantear nuevas alternativas en el desarrollo del sector vial de
Villavicencio ayudando a generar soluciones a los problemas ambientales producidos por la
indebida disposición de las llantas usadas que se encuentran tiradas sobre el casco urbano y rural
de la ciudad de Villavicencio.
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Metodología
Por las características de la temática abordada se enmarcó dentro de la investigación
experimental, (Lerma, 2009, p. 68).
El esquema del diseño experimental clásico fue el siguiente: Se tienen en cuenta dos grupos:
el experimental y el de control; la selección de los elementos para pertenecer a cualquiera de los
dos grupos es aleatoria (A); se realizan mediciones u observaciones (O1) a los elementos de los dos
grupos antes de aplicarle la variable independiente (X) al grupo experimental, y se realizan
observaciones a los dos grupos (02) después de la aplicación de la variable independiente al grupo
experimental.
Grupo experimental: A O1 x O2
Grupo control: A O1 O2
A: selección al azar o aleatoria.
O1 observaciones y mediciones al iniciar el estudio.
O2: observaciones y mediciones al finalizar el estudio.
X: variable independiente (tratamiento)
La muestra correspondió a un porcentaje (0- 5%) de fibra de llanta mezclada con asfalto.
Tabla 1. Muestra por cada porcentaje de fibra de llanta.
Porcentaje de fibra de llanta N° de briquetas
0.5% 3
1% 3
1.5% 3
2% 3
2.5% 3
3% 3
3.5% 3
4% 3
5% 3 Fuente. Elaboración propia. 2015.
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Todas las briquetas se sometieron a compresión tanto para determinar el porcentaje óptimo
de asfalto como para determinar la incidencia de la fibra de llanta en la MDC-19, obteniendo los
siguientes resultados. Para el caso de la proporción entre la mezcla (0 y 5%), se desarrolló la
investigación experimental - analítico. Los materiales pétreos a utilizar en este diseño Marshall son
provenientes de la fuente del rio Guayuriba con una cantera de la empresa de Murcia & Murcia, se
realizaron los respectivos ensayos especificados por la norma INVÍAS (2013), con el fin de que
cada material cumpla con los parámetros establecidos por el Instituto Nacional de Vías. A
continuación, se relacionan cada uno de los ensayos utilizados con sus respectivos resultados para
la realización de una mezcla densa en caliente- 19 (MDC-19) en la (Tabla 2).
Tabla 2. Caracterización del agregado pétreo.
REQUISITOS DE LOS AGREGADOS PARA BASE GRANULAR
NORMA ENSAYO REQUISITO RESULTADO
INV-E 123-13 Análisis granulométrico de suelo por tamizado MDC-19 Ver Gráfico
INV-E 218-13
Resistencia al desgaste de los agregados
de tamaños menores de 37,5mm (va")
por medio de la máquina de los ángeles
500 revoluciones Max. 25% 24%
100 revoluciones Max. 5% 4%
INV-E 238-13 Determinación de la resistencia del agregado grueso al
desgaste por abrasión utilizando el aparato microdeval Max. 25% 7,10%
INV-E 200-13 Sanidad de los agregados frente a la acción de las soluciones Max. 18% 0,23%
INV-E 125-13 Determinación del límite liquido de los suelos ... N.L
INV-E 126-13 Determinación del límite plástico e índice de plasticidad de
suelo
Max.0% N.P
INV-E 133-13 Equivalente de arena Min.50% 68%
INV-E 230-13
Índices de alargamiento Max.10% 10%
Índices de aplanamiento 10%
INV-E 227-13 Caras fracturadas Una cara Min.75% 78%
Dos caras Min.60% 74%
INV-E 239-13 Angularidad de la fracción fina Mln.45% 46%
Fuente. Elaboración propia. 2015.
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Marco teórico
Materiales asfálticos. Según Alfonso Montejo Fonseca, en su libro “Evaluación
estructural”, obras de mejoramiento y nuevas tecnologías.
A continuación, se describe referentes teóricos de los asfaltos del petróleo con mayor
empleabilidad.
Los asfaltos son el resultado directo de la destilación del petróleo crudo, ya sea ésta
realizada natural o industrialmente. El asfalto natural se forma cuando el crudo sube a la superficie
terrestre a través de grietas. La acción del sol y del viento separa los aceites ligeros y los gases,
dejando un residuo negro y plástico, que es el asfalto natural. La mayor parte de los asfaltos
naturales están impregnados con un alto porcentaje de arcilla o de arena muy fina, recogidas durante
el viaje del crudo hacia la superficie terrestre.
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 parafínica. 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
parafínica se oxidan paulatinamente al exponerse al aire, dejando un producto pulverulento sin
poder ligante. El tipo de base que posea un asfalto depende 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. (Montejo, 2008, p. 42).
Composición física de las llantas. Para la fabricación de las llantas, se requiere de
diferentes materiales que garanticen su elasticidad, resistencia y durabilidad. En la tabla 3, se
identifican los elementos con su respectiva composición: Cormacarena (2012).
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Tabla 3. Composición de las llantas.
MATERIAL AUTOS CAMIONES COMPOSICIÓN (%)
Caucho natural 14 27
Caucho sintético 27 14
Negro de humo (Carbono) 28 28
Acero 14-15 14-15
Otros Aditivos 16-17 16-17
Antioxidantes y rellenos 17 16 Fuente: Secretaría del Medio Ambiente (2002). Llantas usadas Diagnóstico de la situación actual.
Tabla 4. Composición química de las llantas.
ELEMENTO 0 COMPUESTO PORCENTAJE (%)
Carbono Hidrogeno (H) 7
Azufre (S) 1,3
Cloro (Cl) 0,2- 0,3
Hierro (Fe) 15
Óxido de Zinc (ZnO) 2
Dióxido de Silicio (SiO2) 5
Cromo (Cr) 0.0097
Níquel (Ni) 0.0077
Plomo (Pb) 0.0060 – 0.76
Cadmio (Cd) 0.0005-0.001
Talio (TI) 0.00002 - 0.00003
Fuente: Estructura Física de Almacenamiento Temporal de Llantas y Neumáticos Usados. Ecoplaneta (2011).
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Tabla 5. Franjas granulométricas para mezclas asfálticas en caliente.
TIPO DE
MEZCLA
TAMIZ (mm / U.S. Standard
3.75 25.0 19.0 12.5 9.5 0.475 2.00 0.425 0.180 0.075
1½” 1” 3/4” ½” 3/8” No. 4 No.10 No
40 No.80 No.200
% PASA
Densa
Mdc-
25
100
80-
95
67-
85
60-
77
43-
59 29-45
14-
25 8-17 4-8
MDC-
19
100
80-
95
70-
88
49-
65 29-45
14-
25 8-17 4-8
MDC-
10 100
65-
87 43-61
16-
29 9-19 5-10
Semidensa
Msc25 100
80-
95
65-
80
55-
70
40-
55 24-38 9-20 6-12 3-7
MSC-
19
100
80-
95
65-
80
40-
55 24-38 9-20 6-12 3-7
Gruesa
Mgc-
38 100
75-
95
65-
85
47-
67
40-
60
28-
46 17-32 7-17 4-11 2-6
MGC-
25
100
75-
95
55-
75
40-
60
28-
46 17-32 7-17 4-11 2-6
Alto
módulo
Mam-
25
100
80-
95
65-
80
55-
70
40-
55 24-38
10-
20 8-14
6-9
Tolerancias en
producción sobre la
fórmula de trabajo
( )
-
4% 3%
2%
Fuente: Artículo 450. Manual de Diseño de Pavimentos asfálticos para vías con bajos volúmenes de tránsito INVÍAS.
Método Marshall. De acuerdo al Instituto Nacional de Vías (INVÍAS):
El procedimiento consiste en la fabricación de probetas cilíndricas de 101.6 mm (4") de
diámetro y 63.5 mm (2 ½”) de altura, preparadas como se describe en esta norma, rompiéndolas
posteriormente en la prensa Marshall y determinando su estabilidad y deformación. Si se desean
conocer los porcentajes de vacíos de las mezclas así fabricadas, se determinarán previamente las
gravedades específicas de los materiales empleados y de las probetas compactadas, antes del ensayo
de rotura, de acuerdo con las normas correspondientes. El procedimiento se inicia con la
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preparación de probetas de ensayo, para lo cual los materiales propuestos deben cumplir con las
especificaciones de granulometría y demás, fijadas para el proyecto. Además, se deberá determinar
previamente la gravedad específica bulk de los agregados, así como la gravedad específica del
asfalto, y se deberá efectuar un análisis de Densidad-Vacíos de las probetas compactadas.
Para determinar el contenido óptimo de asfalto para una gradación de agregados dada o
preparada, se deberá elaborar una serie de probetas con distintos porcentajes de asfalto, de tal
manera que al graficar los diferentes valores obtenidos después de ser ensayadas, permitan
determinar ese valor "óptimo”. INVÍAS (2013).
Procesos de mezclas:
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. La
proporción del GCR normalmente se encuentra entre el 14% y el 20%, dependiendo del ligante,
por peso del total de la mezcla asfalto-caucho. Ocampos, Caicedo & González (2015).
Por vía seca. Proceso por vía seca. El proceso seco es cualquier método donde el GCR se
adiciona directamente a la mezcla asfáltica caliente, y es usado como un agregado fino que
usualmente es mezclado con los áridos antes de adicionar el ligante. A diferencia del proceso
húmedo, este proceso sólo requiere un sistema de alimentación que proporcione la cantidad
adecuada de GCR, y que pueda agregarlo en el momento indicado para que se mezcle con los áridos
cuando estos alcancen cierta temperatura; normalmente el GCR es mezclado con los áridos antes
de que el ligante sea adicionado. El proceso seco puede ser usado para mezclas asfálticas en caliente
con granulometrías densas, abiertas. Ocampos, Caicedo & González (2015).
Durante los últimos años se ha venido implementado la modificación de asfaltos con
dosificación de materiales como fibras vegetales, minerales y caucho; en este caso el caucho
desechado por las llantas usadas. Todo esto ligado a mejorar las propiedades mecánicas del asfalto
y así poder reducir las deformaciones o patologías frecuentes del pavimento flexible.
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De lo anterior se puede establecer que factores como el clima y el volumen del tránsito
vehicular son determinantes para la vida útil del pavimento. Es por esta razón que potencias
mundiales han venido adicionando a la mezcla convencional de asfaltos materiales no
biodegradables, con el fin de mejorar la calidad de la mezcla y así contribuir con el ambiente.
“Aunque el asfalto con caucho se emplea en carreteras, especialmente en las que soportan
tráfico pesado, también las calzadas de las calles se están empezando a cubrir con goma.
Durante el pasado verano se asfaltaron 18.800 metros cuadrados (tres campos de futbol) de
calle en Madrid con polvo de neumático, una experiencia piloto positiva según Fermín Osle,
director general de vías públicas del ayuntamiento de Madrid, este betún con asfalto “es un
´pelín´ más caro pero más resistente, así que es una inversión a largo plazo. Disminuye el
ruido y evacua mejor el agua…” tomado de: https://www.bricoblog.eu/carreteras-de-goma/
Países como China ha innovado respecto a las mezclas asfálticas modificadas, debido a la
creación de plantas especializadas en la producción de cemento asfáltico modificado con caucho,
lo cual facilita y proporciona una mejor mezcla de los materiales que componen el pavimento
flexible con una dosificación de caucho.
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Marco conceptual
AGREGADOS MARGINALES: los agregados marginales engloban a todos los materiales que
no cumplen alguna de las especificaciones vigentes. Las propiedades de los materiales representan
un factor crítico en el diseño de las mezclas asfálticas, ya que una mala selección de materiales
pétreos puede ser la diferencia entre el éxito y el fracaso de un proyecto. (Padilla, 2007, p. 5).
AGREGADOS PÉTREOS: los agregados pétreos son materiales triturados de diferente
caracterización, provenientes de canteras propias, óptimas para su uso, y las cuales cumplen todos
los estándares de calidad, seguridad y respeto por el medio ambiente. Nacional de pavimentos (sf).
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.
GRANULOMETRÍA, MEZCLA DENSA EN CALIENTE: INVE-213. Artículo 450-02,
mezcla densa en caliente. Artículo 453-02, mezcla drenante. Este método de ensayo tiene por
objeto determinar, cuantitativamente, los tamaños de las partículas de agregados gruesos y finos de
un material, por medio de tamices de abertura cuadrada. Este método también se aplica usando
tamices de laboratorio de abertura redonda, y no se empleará para agregados recuperados de
mezclas asfálticas. Mediante este ensayo se determina la distribución de los tamaños de las
partículas de una muestra seca del agregado, por separación, a través de tamices dispuestos
sucesivamente de mayor a menor abertura. (Reyes & Figueroa, 2008, p. 26).
MEZCLA DENSA EN CALIENTE (CONCRETO ASFÁLTICO): la mezcla asfáltica en
caliente consiste en una combinación de agregados uniformemente mezclados y recubiertos por
cemento asfáltico. Para secar los agregados y obtener suficiente fluidez del cemento asfáltico y
adecuada trabajabilidad y mezclado, tanto el agregado como el asfalto deben ser calentados antes
del mezclado; de ahí el término “mezcla en caliente”. Las mezclas asfálticas en caliente pueden
25
ser producidas para un amplio rango de combinaciones de agregados, cada uno con sus
características particulares adecuadas al diseño específico y a sus usos en la construcción.
RELACIÓN ESTABILIDAD/FLUJO: la rigidez Marshall no es más que la relación entre la
estabilidad y el flujo de la muestra, se considera que las mezclas con valores muy altos de rigidez
son demasiado frágiles y muy rígidas para un pavimento, por otra parte, las mezclas que tienen
valores muy bajos de rigidez Marshall son consideradas plásticas y fácilmente deformables. En las
especificaciones del INVÍAS se recomienda que este valor se encuentre entre 300 y 600 Kg/mm
para el buen desempeño de la mezcla asfáltica. (Clavijo, 2014, p. 8).
26
Marco legal
La Resolución 1457 de 2010 del Ministerio de Ambiente establece los sistemas de
recolección selectiva y gestión ambiental de llantas usadas.
Análisis granulométrico de agregados gruesos y finos. I.N.V. E - 213-07. Objeto. Este
método de ensayo tiene por objeto determinar cuantitativamente la distribución de los tamaños de
las partículas de agregados gruesos y finos de un material, por medio de tamices de abertura
cuadrada progresivamente decreciente.
Resistencia de mezclas asfálticas en caliente empleando el aparato MARSHALL I.N.V. E -
748 - 07. Objeto. Esta norma describe el procedimiento que se debe seguir para la determinación
de la resistencia a la deformación plástica de especímenes cilíndricos de mezclas asfálticas para
pavimentación, empleando el aparato Marshall. El procedimiento se puede emplear tanto para el
proyecto de mezclas en el laboratorio como para el control en obra de las mismas. El método es
aplicable a mezclas elaboradas con cemento asfáltico y agregados pétreos con tamaño máximo
menor o igual a 25.4 mm(1").
Porcentaje de vacíos de aire en mezclas asfálticas compactadas densas y abiertas I.N.V. E -
736 - 07. Objeto. Esta norma se refiere a la determinación del porcentaje de vacíos de aire en
mezclas asfálticas densas y abiertas compactadas.
Análisis volumétrico de mezclas asfálticas compactadas en caliente I.N.V. E -799-07.
Objeto. Esta norma proporciona los procedimientos para llevar a cabo el análisis volumétrico de
especímenes de mezcla asfáltica en caliente (MAC).
Norma INVÍAS E-733-07: Gravedad específica Bulk y densidad de mezclas asfálticas
compactadas no absorbentes empleando especímenes saturados y superficie seca.
NORMA INVÍAS E-799-07: Análisis volumétrico de mezclas asfálticas compactadas en
caliente.
27
Resultados y análisis
Tabla 6. Resultados de Laboratorio entre 0 y 2,5%.
DATOS DE LA MUESTRA MDC-19 CON % FIBRA DE LLANTA
0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5%
Estabilidad (N) 12639 12681 13236 11839 7336
Flujo (mm) 2,1 2,2 2,2 2,2 2,9
Peso unitario (gr/cm3) 2,413 2,399 2,36 2,34 2,217
% Vacíos Mezcla Total 1,7 2,2 3,8 4,6 9,6
% Vacíos Llenos De Asfalto 88 85 76 72 54
% Vacíos Agregado Mineral 13,9 14,4 15,8 16,5 20,9
Relación E/F (Kn/mm)
6
6
6
5
3
Fuente. Elaboración propia. 2015.
Tabla 7. Resultados de Laboratorio entre 2,5%.y 5%
DATOS DE LA MUESTRA MDC-19 CON % FIBRA DE LLANTA
2,50% 3% 3,50% 4% 4,50% 5%
ESTABILIDAD (kg) 749 467 305 350 277 257
FLLUJO (mm) 2,9 3,4 3,4 2,4 3,6 5
PESO UNITARIO MEZCLA 2,23 2,221 2,146 2,184 2,12 2,065
% VACIOS MEZCLA TOTAL 9,1 9,5 12,5 11 13,8 15,8
% VACIOS LLENOS DE ASFALTO 56 54 47 50 44 40
%VACIOS AGREGADO MINERAL 20,4 20,8 23,5 22,1 24,5 26,3
RELACION E/F (kg/mm) 258 137 90 146 77 51
Fuente. Elaboración propia. 2015.
Porcentaje óptimo con adicción de fibra de llanta. Según los resultados obtenidos de
cada ensayo Marshall: Estabilidad, flujo, peso unitario mezcla, vacíos mezcla total, vacíos llenos
de asfalto, vacíos de agregado mineral y relación estabilidad/flujo; se concluye que el porcentaje
óptimo de llanta para la mezcla MDC-19, es de 1.85% para un tránsito NT2, debido a que se ajusta
a la especificaciones del Instituto Nacional de Vías.
28
Figura 1. Estabilidad de la muestras con los porcentajes de fibra de llanta entre 0 y 2.5%. Fuente. Elaboración propia. 2015.
La figura anterior muestra el comportamiento de la MDC-19 con adición de fibra de llanta
entre el 0 y el 2.5%, donde se observa que la estabilidad se mantiene sobre el valor mínimo
establecido por la norma INVÍAS (> 7500 N) entre el 0 y el 2%, por tanto las muestras analizadas
con porcentajes mayores al 2% no cumplen.
Figura 2. Flujo de las muestras con los porcentajes de fibra de llanta entre 0 y 2.5%. Fuente. Elaboración propia. 2015.
29
Figura 3. Relación estabilidad Vs porcentaje de fibra de llanta entre 2.5% y 5%. Fuente: los autores. 2015.
Figura 4. Flujo de las muestras con los porcentajes de fibra de llanta entre 2.5% y 5%. Fuente. Elaboración propia. 2015.
y = 1165,8x2 - 10413x + 25730R² = 0,9246
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 1 2 3 4 5 6
Esta
bili
dad
% Fibra De Llanta
Estabilidad
Estabilidad Vs % Fibra De Llanta
30
Los cálculos detallados para el análisis realizado a las mezclas densas en caliente con una
adición de fibra de llanta reciclada dentro de un rango del 2.5% hasta el 5% compactadas, sin
embargo, en la figura 3 se puede observar un breve resumen de los valores obtenidos de algunas de
las propiedades más importantes a la hora de realizar el diseño.
La gráfica muestra que la estabilidad no cumple con los parámetros establecidos por la
norma INV E-748, la cual fija un rango mínimo de 7500N para un nivel de transito NT2, por lo
tanto se deduce que el porcentaje de fibra de llanta deberá ser menor al 2.5%.
Del análisis de los precios unitarios para la elaboración de una mezcla asfáltica se determinó
que debido al adicionamiento de la fibra de llanta reciclada tiene un aumento del 10% del precio
de una mezcla convencional.
31
Conclusiones
La selección del material a usar se llevó a cabo mediante las normas de ensayo del instituto
Nacional Vía, utilizando agregados pétreos (grava ¾”, grava ½”, arena de trituración, filler),
provenientes de la cantera del Rio Guayuriba y suministrados por la Planta Murcia & Murcia S.A.,
donde se realizaron ensayos como, análisis granulométrico, resistencia al desgaste por medio de la
máquina de los ángeles a 100 y 500 Revoluciones, resistencia al desgate por medio del aparato
Micro-Deval, determinación del límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad de los suelos,
equivalente de arena, índices de alargamiento y aplanamiento, caras fracturadas, donde se concluyó
que es un material que cumple con cada una de las características necesarias para la elaboración de
una MDC-19.
Se realizó un Diseño Marshall con agregados pétreos provenientes de la cantera del Rio
Guayuriba ubicada en Villavicencio – Meta, con asfalto AC-20, con un porcentajes de asfalto entre
4.00 y 6.00 %; amentando 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), lo cual permitió obtener un porcentaje óptimo de
asfalto de 4.9%. Sin embargo no cumple con el porcentaje de vacíos de agregado mineral el cual
debería ser superior al 13%.
Por consiguiente se elaboró un ensayo basado en el porcentaje óptimo de asfalto, al cual se
le adiciono fibra de llanta, que pasa el Tamiz N° 04 y retiene en el Tamiz N° 10 con un tamaño
máximo de 2 mm de espesor y entre 2 y 20 mm de longitud, con porcentajes entre el 0.5% al 2.5%,
aumentando gradualmente cada 0.5%, fabricando 3 briquetas por cada porcentaje, para un total de
15 briquetas, compactando cada una como se indica en la norma(75 golpes por cara para un tránsito
NT2). Analizando y comparando los ensayos se determinó que el porcentaje óptimo de fibra de
llanta se aproxima a 1.85%, porcentaje con el cual se halló características como: estabilidad, flujo,
peso unitario mezcla, vacíos mezcla total, vacíos llenos de asfalto, vacíos de agregado mineral y
relación estabilidad/flujo; las cuales cumplen con las especificaciones del Instituto Nacional de
Vías.
32
Analizando los resultados de laboratorio representados en las gráficas de estabilidad, flujo,
peso unitario mezcla, vacíos mezcla total, vacíos llenos de asfalto, vacíos de agregado mineral y
relación estabilidad/flujo; se concluye que el porcentaje óptimo de fibra de llanta para la mezcla
MDC-19, es de 1.85% para un tránsito NT2, debido a que dichos resultados se ajustan a las
especificaciones del Instituto Nacional de Vías.
La estabilidad de la mezcla MDC-19 con adición de fibra de llanta en proporción de mezcla
entre el 0 y el 2.5% cumple con los parámetros que especifica la norma del Instituto Nacional de
Vías. Pero sin embargo se observa que al aumentar los porcentajes mayores a 2.5 con adición de
fibra de llanta la estabilidad tiende a disminuir según la tendencia.
El peso unitario de la mezcla MDC-19 con adición de fibra de llanta tiende a disminuir
debido a que la fibra ocupa una parte del volumen y a su vez es un material con baja densidad
comparado con los agregados pétreos que fueron reemplazados, dando como resultado una mezcla
más liviana con respecto a la mezcla convencional, cumpliendo con todas las especificaciones
técnicas del Instituto Nacional de Vías (INVÍAS).
Observado los resultados correspondientes a los vacíos de mezcla total de la MDC-19
modificada con fibra de llanta, tienden a disminuir hasta un 1% de adición, lo que no sucede con
los porcentajes mayores debido a las propiedades físicas de la llanta.
Los resultados de vacíos de mezcla total para el porcentaje óptimo de asfalto (4.9%) tienden
a disminuir a mayor porcentaje de asfalto, debido a que la mayoría de los vacíos son llenos de
asfalto. Al adicionar fibra de llanta a la mezcla MDC-19, el porcentaje de vacíos llenos de asfalto
tiende a disminuir a partir de la incorporación del 1% de fibra, en consecuencia, a la no absorción
de asfalto por parte del agregado pétreo, causando que el mayor número de vacíos sean llenos de
fibra ligada con asfalto.
Teniendo en cuenta los resultados de la mezcla modificada con fibra de llanta en
comparación con los de la mezcla convencional, se observa que el porcentaje de vacíos de
agregado mineral mejoraron notablemente donde cumplen con los parámetros exigidos en las
especificaciones del Instituto Nacional de Vías.
33
Los resultados obtenidos por el laboratorio NHSQ relacionados con la caracterización de
los materiales pétreos de la fuente del rio Guayuriba, se analizaron mediante los ensayos de índice
de alargamiento y aplanamiento, caras fracturadas, Angularidad, porcentaje de finos, equivalente
de arena y resistencia al desgaste, los cuales cumplieron con los parámetros establecidos por la
norma INVÍAS para la elaboración de mezclas asfálticas en caliente.
Mediante la metodología del ensayo Marshall se determinó el contenido óptimo de asfalto
para la realización de la mezcla asfáltica convencional, realizando el análisis de diseño según los
parámetros establecido en el artículo 400 de la norma INVÍAS, teniendo en cuenta que el nivel de
transito utilizado fue NT2 el cual oscila entre 0.5x106 y 5.0x106 ejes equivalentes de 80 KN en el
carril de diseño; dando como contenido de asfalto recomendable 4.9%, con un margen de error de
±3.
En el caso del diseño y elaboración de las mezclas asfálticas modificadas con fibra de llanta,
se utilizó la misma metodología para la realización del ensayo Marshall, ya que la norma INVÍAS
lo aprueba como el único determinante para el diseño de mezclas asfálticas en Colombia.
Resaltando que a medida que se le adicionaban las proporciones del material modificante en la
mezcla (fibra de llanta reciclada), los porcentajes de vacíos aumentaban de igual manera, causando
en la misma una separación entre el agregado y el asfalto; conllevando a que muchas
especificaciones a tener en cuenta en el momento de diseñar, no cumplieran con la mayoría de los
parámetros exigidos como fueron la estabilidad, relación estabilidad/flujo, vacíos en la mezcla,
vacíos llenos de asfaltos; siendo el flujo el único resultado que cumplió con lo exigido por la norma
INVÍAS.
Las mezclas asfálticas mejoradas con fibra de llanta reciclada presentan un incremento en
los vacíos tanto en la mezcla total como en los vacíos mineral, razón por la cual el flujo aumenta y
la estabilidad tiende a disminuir, por lo tanto, la relación estabilidad/flujo después del 2.5% de
adición con fibra de llanta es inaceptable debido a que el modificador no tuvo una adherencia con
el agregado pétreo, ya que la fibra formaba grumos o terrones entre sí.
34
Se puede concluir que el porcentaje determinado de adición de fibra de llanta reciclada que
más se acercó a una viabilidad de la mezcla fue de 2.5%, en este punto las características y
propiedades a tener en cuenta en las mezclas asfálticas modificadas como la estabilidad, fluido y
sus respectivos vacíos en la mezcla, tuvo un mejor desempeño a comparación de los otros
porcentajes.
35
Referencias
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su aplicación de pavimentos”. Colombia, Bucaramanga. Facultad de Ciencias
Fisicoquímicas. Universidad Industrial de Santander.
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densa en caliente tipo MDC-2 modificada con caucho y cuero en porcentajes (25% y 75%)
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pavimentos asfalticos para vías con bajos volúmenes de tránsito.
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proveniente de llantas usadas. Tomado de:
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mezclas asfálticas con desechos de llantas. Bogotá: Instituto de Desarrollo Urbano
IDU.
37
38
