MODIFICACIÓN DEL CONCRETO ASFÁLTICO (MDC...

MODIFICACIÓN DEL CONCRETO ASFÁLTICO (MDC-19) CON LA SUSTITUCIÓN

DEL LLENANTE MINERAL POR CALAMINA Y LA INCORPORACIÓN DEL ADITIVO

“HUSIL”

JESENIA MARÍA SOLANGE RINCÓN VILLAMIL

YUDITH LORENA SANABRIA REINA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA TOPOGRÁFICA

BOGOTÁ D.C.

2017

MODIFICACIÓN DEL CONCRETO ASFÁLTICO (MDC-19) CON LA SUSTITUCIÓN

DEL LLENANTE MINERAL POR CALAMINA Y LA INCORPORACIÓN DEL ADITIVO

“HUSIL”

JESENIA MARÍA SOLANGE RINCÓN VILLAMIL

YUDITH LORENA SANABRIA REINA

Proyecto de grado presentado para optar al título de Ingenieras Topográficas

Director

WILMAR DARIO FERNANDEZ, PH.D. EN INGENIERIA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERÍA TOPOGRÁFICA

BOGOTÁ

2017

Nota de aceptación __________________________ __________________________ __________________________ __________________________ __________________________ __________________________

__________________________ Firma del jurado

Bogotá, Marzo de 2017

DEDICATORIA

Han sido cinco años entregados al sueño de ser Ingeniera, el último paso

materializado en este trabajo de grado quiero dedicarlo, a mi familia: mis papas José Nolve Rincón y Gladys Villamil, por darme las bases fundamentales de respeto, perseverancia, carácter y lo más importante disciplina, gracias a esto soy la mujer que hoy soy; a mis hermanos Roger, Norvey, Jair, Daniel y Paula Andrea, el motor de mis días, mis compañeros de aventuras, lágrimas y risas. A mis amigos Carlos Andrés Porras, Lorena Sanabria Reina, Mónica Lorena Vargas, gracias por brindarme su compañía incondicional, los quiero mucho. A la Ingeniera Yolanda Beltrán, Ingeniero Javier Wilches, Ingeniero Hernando Villota, y a mi arquitecto favorito Edgar Coronado - Merci beaucoup! Tout avec vous est magique, parce que vous obtenez ma meilleure version, Je t'aime-; por ser determinantes en mí proceso de formación profesional, gracias a todos, por aportarme un poco de su esencia. Por último a Wilson Jairo Pinzón Casallas -mi amor platónico eterno-, gracias por todo el tiempo compartido en los momentos que más lo necesite.

Con Cariño.

Jesenia María Solange Rincón Villamil. A Dios, por darme la oportunidad de vivir, por brindarme el apoyo, sabiduría y

fortaleza en cada paso que doy, por guiarme hacia el camino de la verdad, la justicia y el buen nombre, por haberme dado salud para lograr mis metas, por el amor y la bondad que expresas hacia mí, por rodear mi mundo de seres humanos tan pequeños antes tus ojos y ante el mundo, pero tan grandes y significativos en mi vida. Mi madre Bertha Yolanda Reina Moreno, uno de los pilares fundamentales en mi vida, en mi carrera como profesional, dedico este triunfo a ti, honorable mujer, madre constante y perseverante ante cualquier desván, con tu amor, consejos, valores, apoyo, y motivación hiciste esto posible; te amo y te admiro por ser una mujer luchadora, guerrera y la mejor de las amigas que tengo, siempre confiaste en mí y esto me motivaba a seguir adelante siguiendo tu ejemplo, gracias a ti soy una mujer llena de bueno valores y principios. Mamá gracias por creer en mí. Mis Hermanos, Llurley Viviana Sanabria Reina, Ángel David Salas Reina y mi sobrino Samuel Alejandro Ballesteros Sanabria, por estar siempre a mi lado, a pesar de los obstáculos de la vida estuvimos y estamos juntos, nada en la vida es fácil pero tampoco imposible, hemos logrado lo que hemos anhelado, hay momentos tristes y otros alegres, pero siempre vamos de la mano, esto es el valor de la familia; solo quiero agradecerles el apoyo que siempre me han brindado son esenciales para mí; creo en

ustedes y sus capacidades para llegar a ser grandes personas tanto profesionalmente como personalmente. Mis abuelos, María Moreno y Jesús Reina que desafortunadamente ya no se encuentra con nosotros, dedico este trabajo porque siempre confío en mí y me enseño el valor que tiene una mujer, porque creyeron y cuidaron de mi cuando lo necesité. Mi novio Daniel Rojas Rodríguez, has sido esencial en este proyecto ya que me has brindado tu ayuda en todo momento, de una u otra forma hallando soluciones, apoyándome en todas las circunstancias presentadas, compartiendo tu carisma e impulsando el ser perseverante. No fue sencillo culminar con éxito esta investigación, sin embargo, siempre me motivaste y creías que lo lograría. Me ayudaste hasta donde te era posible, incluso más allá. Con tu apoyo y tu amor incondicional te has convertido en mi compañero inseparable, fuente de mi felicidad y calma. Muchas gracias amor. Mis amigas Jesenia M. S. Rincón Villamil, Ximena Fernández, Smith Velasco, Karen Vásquez, “Un verdadero amigo es considerado un hermano para nuestra vida” tener la dicha de poder conocer grandes y verdaderas amigas como ustedes es una bendición, poder contar y disfrutar grandes momentos y sueños ha sido un orgullo para mí, gracias por todo el apoyo desinteresado que me han brindado cuando lo he necesitado, eso es tener un verdadero tesoro. Jesenia has sido como mi mano derecha durante mucho tiempo, te agradezco los buenos momentos que compartimos, los logros, los fracasos, las alegrías, y las tristezas, siempre dándonos una mano cuando lo necesitamos. Le doy gracia a Dios permitió hiciéramos este trabajo juntas para conocer y aprender cosas nuevas, logrando con éxito culminar nuestras carreras como profesionales. Mis maestros en general, quienes se tomaron el arduo trabajo de transmitirme sus conocimientos con amabilidad y claridad. En especial quiero agradecer y dedicar este proyecto al Ingeniero Carlos Javier González por brindarme una segunda oportunidad para culminar mi proceso como profesional y por sus sabios consejos, Dios lo bendiga.

Con Cariño.

Yudith Lorena Sanabria Reina

AGRADECIMIENTOS

Queremos agradecer a Dios en primera instancia, a nuestros padres, hermanos y familiares por su apoyo incondicional en esta etapa de formación en nuestras vidas; a nuestro director de tesis PH.D. Hugo Alexander Rondón por ser nuestra guía en este proceso, a todo el cuerpo docente adscrito a ingeniería topográfica en especial a los profesores: Zamir Maturana, Wilson Jairo Pinzón Casallas, Edgar Lozano, Moisés Castro Santamaría, Pilar García, Rose Marie Aldana, Esperanza Calderón y Miguel Cepeda, grandes educadores, a través de los cuales formamos bases como profesionales y lo más importante como personas. A Patricia Sarmiento “Pato” apoyo ilimitado en los momentos más críticos de nuestra vida universitaria, una gran amiga. A nuestros compañeros y amigos de la universidad con los que en algún momento interactuamos y de los que tenemos buenos recuerdos y gratitud resaltando a Ximena Fernández, Karen Vásquez, Luisa White. Con Cariño

Jesenia y Lorena

CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 1

1.1.Planteamiento del Problema y Justificación ........................................................................................ 1 1.2.Objetivos de la Investigación ............................................................................................................... 2 1.3.Síntesis ................................................................................................................................................ 2

2. MARCO TEORICO Y ESTADO DEL ARTE .......................................................................................... 4

2.1.Asfalto ...................................................................................................................................................... 4

2.2.Cemento Asfáltico ................................................................................................................................... 5

2.2.1.Ensayos para determinar propiedades del Cemento Asfáltico ........................................................ 7 2.3.Agregados Pétreos .................................................................................................................................. 7

2.3.1.Clasificación. .................................................................................................................................... 8 2.3.1.1.Agregados naturales. ................................................................................................................ 8 2.3.1.2.Agregados procesados. ............................................................................................................ 8

2.4.Mezclas asfálticas ................................................................................................................................... 9

2.4.1.Características de las mezclas asfálticas....................................................................................... 10 2.4.1.1.Estabilidad. .............................................................................................................................. 10 2.4.1.2.Durabilidad. ............................................................................................................................. 10 2.4.1.3.Impermeabilidad. ..................................................................................................................... 10 2.4.1.4.Trabajabilidad. ......................................................................................................................... 10 2.4.1.5.Flexibilidad. .............................................................................................................................. 10 2.4.1.6.Resistencia a la fatiga. ............................................................................................................ 10 2.4.1.7.Resistencia al deslizamiento ................................................................................................... 10

2.5.Mezclas Densas en Caliente o Concreto Asfáltico ............................................................................... 11

2.6.Mezclas en Frio ..................................................................................................................................... 12

2.7.Mezclas Tibias ....................................................................................................................................... 13

2.7.1.Aditivos en la producción de Mezclas Asfalticos Tibias .................................................................... 13

2.1.Calamina ............................................................................................................................................... 14

2.9. Impacto Ambiental ................................................................................................................................ 16

3.METODOLOGÍA ....................................................................................................................................... 17

3.1.Revisión y recopilación bibliográfica ................................................................................................. 18 3.2.Obtención y Caracterización de los materiales ................................................................................. 18 3.2.1.Obtención y Caracterización del C.A. ............................................................................................ 18 3.2.2.Obtención y Caracterización de los Agregados Pétreos. ............................................................... 19 3.2.3.Obtención y Caracterización de la Calamina. ................................................................................ 20 3.2.4.Obtención y Caracterización del aditivo liquido HUSIL. ................................................................. 20 3.3..Ensayo Marshall - Concreto Asfáltico MDC-19 (diseño) .................................................................. 20 3.3.1.Número de briquetas. ..................................................................................................................... 20 3.3.2.Cantidad de materiales .................................................................................................................. 20 3.3.3.Temperaturas de mezcla y compactación...................................................................................... 21 3.3.4.Preparación de la mezcla ............................................................................................................... 21 3.3.5.Compactación de las briquetas ...................................................................................................... 22 3.3.6.Ensayo estabilidad y Flujo .............................................................................................................. 22 3.4.Ensayo Marshall concreto asfáltico MDC-19: Sustitución del llenante mineral por Calamina .......... 22 3.5 Ensayo Marshall concreto asfáltico MDC-19: Sustitución de la llenante mineral por Calamina e incorporación de Husil al 1% ................................................................................................................... 23 3.5.1. Ensayo Marshall concreto asfáltico MDC-19: Sustitución de la llenante mineral por Calamina e incorporación de Husil al 1%, temperatura de mezcla a 110 ºC, 120 ºC y 130 ºC ................................. 23

3.5.2. Ensayo Marshall concreto asfáltico MDC-19, temperatura de mezcla a 110 ºC, 120 ºC y 130 ºC, CALAMINA=0%, HUSIL0% ..................................................................................................................... 23

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS.................................................................................................................... 24

4.1. Resultados de los ensayos realizados al agregado pétreo.............................................................. 24 4.3. Resultados Calamina ....................................................................................................................... 24 4.4. Diseño del Concreto Asfaltico MDC-19 Convencional y MDC-19 con Sustitución del Llenante Mineral por Calamina, determinación de Porcentaje óptimo de C.A. ..................................................... 25 4.5. Ensayo Marshall Concreto Asfaltico MDC-19 Convencional y MDC-19 modificada con Sustitución del Llenante Mineral por Calamina y la implementación del aditivo HUSIL al 1%. ................................. 28

5.CONCLUSIONES ..................................................................................................................................... 31

6.BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................................... 32

7. ANEXOS .................................................................................................................................................. 35

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 Requisitos mínimos de calidad del CA ............................................................................................. 6 Tabla 2 Ensayos realizados al C.A. .............................................................................................................. 7 Tabla 3 Ensayos realizados a los Agregados Pétreos .................................................................................. 9 Tabla 4 Propiedades fisicoquímicas de la Calamina. ................................................................................. 15 Tabla 5 Especificaciones C.A (60-70) ......................................................................................................... 18 Tabla 6 Ensayos Realizados a los Agregados Pétreos .............................................................................. 19 Tabla 7 Franjas Granulométricas para la MDC-19...................................................................................... 20 Tabla 8 Distribución de los agregados pétreos y C.A. ................................................................................ 21 Tabla 9 Resultados de los Ensayos realizados a los Agregados Pétreos .................................................. 24 Tabla 10 Composición fisicoquímica de la Calamina .................................................................................. 25 Tabla 11 Criterios del Diseño Marshall para Mezclas Densas en Caliente ................................................ 25

INDICE DE FIGURAS

Figura 1 Productos Bituminosos .................................................................................................................. 4 Figura 2 Agregados pétreos. ......................................................................................................................... 8 Figura 3 Mezcla Asfáltica Densa en Caliente. MDC. .................................................................................. 11 Figura 4 Tecnologías y ventajas medioambientales para la producción de mezclas asfálticas. ................ 13 Figura 5 Calamina. ...................................................................................................................................... 14 Figura 6 Estabilidad (Kg) vs % C.A. ............................................................................................................ 26 Figura 7 Flujo (mm) vs %C.A ...................................................................................................................... 26 Figura 8 Estabilidad/Flujo (mm) vs %C.A. ................................................................................................... 27 Figura 9 %Vacíos vs % C.A ....................................................................................................................... 27 Figura 10 Estabilidad (Kg) vs Temperatura ºC ........................................................................................... 29 Figura 11 Flujo (mm) vs Temperatura ºC .................................................................................................... 29 Figura 12 Estabilidad /Flujo (Kg/mm) vs Temperatura ºC ........................................................................... 29 Figura 13 Densidad Bulk (g/cm³) vs Temperatura ºC ................................................................................ 30 Figura 14 Vacíos A.P. (%) vs Temperatura ºC ............................................................................................ 30 Figura 15 %Vacíos vs Temperatura ºC .................................................................................................... 30

INDICE DE ANEXOS

Anexo A. Ensayos de Laboratorio Agregados Pétreos - INVIAS 2013 ....................................................... 35 Anexo B. Ensayos de Laboratorio C.A. 60-70-INVIAS 2013 ...................................................................... 48 Anexo C. Ficha Técnica Calamina .............................................................................................................. 51 Anexo D. Resultados Briquetas ............................................................................................................... 53 Anexo E. Ensayo Marshall (INV. E-748-13): Diseño Concreto Asfaltico (MDC-19) Convencional ............ 61 Anexo F. Procesamiento de datos para determinación de: Densidad Bulk, Vol. Agregados, % Vacíos, Vol.C.A. (%), Vacíos en Agregados pétreos (%) del concreto asfáltico MDC-19 Convencional ............... 62 Anexo G. Ensayo Marshall (INV. E-748-13): Diseño Concreto Asfaltico (MDC-19) con sustitución del llenante mineral por Calamina ..................................................................................................................... 64 Anexo H. Procesamiento de datos para determinación de: Densidad Bulk, Vol. Agregados, % Vacíos, Vol.C.A. (%), Vacíos en Agregados pétreos (%) del concreto asfáltico MDC-19: con sustitución del llenante mineral por Calamina. .................................................................................................................... 65 Anexo I. Ensayo Marshall (INV. E-748-13): Concreto Asfaltico CONVENCIONAL (MDC-19) CA 60-70 (5.5%) T M= 110º- 120º 130º - 150º ............................................................................................................ 67 Anexo J. Procesamiento de datos para determinación de: Densidad Bulk, Vol. Agregados, % Vacíos, Vol.C.A. (%), Vacíos en Agregados pétreos, MDC-19: CA 60-70 (5.5%) ................................................... 68 Anexo K. Ensayo Marshall (INV. E-748-13): Concreto Asfaltico (MDC-19) MODIFICADO: Sustitución del Llenante mineral por Calamina y adición de HUSIL al 1% CA 60-70 (5.5%) T M = 110º- 120º 130º ......... 69 Anexo L. Procesamiento de datos para determinación de: Densidad Bulk, Vol. Agregados, % Vacíos, Vol.C.A. (%), MDC-19 MODIFICADO: Sustitución del llenante mineral por Calamina y adición de HUSIL al 1% ................................................................................................................................................................ 70 Anexo M Registro Fotográfico de la Investigación ...................................................................................... 71

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1. INTRODUCCIÓN 1.1. Planteamiento del Problema y Justificación

Según la Asopac (Asociación de productores y pavimentadores Asfálticos de

Colombia, 2004) la mayoría de la red pavimentada en Colombia se ha diseñado y construido a partir de estructuras tipo flexible, que implementan capas de rodadura a partir de concreto asfaltico o MDC (mezclas densas en caliente), MSC (mezclas semi densas en caliente), MGC (mezclas gruesas en caliente), MAM (mezclas de alto modulo), según las especificaciones del Instituto Nacional de Vías INVIAS (2013). En la actualidad, el concreto asfaltico será un material importante y de amplio uso en la construcción y ejecución de “La Cuarta Generación de Concesiones Viales (4G)”, que establece nueva infraestructura para Colombia. Según la ANI (Agencia Nacional de Infraestructura), entre el 2015 y 2020 el país requerirá, aproximadamente, 1.4 millones de toneladas de concreto asfaltico. Este material se obtiene al combinar cemento asfaltico y agregados pétreos en proporciones exactas y previamente especificadas. Este tipo de concreto se caracteriza por presentar contenidos bajos de vacíos con aire, alta resistencia mecánica, durabilidad, buen comportamiento in situ, bajo costo inicial comparado con pavimentos rígidos además que puede ser reciclado. A pesar de lo anterior no se puede desconocer que este tipo de concreto para su proceso de fabricación en planta y construcción en el sitio requiere altas temperaturas: entre 140ºC y 190º. Por lo tanto, las emisiones de diversos gases a la atmosfera en la etapa de producción son elevadas, siendo el generador de impactos ambientales negativos de gran magnitud. Con el fin de disminuir la problemática antes descrita se hace necesario recurrir a la alternativa de pavimentos verdes o concretos asfalticos tipo tibio (WMA). Esta tecnología, surgida en la década de los 90, nace como una metodología o técnica que permite reducir las temperaturas de producción y compactación del concreto asfaltico, por medio de la implementación de asfaltos espumados, aditivos químicos y aditivos orgánicos, entre otros. En el presente estudio se utilizará un aditivo denominado HUSIL, el cual ha sido ampliamente utilizado por los grupos de investigación TOPOVIAL y Centro de Estudios en Pavimentos y Materiales Alternativos para evaluar si es posible disminuir la temperatura de fabricación de la mezcla asfáltica de referencia que se evaluará en el presente estudio (MDC-19, INVIAS, 2013, artículo 450). Por otro lado, el porcentaje de agregados pétreos requerido para la conformación de mezclas de concreto asfáltico es principalmente producto de la explotación y extracción de canteras y ríos. Este tipo de actividad se considera como minería, y aunque es una actividad necesaria, los malos procesos constructivos y la proporción en que se ha ejecutado, ha afectado distintos ecosistemas. De acuerdo a lo anterior se evidencia la necesidad de incluir nuevos materiales reciclados a la mezcla asfáltica. Las actividades siderúrgicas son responsables de generar una gran variedad y cantidad de residuos aptos para el reciclaje y su reutilización. Uno de estos es la Calamina, el cual es un material compuesto por una capa dura y lisa, de color gris azulado, que se forma de

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inmediato sobre los productos de acero como resultado del proceso de tratamientos térmicos sobre este último material. 1.2. Objetivos de la Investigación

Objetivo General:

Comparar la resistencia bajo carga monotónica del Concreto Asfaltico (MDC-19) y el concreto asfaltico modificado (MDC-19) con el aditivo líquido HUSIL y la sustitución del llenante mineral (filler) por “CALAMINA”, con el fin de generar una mezcla asfáltica tibia.

Objetivo Específicos:

Realizar una fase de caracterización de los materiales que se utilizarán en el estudio.

Elaborar muestras de la mezcla asfáltica convencional (MDC-19) y modificadas con Calamina y Husil a distintas temperaturas empleando el método Marshall (INV. E-748-13) y establecer la resistencia bajo carga monotónica.

Analizar la contribución de la M.A. en la disminución de explotación de materiales pétreos y emisión de gases a la atmosfera.

1.3. Síntesis

Este documento contempla la primera fase de investigación para desarrollar un concreto asfaltico (MDC-19) modificado con Calamina, con características de sostenibilidad medioambiental y con resistencia bajo carga monotónica igual o mayor al concreto asfaltico MDC-19 convencional, mediante la sustitución del llenante mineral por este material de residuo, el cual es generado en el proceso de trefilación del hierro. Adicionalmente se contempla disminuir las temperaturas de fabricación y compactación en el laboratorio mediante la incorporación del compuesto HUSIL por vía húmeda, el cual varia la viscosidad del cemento asfaltico (C.A. 60/70 para este caso) al espumarlo. Las características y propiedades del Husil fueron proporcionadas por los grupos de investigación TOPOVIAL y Grupo de Estudios en Materiales, Pavimentos y Modelos. Lo descrito anteriormente con el fin de poder mezclar en planta el llenante mineral sustituto con los agregados pétreos y el cemento asfaltico modificado, a temperaturas más bajas. Se intenta buscar a futuro disminuir la cantidad de contaminación producida por la extracción y trituración de agregados pétreos y por emisiones de gases nocivos a la atmosfera.

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En el segundo capítulo se describe el marco teórico. En el tercer capítulo se muestra la Metodología implementada para el ejecutar el proyecto. En el cuarto capítulo se muestran los resultados y análisis obtenidos. En el quinto capítulo se muestran las conclusiones y por último en el sexto capítulo se citan las fuentes bibliográficas consultadas.

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2. MARCO TEORICO Y ESTADO DEL ARTE

2.1. Asfalto

Es un Material de color café oscuro, derivado de los productos bituminosos específicamente del proceso de destilación del petróleo crudo (Figura 1), es uno de los materiales más antiguos utilizado en la ingeniería civil, se encuentra compuesto por resinas, aceites y asfáltenos proporcionando características de ductilidad, consistencia y aglutinación. Presenta un aspecto sólido que al ser calentado gradualmente va generando un cambio en su textura, pasando a ser blanda y posteriormente liquida. (Rodriguez, 2008).

Figura 1 Productos Bituminosos Fuente: Instituto del Asfalto. Manual del Asfalto.

Los asfaltos naturales son producidos a partir del petróleo, por medio de un proceso natural de evaporación, son lo más utilizados mundialmente. Según (Rodriguez, 2008) representan más del 90% de la producción total de asfaltos. Debido a la proporción de asfalto que contenga el petróleo es clasificado de la siguiente manera:

Petróleos crudos de base asfáltica.

Petróleos crudos de base parafínica.

Petróleos crudos de base mixta.

Los asfaltos procedentes de crudos a base asfáltica son implementados en mayor proporción ya que sus propiedades como aglomerante permite mayor adherencia a los agregados pétreos y además genera una capa impermeable sobre la mezcla protegiéndola de la humedad, por lo tanto, son implementados para actividades de pavimentación.

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De acuerdo con (Rondón & Reyes, 2015), algunos tipos de asfaltos utilizados para la fabricación de mezclas asfálticas son:

Cemento asfáltico.

Emulsiones asfálticas.

Asfaltos rebajados.

Asfaltos modificados y multigrados.

Asfaltos espumados.

Crudos pesados.

Asfaltitas o asfaltos naturales

2.2. Cemento Asfáltico El cemento asfáltico denominado por las letras CA es un material de color oscuro, producto bituminoso semi-sólido a temperatura ambiente, formado a partir de un proceso de destilación de hidrocarburos naturales. (IDU - Instituto de Desarrollo Urbano, 2011, Sección 200). Este material es utilizado principalmente para su implementación en pavimentación vial, y su clasificación está asociada principalmente a su grado de penetración. En Colombia, los CA se clasifican de acuerdo a un ensayo (que será explicado en capítulos posteriores) establecido por el Instituto Nacional de Vías INV. E-706 - 13 (INVIAS, 2013); donde se evalúa el grado de penetración y dependiendo de este, se realiza una clasificación. El asfalto es un ligante dúctil, duradero e impermeable, que mediante la aplicación de calor disminuye su viscosidad, permitiéndole mezclarse con los agregados pétreos para obtener una mezcla con excelentes características. Por lo anteriormente dicho, la principal función de este ligante es la de ser usado en la fabricación de mezclas en caliente, ya que es necesario calentarlo a altas temperaturas para poder adherirlo al agregado pétreo. A temperatura ambiente el CA es un material sólido viscoso que no puede adherirse al agregado pétreo. En Colombia se producen dos tipos de Cemento Asfáltico: CA 80-100, CA 60-70. Procedentes de las refinerías de ECOPETROL en Barrancabermeja y Apiay correspondientemente. El CA 80-100 como ligante de mezclas en caliente es utilizado por lo general en zonas con temperaturas medias anuales promedio (TMAP) inferiores a los 24 °C, y los CA 60-70 para temperaturas superiores a 24 °C. (Rondón & Reyes, 2015). De acuerdo con el INVIAS los CA en Colombia deben cumplir con requisitos mínimos de calidad (ver tabla 1).

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Tabla 1 Requisitos mínimos de calidad del CA

Nota. Fuente: INVIAS 2013

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2.2.1. Ensayos para determinar propiedades del Cemento Asfáltico En la tabla No. 2 se describen los ensayos para la determinación de las características del C.A. de acuerdo a la Norma INVIAS 2013. Tabla 2 Ensayos realizados al C.A.

Ensayo Descripción Especificación

Penetración

De manera directa mide la consistencia del CA y de manera indirecta evalúa

su rigidez; se penetra una aguja normalizada de 100 g de masa en el

material durante 5 segundos a una temperatura de 25°C., el CA más rígido

será aquel en el cual la aguja penetre menos, el grado de penetración es

medido a partir de un “penetrómetro”

INV. E-706 - 13

Punto de AblandamientoParámetro que se mide empleando un equipo denominado anillo y bola.

Mide la temperatura a la cual el CA pasa de un estado sólido a uno en el

cual fluye como un líquido.

INV. E-712-13

Viscosidad Absoluta

Determina de manera aproximada, las temperaturas de fabricación de

mezclas asfálticas (temperatura de mezclado entre el agregado pétreo y el

CA en la planta de asfalto), de extensión y compactación de dichas mezclas

en el laboratorio. La viscosidad ofrece una medida indirecta de la

consistencia y rigidez del CA.

INV. E-716-13

Ductilidad

La Ductilidad es medida a partir de un ensayo tipo “extensión” y en un

ductilómetro para el que se moldea una probeta de CA en condiciones y

medidas, seguidamente es llevada a 25°C y se separa una parte de la

probeta de la otra normalmente a una velocidad de 5cm/min, hasta que se

rompa el hilo de asfalto que junta ambos extremos.

INV. E-702-13

Solubilidad en tricloroetileno

Mide la cantidad de material que no es insoluble, con tricloroetileno como

por ejemplo el mineral, materia orgánica, desechos plásticos, polvo entre

otros; esto con el fin que las propiedades del asfalto no se vean

deterioradas.

INV. E-713-13

2.3. Agregados Pétreos

De acuerdo (Rondón & Reyes, 2015) un agregado pétreo esta compuesto de partículas inertes (gravas, arenas, finos y/o fillers), utilizados para la fabricación de mezclas asfálticas, concretos hidráulicos y materiales estabilizados, de igual manera son utilizados para la construcción de capas de terraplén, afirmado, subbase y/o base granular (figura 2). Son clasificados según el tamaño de las partículas y de acuerdo a un ensayo de granulometría en gravas, arenas, filler o llenante mineral. Los agregados pétreos pueden tener una variedad volumétrica pero lo más recomendable es que no haya presencia de partículas con formas alargadas, es decir la roca o grava debe pasar por un proceso de trituración de esta manera no habrá inconvenientes en los procesos de extensión y compactación del material. Para satisfacer las exigencias expuestas en las especificaciones del INVIAS 2013; dentro de las MA, se encargan de soportar las cargas impuestas por el parque automotor y transmitirla en menores proporciones a las capas inferiores.

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Figura 2 Agregados pétreos. Fuente: (Rondón & Reyes, 2015)

2.3.1. Clasificación.

El tipo de agregados pétreos utilizados en los pavimentos asfálticos es determinado generalmente de acuerdo a su origen y técnica empleada para su aprovechamiento, se dividen en los siguientes grupos:

2.3.1.1. Agregados naturales.

Los agregados naturales son aquellos que son usados en forma natural, con muy poco o ningún procesamiento, se encuentran constituidos por partículas producidas mediante procesos naturales de erosión y degradación; los principales tipos de agregado natural usados en la construcción de pavimento son la grava, la arena y llenante mineral. (ASPHALT INSTITUTE).

2.3.1.2. Agregados procesados.

Los agregados procesados son aquellos son generados a partir de procesos de trituración y tamizado de rocas antes de ser usados; la roca es triturada para la transformación de la partícula a forma angular y así mejorar la distribución (gradación) de los tamaños de las partículas. (ASOPAC, 2004).

En la tabla No. 3 se describen los ensayos para la determinación de las características de los agregados pétreos según la Norma INVIAS 2013.

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Tabla 3 Ensayos realizados a los Agregados Pétreos

Ensayo Descripción Especificación

Resistencia al desgaste en la

máquina de los ángeles

Se utiliza en teoría para medir la resistencia a la abrasión o

desgaste por fricción entre partículas. Sin embargo, la

realidad es que el ensayo solo representa una resistencia al

fracturamiento.

( INV. E-218-13)

Micro-deval

Es similar al ensayo de resistencia al desgaste en la máquina

de los Ángeles, en escala pequeña; representando de manera

apropiada el degaste por fricción que experimentan las

partículas en la mezcla asfáltica cuando está sometida a

cargas vehiculares.

(NV. E-238-13)

10% de finos

Mide la carga monotónica de compresión necesaria que se

debe aplicar a las partículas del agregado pétreo grueso para

que este se fracture de tal forma que produzca un 10% de

material fino.

( INV. E-224-13)

Perdida en ensayo de solidez frente

a la acción de las soluciones de

sulfato de sodio.

Busca evaluar la resistencia del agregado pétreo al

intemperismo( INV. E-220-13)

Caras fracturadas a una y dos

caras

Ensayo eValuado de manera visual que consiste en medir el

número de partículas de agregado pétreo grueso que

presentan caras fracturadas dentro de una muestra

significativa.

(INV. E-277-13)

Índice de aplanamiento y

alargamiento.

Representa la relación porcentual entre las partículas

alargadas y las aplanadas que presenta una muestra de

agregado pétreo grueso, siendo sometidas a una serie de

medidas dentro de unos calibradores metálicos

estandarizados.

(INV. E-230-13).

Equivalente de arena

Evalua el contenido de partículas de tamaño de arcilla

adheridas a una muestra de agregado pétreo fina (arena y

limos).

(INV. E 133 - 13).

Índice de plasticidad (IP)

Se expresa como la diferencia entre el límite líquido (LL) y el

límite plástico (LP) de un suelo. El IP también es utilizado

como indicador de potencial de expansión de arcillas.

(INV. E-125-13, E-126-13)

2.4. Mezclas asfálticas

De acuerdo con (Rondón & Reyes, 2015), las mezclas asfálticas son la combinación de agregados pétreos y un ligante asfáltico. Se elaboran normalmente en plantas mezcladoras, pero en algunos casos pueden fabricarse in situ. Algunas mezclas asfálticas son:

Mezclas abiertas en frio.

Mezclas abiertas en caliente.

Mezclas densas en frio.

Concreto asfáltico o mezcla densa en caliente.

Arena – asfalto.

Tratamientos superficiales.

Lechadas (Slurry and seal).

Mezclas asfálticas drenantes.

Mezclas discontinuas o microaglomerados en caliente.

Mezclas tibias.

10

Mezclas asfálticas modificadas.

Materiales granulares estabilizados con asfalto en frio o caliente.

2.4.1. Características de las mezclas asfálticas

2.4.1.1. Estabilidad.

Es la capacidad para resistir desplazamientos y deformación bajo las cargas del tránsito, depende principalmente de la fricción interna y de la cohesión. Un pavimento inestable desarrolla ahuellamientos, ondulaciones, fisuraciones, fatiga y otras señales que indican cambios en la mezcla, por el contrario, un pavimento estable es capaz de mantener su forma y lisura bajo cargas repetidas.

2.4.1.2. Durabilidad.

Indica la habilidad de un pavimento para resistir la acción de los factores climáticos y del tránsito que generan cambios en las propiedades del asfalto, desintegración del agregado y separación de las partículas de asfalto. (Pantoja & Prieto, 2015).

2.4.1.3. Impermeabilidad.

Es la resistencia de un pavimento al paso de agua y aire hacia su interior.

2.4.1.4. Trabajabilidad.

Es la facilidad con que una mezcla de pavimentación puede ser colocada y compactada.

2.4.1.5. Flexibilidad.

Capacidad de un pavimento asfáltico para adaptarse a los movimientos y asentamientos de la base y subrasante sin agrietarse. (Rodriguez, 2008).

2.4.1.6. Resistencia a la fatiga.

Es la resistencia a la flexión repetida bajo las cargas de tránsito; es decir, es la capacidad de un pavimento para resistir esfuerzos provocados por el tránsito repetidamente sin fracturase.

2.4.1.7. Resistencia al deslizamiento

Capacidad de proveer suficiente fricción para minimizar el deslizamiento o resbalamiento de las ruedas de los vehículos, particularmente cuando la superficie está mojada. (ASOPAC, 2004). Según las especificaciones del INVIAS (2013). En Colombia existen algunos tipos de mezclas como: Mezcla densa en frío, Mezcla abierta en frío, Mezcla densa en caliente, Mezcla abierta en caliente, entre otras.

11

Dependiendo la gradación de la mezcla, y el tipo de uso que se le dará en servicio.

2.5. Mezclas Densas en Caliente o Concreto Asfáltico

La mezcla asfáltica en Caliente consiste en una combinación de agregados pétreos uniformemente mezclados y recubiertos por cemento asfáltico. (Figura 3) para secar los agregados y obtener suficiente fluidez del cemento asfáltico como para lograr suficiente trabajabilidad y mezclado, tanto el agregado como el cemento asfáltico deben ser calentados antes del mezclado; de ahí el término “mezcla en caliente”. (Fonseca, 2002). En Colombia estas mezclas son conocidas como MDC (mezclas densas en caliente), y MAM (mezclas de alto módulo) (INVIAS, 2013 - Artículo 450 - 13) y presentan agregados pétreos con granulometría bien gradada y con tamaños de partículas sólidas diferentes mezcladas con cemento asfáltico. Su conformación es aproximadamente de un 90 % de agregados pétreos grueso y fino, un 5% de filler y otro 5% de ligante asfáltico (Padilla, 2004). De acuerdo con (Rondón & Reyes, 2015), son fabricadas, extendidas y compactadas a altas temperaturas (fabricarse entre 140 y 180 °C aproximadamente, dependiendo de la viscosidad del asfalto), son mezclas de alta calidad utilizadas en la construcción de carreteras, aeropuertos, pavimentos industriales, entre otros. Además de esto pueden conformar subcapas dentro de la capa asfáltica (rodadura, base intermedia y/o base asfáltica), se caracterizan por presentar un bajo contenido de vacíos con aire en volumen (entre 3% a 9% por lo general).

Figura 3 Mezcla Asfáltica Densa en Caliente. MDC. Fuente: (ASOPAC, 2004)

Las principales ventajas de utilizar mezclas densas en caliente son las siguientes:

Son más resistentes y durables al envejecimiento y al a oxidación.

Impermeabilizan superficialmente el pavimento.

12

Por su baja porosidad, son de alta resistencia y rigidez.

De igual manera, como desventajas de utilizar estas mezclas se pueden mencionan las siguientes:

La textura superficial no es la mejor para obtener buena fricción neumático-

pavimento, debido a su baja porosidad.

Durante su proceso de fabricación impactan negativamente el medio ambiente ya

que se fabrican a temperaturas superiores a 140 °C.

Generan láminas de agua superficiales durante la lluvia, incrementando la

probabilidad del fenómeno de hidroplaneo y aumentando el grado de

accidentalidad en las vías,

Dificultad de construcción al ser extendidas y compactadas a alta temperatura.

Las mezclas asfálticas en caliente son las más empleadas en muchas partes del

mundo, debido a su flexibilidad, duración, uniformidad, resistencia a la fatiga y

economía entre otras características. (Pantoja & Prieto, 2015).

2.6. Mezclas en Frio

Generalmente se definen como la combinación de un ligante, con agregados minerales preferentemente gruesos, de granulometría uniforme y que es posible fabricar, extender y compactar a temperatura ambiente, (Fonseca, 2002). Se caracterizan por presentar un alto contenido de vacíos, aproximadamente del 15%. Ventajas

La temperatura de extensión y compactación puede ser a temperatura ambiente. La temperatura de fabricación es in-situ. Son de alta rigidez aunque estas varían de acuerdo a las especificaciones del

diseño. Facilidad constructiva. Son de menor costo, debido a los materiales y forma de construcción.

Desventajas

Por su baja porosidad presentan menor fricción entre las bandas neumáticas y el pavimento.

Menor resistencia al envejecimiento, afectada por la incidencia climática de la zona.

Utilizan como ligante una mezcla asfáltica.

13

2.7. Mezclas Tibias

Denominada por sus siglas en inglés (WMA), como una tecnología en desarrollo que permite la fabricación, extensión y compactación de la mezcla asfáltica a menor temperatura; respecto a la utilizada convencionalmente, sin disminuir sus propiedades dinámicas y mecánicas (Chowdhury & Button, 2008). Según los investigadores (Vaitkus, Čygas, Laurinavičius, & Perveneckas, 2009) la diferencia de temperatura entre las HMA y la mezcla asfáltica tibia se ubica en un rango de 10 a 40°C; una observación similar es realizada por (Goh & You, 2008) quienes mencionan que las WMA son producidas a temperaturas entre 17 a 56°C más bajas que las empleadas para concreto asfáltico tradicional. Según (Lee & Kim, 2010), (Chowdhury & Button, 2008) y (Goh & You, 2008) este tipo de mezclas contribuyen en la disminución de emisiones contaminantes a la atmosfera y reducción del consumo de energía durante el proceso de fabricación y compactación de las mismas, ver figura 4. A pesar de los beneficios que ofrece este tipo de mezcla, en Colombia no existe ningún tipo de especificación técnica que permita determinar las características y comportamiento de una WMA.

Figura 4 Tecnologías y ventajas medioambientales para la producción de mezclas asfálticas.

Fuente: (Rondón & Reyes, 2015)

2.7.1. Aditivos en la producción de Mezclas Asfalticos Tibias

Las investigaciones con más incidencia en el tema son las que se han realizado al ligante asfaltico, es decir por vía húmeda, puesto que al disminuir la viscosidad de este, la temperatura de fabricación y compactación es menor, aportando características similares de módulo dinámico, leyes de fatiga y tracción directa con referencia a las mezclas asfálticas convencionales, a través del uso de aditivos entre los que se encuentran las ceras y tensoactivos, (Reyes, Fuentes, & Moreno, 2013). Según Rondón, Fernández, & Zafra., 2015) las ceras presentan punto de fusión menor a la temperatura a la que se produce normalmente las HMA, por lo tanto cuando se alcanzan temperaturas mayores al punto de fusión la viscosidad del C.A tiende a

14

reducirse, mientras que cuando es inferior a dicho punto la rigidez aumenta, aunque este tipo de aditivo cuando se encuentra en etapa de cristalización produce el aumento de la rigidez, existen ceras naturales que pueden afectar la resistencia al ahuellamiento de la M.A. Dentro de este tipo de aditivos encontramos el Sasobit, Rediset, Cecabase entre otros. Existen otras técnicas que hacen uso de Zeolitas, entendida como materiales que poseen estructura tridimensional, distribución de poros bien definida, y elevada resistencia química y térmica (Babaluo, 2008), este tipo de mineral que posee aproximadamente 20% en peso de agua dentro de su estructura porosa, al ser calentada aproximadamente a (85 ° C), el agua se libera, y cuando esto ocurre en presencia del C.A, produce la espumación de este, normalmente se usa en proporción de 0.25% en peso del ligante asfaltico, para lograr su eficacia es importante que el aditivo se encapsule rápidamente en el asfalto. (Bonaquist, 2011). Para este proyecto de investigación se implementó el uso de un tipo de material con influencia directa en el C.A., denominado HUSIL, de acuerdo con (Rondón, Fernández, & Zafra., 2015) es un aditivo químico líquido que actúa como una zeolita sintética; es un componente inorgánico que no inflama y que puede ser implementado en la producción de mezclas asfálticas tibias, (Rondón, Fernández, & Zafra., 2015) afirman. “El aditivo espuma los asfaltos colombianos a aproximadamente 80ºC lo que lo hace ideal para disminuir la temperatura de fabricación, al facilitar el recubrimiento del asfalto con los agregados pétreos".

2.1. Calamina

De acuerdo con (Ordoñez & Villanueva, 2012) la Calamina se obtiene del proceso de descarbonización u oxidación del acero, en el que se desprenden partículas del mismo, en forma de escamas, se considera como un residuo sólido. La Calamina está constituida por oxido férrico oxido ferroso, grasas y aceites; presenta un color gris azulado y además es un material no corrosivo, su pH es de 6 unidades y su humedad es de 0.63%; debido a esta composición es posible recuperar este residuo y utilizarlo como un aditivo importante en la elaboración de materiales de construcción. (Ver Figura 5).

Figura 5 Calamina. Fuente: (Ordoñez & Villanueva, 2012)

15

En las Tabla 4 y 5 se observa las propiedades físico químicas de la Calamina según (Ordoñez & López, 2012)

Tabla 4 Propiedades fisicoquímicas de la Calamina.

PARAMETRO UNIDADES RESULTADO METODO

ANALITICO

Textura N/A Frágil y poco flexible Visual

Color NA Gris azulado Visual

Humedad % 0,63 Gravimétrica

pH Unidades 6,00 Potenciómetro

Grasas y aceites mg/L 462.90 Extracción soxhlet

Corrosividad - No corrosivo Potenciómetro

Densidad g/ml 2.12 m/v

Nota. Fuente: Ordoñez & Villanueva, 2012

Tabla 5 Composición Química de la Calamina.

Parámetro Unidades Resultados Nivel máximo permisible en

el lixiviado (mg/l) Dec, 4741/05

Hierro total mg/L 7,75 Sin norma

Arsénico mg/L <0,006 5

Bario mg/L <0,2 100

Cadmio mg/L <0,07 1

Cromo total mg/L <0,02 5

Níquel mg/L <0,3 Sin norma

Plata mg/L <0,06 5

Selenio mg/L <0,005 1

Mercurio mg/L <0,002 0,2

Plomo mg/L <0,40 5

Oxido Férrico mg/L 7,8 Sin norma

Oxido Ferroso mg/L 1,4 Sin norma Nota. Fuente: Ordoñez & Villanueva, 2012

Según (Pereira, Verney, & Lenz, 2011) la cascarilla de laminación de acero es un residuo sólido generado en la fabricación del mismo, producido en la oxidación de la superficie del metal cuando está a alta temperatura. Al ser calentado reacciona con el oxígeno para formar óxidos de hierro con mala adherencia, que constituyen la cascarilla de laminación. La Calamina se debe quitar para evitar inclusiones que disminuyen la calidad del acero durante su conformación mecánica mediante proceso de deformación plástica. En plantas se genera 10 kg de cascarilla de laminación por cada tonelada de acero producido.

16

En la actualidad se ha establecido usos en el sector de la construcción, por ejemplo, escoria de alto horno de la producción de arrabio, que se utiliza en la fabricación de cemento Portland, tal residuo puede llegar a reducir el consumo de materias primas y el impacto que se genera en el medio ambiente por la extracción de la misma.

2.9. Impacto Ambiental Según la (CAR,Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca, 2009) la extracción de materiales de construcción debe su importancia a que son la materia prima insustituible para la sociedad de acuerdo, a la gran demanda que presenta para la realización de todo tipo de obras civiles. Dicha actividad de extracción se denomina Minería, tal práctica hace uso de canteras, conocidas como lugares para la explotación de insumos pétreos a cielo abierto, mediante la implementación de cortes o excavaciones en los depósitos, que a su vez generan impactos ambientales, de gran magnitud tanto para factores bióticos como abióticos, que pueden perdurar en el tiempo, incluso más allá de las actividades de exploración y extracción. De acuerdo con (Lillo, 2015), los impactos negativos producidos por la explotación minera generan cambios en los horizontes del suelo debido a la erosión derivada de las acciones antrópicas a las que está sometido, cambios fisiográficos y a la disminución de calidad del paisaje, adicionalmente cambio en las propiedades físicas y químicas a cuerpos de agua debido a la inclusión de partículas de textura sólida en suspensión, por lo tanto el aumento de sedimentación de la misma. Por otro lado, las plantas de fabricación de las M.A. en caliente, presentan gran cantidad de emisiones de gases volátiles y material articulado. Acorde con la (EPA,-Environmental Protection Agency, 2000) este tipo de liberación de gases a la atmosfera en su mayoria dióxido de carbono (CO2), óxidos de nitrógeno (NOx) y óxidos de azufre (SOx),se debe principalmente a la combustion incompleta que se produce in situ y a particulas del C.A. liberado cuando se calienta a grandes temperaturas, este ultimo puede presentar contenido de compuestos organicos gaseosos, además de un aerosol de particulas organicas condensadas, este ultimo depende de la temperatura del C.A. y de los agregados petreos cuando entra al mezclador.

17

3. METODOLOGÍA A continuación, se muestra el desarrollo metodológico en el proceso de investigación de la Modificación del concreto asfáltico (MDC-19) con la sustitución del llenante mineral por Calamina y la incorporación del aditivo “HUSIL”.

REVISIÓN Y

RECOPILACIÓN BIBLIOGRÁFICA

ón

ón

hjsdk

OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL

MATERIAL: C.A., AGREGADOS PÉTREOS,

CALAMINA, HUSIL

ón

ón

hjsdk

ENSAYO MARSHALL MDC-19:

DETERMINACIÓN %OPTIMO C.A.

ón

ón

hjsdk

ENSAYO MARSHALL MDC-19:

INCORPORACIÓN DEL HUSIL AL 1% Y

SUSTITUCIÓN DEL LLENANTE MINERAL POR CALAMINA T=

110º,120º y 130º

ón

hjsdk

ENSAYO MARSHALL MDC-19;

CONVENCIONAL T=150º

ón

hjsdk

ENSAYO MARSHALL MDC-19: SUSTITUCIÓN

DEL LLENANTE MINERAL POR CALAMINA

DETERMINACIÓN % OPTIMO C.A.

ón

hjsdk ELABORACIÓN DE GRÁFICAS: ESTABILIDAD,

FLUJO VACIOS, DENSIDAD BULK,

ESTABILIDAD vs FLUJO

ón

ón

hjsdk

ANALISIS DE

RESULTADOS

ón

ón

hjsdk

CONCLUSIONES

ón

hjsdk

ELABORACIÓN DE

DOCUMENTO FINAL

ón

ón

hjsdk

FIN

INICIO

18

3.1. Revisión y recopilación bibliográfica

La investigación sobre concreto asfaltico tipo denso con énfasis en el tipo MDC-

19 y mezclas asfálticas tibias (WMA) se inició con la búsqueda, recopilación y análisis de información a través de artículos, libros, revistas, paginas expuestas en la web sobre el tema a indagar, además de la normatividad vigente en pavimentos para el país en este caso el INVIAS 2013 en la sección 450-13, con el fin de conformar bases y fundamentación académica sólida. 3.2. Obtención y Caracterización de los materiales

3.2.1 . Obtención y Caracterización del C.A.

El tipo de C.A. implementado para la investigación en vista que se tuvo en cuenta condiciones críticas de tránsito (altos volúmenes) fue 60-70 según la especificación vigente, sometido a los ensayos descritos en la tabla No. 7 fue proporcionado por CONCRETOS ASFÁLTICOS DE COLOMBIA S.A (CONCRESCOL).

Tabla 6 Especificaciones C.A (60-70)

Penetración (25º,100g,5s) E-706 0.1mm 60 70

Punto de Ablandamiento E-712 ºC 48 54

Índice de penetración E-724 - - 0.6

Viscosidad Absoluta (60ºC), E-716 P 150 -

Ductilidad (25ºC,5cm/min) E-702 cm 100 -

Solubilidad en tricloroetileno E-713 % 99 -

Contenido de agua E-704 % - 0.2

Contenido de Parafinas E-718 % - 3

Perdida de Masa E-720 % - 0.8

ESPECIFICACIONES GENERALES CEMENTO ASFÁLTICO (60-70)

Ensayos sobre el residuo después de ensayo de Película delgada en horno

rotatorio (RTFOT)

Ensayos sobre el asfalto original (sin someter a procesos de envejecimiento)

Penetración al residuo luego de

RTFOT en % de la penetración

original

Incremento en el punto de

ablandamiento después de RTFOT

E-706 50 -

Unidad

- 4

- 9

ºC

%

ºC

Relación de viscosidad a 60ºC

después y antes de RTFOT

E-712

E-716

Método INV.Ensayo Mín. Máx.

ºCE-709 230 .Punto de Inflamación


19

3.2.2 . Obtención y Caracterización de los Agregados Pétreos.

El agregado pétreo que se empleó para la elaboración de las muestras de concreto asfaltico fue proporcionado por CONCRETOS ASFÁLTICOS DE COLOMBIA S. A (CONCRESCOL), (Ver Anexo A). El material fue sometido a los ensayos requeridos por el INVIAS (2013) que se muestran en la tabla No.8.

Tabla 7 Ensayos Realizados a los Agregados Pétreos

Ensayo Método INV. NT1 NT2 NT3

Resistencia al desgaste en la

maquina de Los Ángeles, 500

revolucionesE-218,219 25% máx. 25% máx. 25% máx.

Micro Deval E-238 - 25% máx. 20% máx.

10% de finos en seco E-224 - - 110 Kn Min.

10% de finos relación

húmedo/secoE-224 - - 75% min.

Perdida en ensayo de solidez en

sulfato de magnesioE-220 18% máx. 18% máx. 18% máx.

Caras Fracturadas:1 cara E-227 75% min. 75% min. 85% min.

Caras Fracturadas:2 cara E-227 - 60%min. 70%min.

Coeficiente de pulimento E-232 0.45 min. 0.45 min. 0.45 min.

Partículas planas y alargadas E-240 10% máx. 10% máx. 10% máx.

Contenido de Impurezas E-237 0.5% máx. 0.5% máx. 0.5% máx.

Perdida en ensayo de solidez en

sulfato de magnesioE-220 18% máx. 18% máx. 18% máx.

Angularidad E-239 40% min. 45% min. 45% min.

Índice de Plasticidad E-125,126 No Plástico No Plástico No Plástico

Equivalente de arena E-133 50% min. 50% min. 50% min.

Azul de metileno E-235 10% máx. 10% máx. 10% máx.

Cubrimiento de los agregados

gruesos con materiales asfálticos

en presencia del agua hirviendo

E-757 Reportar Reportar Reportar

Método Riedel Weber para

agregados finosE-774 Índice min.=4 Índice min.=4 Índice min.=4

AGREGADO MEDIO Y FINO

AGREGADO GRUESO

Nota. Fuente: Invias 2013

A continuación de la comprobación del cumplimiento de la especificación, se realizó el tamizaje para la granulometría requerida según INVIAS (2013) en su sección 450.6 para el concreto asfaltico MDC-19 con se muestra en la tabla 9.

20

Tabla 8 Franjas Granulométricas para la MDC-19

Milímetro(mm) 37.5 25.0 19.0 12.5 9.5 4.75 2.0 0.425 0.180 0.075

Pulgada 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No.4 No.10 No.40 No.80 No.200

MDC-19 % Pasa - - 100 80-95 70-88 49-65 29-45 14-25 8-17 4-8

TIPO DE CONCRETO

ASFÁLTICO

3.2.3 . Obtención y Caracterización de la Calamina.

La calamina fue proporcionada por TRIPLE A, Barranquilla, este tipo de desecho fue sometido a análisis de propiedades fisicoquímicas, inflamabilidad como se muestra en el anexo C. Por Ternium. 3.2.4 . Obtención y Caracterización del aditivo liquido HUSIL.

El aditivo usado en esta investigación fue proporcionado por el grupo de investigación TOPOVIAL, denominado HUSIL y usado al 1% con respecto a la masa total del asfalto en la mezcla. Este porcentaje fue utilizado debido a que en el estudio previo desarrollado por los grupos de investigación TOPOVIAL y Centro de Estudios en Pavimentos y Materiales Alternativos, se recomienda su empleo en tal dosificación.

3.3. Ensayo Marshall - Concreto Asfáltico MDC-19 (diseño)

Posterior a la realización y caracterización de los materiales descritos en el numeral anterior, se procedió a desarrollar el diseño de la mezcla asfáltica de referencia (MDC-19) empleando la metodología Marshall (INV. E-748-13).

3.3.1. Número de briquetas.

Con el fin de generar la gradación adecuada, las briquetas fueron fabricadas con incrementos del 0.5% en contenido de C.A entre ellas, con el fin de generar curvas que permitieran determinar el porcentaje óptimo de C.A. teniendo en cuenta que el cemento asfaltico escogido para la investigación fue el CA 60-70. En total, se fabricaron 16 briquetas para contenidos de asfalto que iniciaron en 4.5% y terminaron en 6.0% (cuatro briquetas para cada uno de los contenidos de cemento asfaltico, 4.5%,5.0%,5.5%,6.0%). 3.3.2. Cantidad de materiales

La distribución granulométrica de las briquetas elaboradas se presenta en la tabla No. 10.

21

Tabla 9 Distribución de los agregados pétreos y C.A.

Tamiz Tamiz (mm) % Pasa

%

Retenido 54 g C.A. 60 g C.A. 66 g C.A. 72 g C.A. 78 g C.A.

3/4" 19 100.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

1/2" 12.5 87.5 12.5 143.3 142.5 141.8 141.0 140.3

3/8" 9.5 79.0 8.5 97.4 96.9 96.4 95.9 95.4

4 4.75 57.0 22.0 252.1 250.8 249.5 248.2 246.8

10 2 37.0 20.0 229.2 228.0 226.8 225.6 224.4

40 0.43 19.5 17.5 200.6 199.5 198.5 197.4 196.4

80 0.18 12.5 7.0 80.2 79.8 79.4 79.0 78.5

200 0.075 6.0 6.5 74.5 74.1 73.7 73.3 72.9

Fondo 0.0 6.0 68.8 68.4 68.0 67.7 67.3

100 1146 1140 1134 1128 1122

MDC-19 C.A. 60-70

3.3.3. Temperaturas de mezcla y compactación

La temperatura de mezcla (TM) para las 16 briquetas fue de 150 ºC y la de compactación (TC) fue entre 135 ºC y 140 ºC, ambas temperaturas basadas en los criterios de la especificación INV-E-748, en la que las viscosidades requeridas para fabricar mezclas asfálticas del tipo denso requieren que dicho parámetro del ligante oscile entre 170± 20 centiStokes y 280± 30 centiStokes, respectivamente. 3.3.4. Preparación de la mezcla

Se pesaron las cantidades para cada uno de los agregados, calculados de acuerdo a la ecuación No.1 y que permite que la briqueta cumpla con la altura requerida según la especificación técnica, seguido a esto se trasfirieron los agregados pétreos al molde de mezclado todo esto en seco, secados a una temperatura de 130 ºC, se realizó un hoyo en medio de los agregados y se vertió la cantidad de C.A. a una temperatura de 150 ºC ,para cada uno de los porcentajes antes descritos, se procedió a mezclar todos los materiales de formar completa y homogénea.

Ecuación 1 Corrección altura Briqueta

22

3.3.5. Compactación de las briquetas

Con la mezcla generada, se procedió a implementar el equipo moldeador y se puso papel filtro, enseguida se introdujo la mezcla se le golpeó 15 veces alrededor y 10 veces en el centro, con espátula caliente, se alisó la superficie. Seguido a esto se utilizó el martillo de compactación en caída libre generando 75 golpes (de acuerdo al tipo de C.A. usado) por cada cara de la briqueta. Se procedió a retirar la base para dejarla enfriar a temperatura ambiente para no generar ninguna deformación cuando se desmolde

3.3.6. Ensayo estabilidad y Flujo

Antes de proceder a realizar los ensayos de estabilidad y flujo, cada briqueta Marshall fue pesada en el aire y en el agua con el fin de calcular de manera teórica la composición volumétrica de las mezclas. Se puso la muestra a baño María durante 30 minutos, a una temperatura promedio de 60 ºC, posterior a esto se procedió a aplicar carga sobre la briqueta, hasta que ocurrió el fallamiento, estos datos se registraron en el anexo D. Como el espesor de la briqueta fue diferente a 63.5mm, se realizó la corrección de acuerdo al factor de corrección para la estabilidad.

Todo el procedimiento descrito en los numerales 3.3.1., 3.3.2., 3.3.3, 3.3.4., 3.3.5., 3.3.6 fue el mismo para las 16 briquetas con porcentajes de C.A. de 4.5%,5.0%,5.5%,6.0%. El porcentaje óptimo para el concreto asfáltico MDC-19 convencional fue de 5.5%. 3.4. Ensayo Marshall concreto asfáltico MDC-19: Sustitución del llenante mineral

por Calamina

Para esta etapa del trabajo de grado, se sustituyó el porcentaje de agregados

pétreos más fino (pasa tamiz 200), es decir, el llenante mineral, por Calamina. Se fabricaron 16 briquetas con porcentajes de C.A. 60/70 de 4.5%,5.0%,5.5% y 6.0%, se desarrolló el procedimiento descrito en los numerales 3.3.1., 3.3.2., 3.3.3, 3.3.4., 3.3.5., 3.3.6. El porcentaje óptimo para el concreto asfáltico MDC-19 modificado con la sustitución del llenante mineral por calamina fue de 5.5%, a temperaturas de mezcla TM 150 ºC y temperatura de Compactación TC entre 135 y 140 ºC.

23

3.5 Ensayo Marshall concreto asfáltico MDC-19: Sustitución de la llenante mineral por Calamina e incorporación de Husil al 1%

Con la determinación del porcentaje óptimo de C.A. (5.5%), para ambos tipos de

muestreo: MDC-19 convencional y modificada con la sustitución del llenante mineral, se desarrolló el siguiente proceso.

3.5.1. Ensayo Marshall concreto asfáltico MDC-19: Sustitución de la llenante mineral por Calamina e incorporación de Husil al 1%, temperatura de mezcla a 110 ºC, 120 ºC y 130 ºC

Se fabricaron 12 briquetas con porcentajes de C.A. 60/70 de 5.5%, teniendo en cuenta que fue se desarrolló el procedimiento descrito en los numerales., 3.3.3, 3.3.4., 3.3.5., 3.3.6. La temperatura de la mezcla fue de 110 ºC, 120 ºC y 130 ºC, para cada tipo de temperatura se fabricaron 3 briquetas. No se fabricaron briquetas a temperaturas de 140° y 150° ya que el objetivo de la investigación es generar una Mezcla Asfáltica Tibia, por lo tanto realizar ensayos a dichas temperaturas no presenta gran relevancia en el proyecto, puesto que para ser considerada una WMA debe disminuir la temperatura de fabricación respecto a la convencional, en un porcentaje considerable.

3.5.2. Ensayo Marshall concreto asfáltico MDC-19, temperatura de mezcla a 110 ºC, 120 ºC y 130 ºC, CALAMINA=0%, HUSIL0%

Se fabricaron 12 briquetas con porcentajes de C.A. 60/70 de 5.5%, teniendo en cuenta que fue el porcentaje de C.A. optimo, se desarrolló el procedimiento descrito en los numerales., 3.3.3, 3.3.4., 3.3.5., 3.3.6. La temperatura de la mezcla fue de 110 ºC, 120 ºC y 130 ºC, para cada tipo de temperatura se fabricaron 3 briquetas. Para esta etapa de la investigación, no se adicionó Husil ni se sustituyó el llenante mineral por Calamina, con el fin de comparar el comportamiento bajo carga monotónica del MDC-19 modificado y el MDC-19 convencional.

24

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS

A continuación, se presentan los resultados obtenidos en el desarrollo del proyecto.

4.1. Resultados de los ensayos realizados al agregado pétreo

Se observa en la tabla 10 que el agregado pétreo utilizado en la fabricación de las mezclas asfálticas cumple con los requisitos mínimos de calidad que exige la especificación INVIAS (2013). Tabla 10 Resultados de los Ensayos realizados a los Agregados Pétreos

Norma INV Resultado Valor Exigido

E-133 76% 50% min

E-227 87% 75%min

- 0% 0

E-125, E-126 0% No plástico

E-220 9.50% 30%máx

E-230 9.50% 30%máx

E-220 12.90%

sulf. Sodio

12% máx ;

Sulf. Magnesio

18% máx

E-238 22.30% 25 % máx

Ensayo

Equivalente de arena

Caras Fracturadas

Límite líquido

E -222 , E - 223Peso especifico (gruesos

y finos)

10 % de finos (relación

húmedo/seco)

Resistencia al desgaste

Máquina de los Ángeles

E-224

Índice de plasticidad

Índice de alargamiento

Índice de aplanamiento

Ataque en sulfato de sodio

Microdeval

2.62 -

83% 75% min

E-218 24.60% 25% máx

4.2. Resultados C.A. Se observa en el Anexo B, que el asfalto CA 60-70 utilizado en la fabricación de las mezclas asfálticas en investigación cumple con los requisitos mínimos de calidad que exige la especificación INVIAS (2013). 4.3. Resultados Calamina

La información a continuación descrita fue proporcionada por la ficha técnica

elaborada por Termium (ver anexo C). La Calamina es una capa de color grisáceo que se obtiene a través del proceso de figuración del hierro, es un material no corrosivo y solido en un 99.57%. Está compuesta por Hierro, Calcio y manganeso, es un tipo de sustancia que no es inflamable ni combustible, por lo tanto, no genera riesgo de incendio, como se puede observar en la tabla No. 11

25

Tabla 11 Composición fisicoquímica de la Calamina

Elemento Concentración UN %

Hierro (Fe) 420 mg/L 84,88

Calcio (Ca) 58 mg/L 11,72

Manganeso (Mg) 16,8 mg/L 3,40

Ph-Lixiviado

Propiedades Físicas y Químicas

Negativa

Negativa

99,57

9,952+0,160

5,734+0,160

Corrosividad

Inflamabilidad

% Solidos

Ph-Residuos

Composición y Constituyentes

Nota. Fuente: Modificación Ficha técnica Calamina-Termium

4.4. Diseño del Concreto Asfaltico MDC-19 Convencional y MDC-19 con Sustitución del Llenante Mineral por Calamina, determinación de Porcentaje óptimo de C.A.

En la Tabla 12 se muestran los requerimientos de Estabilidad - E, Flujo - F, E/F, porcentaje de vacíos (%de Vacíos) para agregados pétreos y %Vacíos con aire en la mezcla, según INVIAS (2013, Articulo 450). Tabla 12 Criterios del Diseño Marshall para Mezclas Densas en Caliente

NT1 NT2 NT3

E-748 50 75 75 75

E-748 500 750 900 1500

E-748 2-4 2-4 2-3.5 2-3

E-736 3-5 3-5 4-6 -

Mezcla 0 ≥13 ≥13 ≥13 -

Mezcla 1 ≥14 ≥14 ≥14 ≥14

Mezcla 2 ≥15 ≥15 ≥15 -

Mezcla 3 ≥16 ≥16 ≥16 -

E-799 1.2-1.4

E-745

Relación Llenante/ Asfalto efectivo, en peso

Concentración de llenante, valor máximo

E-799

E-799

Valor Critico

0.8-1.2

65-80 65-78 65-75 63-75

Compactación (Golpes/cara)

Estabilidad Minima (kg)

Flujo (mm)

Vacios en los agregados

Minerales (VAM) %

% de Vacios llenos de asfalto (VFA)

(Volumen de asfalto efectivo/ Vacíos en los agregados

minerales)* 100 Capas de Rodadura e intermendia

Vacios con aire (Va) %

Norma de

Ensayo

INV.

Mezclas Densas, Semidensas y Gruesas

Categoria de TransitoMezcla

De Alto

Modulo

Caracteristica


Las figuras No. 6, 7,8 y 9, muestran los resultados obtenidos tanto para el MDC-19 convencional y el MDC modificado con la sustitución del filler o llenante mineral por Calamina, bajo los parámetros en estudio del Ensayo Marshall: Estabilidad, Flujo, Estabilidad/Flujo, Porcentaje de Vacíos, respectivamente.

26

En la figura No 6 se muestra el comportamiento de la Estabilidad (Kg) vs el contenido de asfalto en porcentaje (% C.A), evidenciando que a mayor porcentaje de cemento asfaltico mayor es el valor de la estabilidad, hasta el porcentaje de 5.5, tanto para la MDC-19 convencional como la MDC-19 modificada con la incorporación de la Calamina. Sin embargo los valores obtenidos en el concreto modificado presenta un aumento de 87.57 Kg respecto a la mezcla típica en el punto más alto (5.5% de C.A.), incrementando la resistencia bajo carga monotónica. En promedio, en todos los porcentajes de CA, se reporta un incremento de entre 30 y 90 Kg en la resistencia bajo carga monotónica (estabilidad) cuando se sustituye el llenante mineral por Calamina.

La Figura 7 muestra la línea de tendencia del Flujo vs % C.A., tanto para la MDC-19, como para la MDC-19 modificada con la sustitución del filler por Calamina. Se evidencia que la incorporación de Calamina permite disminuir la compresibilidad de las briquetas con respecto a la Mezcla convencional, en una proporción de 0.20 mm en promedio. Es

Figura 6 Estabilidad (Kg) vs % C.A.

Figura 7 Flujo (mm) vs %C.A

27

decir, la Calamina tiende a aumentar la resistencia a la deformación permanente de las muestras a altas temperaturas de servicio.

En la Figura 8 se muestra la relación Estabilidad/Flujo para cada porcentaje de cemento asfaltico en estudio, la gráfica muestra el aumento de la rigidez Marshall respecto al incremento del porcentaje asfaltico para los valores de 4.5, 5.0 y 5.5. % y la disminución de la misma para el 6% de contenido de asfalto, tanto para la mezcla convencional como para la mezcla modificada. Se observa un incremento promedio en la rigidez de entre 40 y 50 Kg/mm en las briquetas en que se incorporó calamina comparada con las convencionales. Se reporta adicionalmente, que en algunos porcentajes de asfalto, la mezcla de referencia no cumple con el valor mínimo de E/F establecido por la especificación INVIAS (2013) para tráfico tipo NT3 el cual es de 300 kg/mm. Sin embargo, al incorporar la Calamina, se contribuye a hacer cumplir con este parámetro mecánico.

Figura 8 Estabilidad/Flujo (mm) vs %C.A.

Figura 9 %Vacíos vs % C.A

28

En la Figura 9 se muestra la relación de los Vacíos con aire. Se observa la línea de tendencia típica que consiste en que al incrementar el porcentaje de C.A., disminuye el porcentaje de vacíos con aire, tanto para la mezcla convencional como para la mezcla modificada. Adicionalmente se observa, que la Calamina genera en los porcentajes de asfalto entre 5 y 6% una ligera disminución de los vacíos con aire. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, ejecutados bajo el Ensayo Marshall, para el concreto asfaltico en estudio se concluye, que el porcentaje optimo tanto para Mezcla asfáltica convencional, como para la mezcla modificada con calamina, que cumple con las especificaciones técnicas del INVIAS 2013, es 5.5%.

4.5. Ensayo Marshall Concreto Asfaltico MDC-19 Convencional y MDC-19 modificada con Sustitución del Llenante Mineral por Calamina y la implementación del aditivo HUSIL al 1%.

En las figuras No. 10, 11, 12, 13,14 y15 se presentan los resultados de los Ensayos Marshall ejecutados. En la figura 10 muestra el aumento de la estabilidad de acuerdo al aumento de la temperatura de fabricación del concreto, tanto de la MDC-19 convencional como la de MDC-19 modificada con la sustitución del filler por Calamina y la adición del Husil al 1%, tal aumento se debe al mayor recubrimiento del ligante asfaltico sobre los agregados pétreos, mejorando la trabajabilidad del asfalto y compactibilidad de la mezcla. La mayor estabilidad se obtiene cuando se sustituye el filler por la calamina y se adiciona 1% del aditivo Husil con temperatura de mezcla de 130 ºC, mostrando un aumento de 161.61Kg respecto a la mezcla convencional fabricada a 150ºC. La mezcla modificada con todas las temperaturas de fabricación, 110, 120 y 130ºC, cumple con las especificaciones del INVIAS 2013 para el concreto asfaltico tipo MDC-19, ver figura 11 La Figura 12 describe el comportamiento de la E/F vs temperatura, tanto para mezcla convencional MDC-19, como para la mezcla modificada con Calamina y con Husil, al aplicar estos dos componentes se evidencia que la rigidez aumenta en una proporción de 77.69 Kg/mm, frente a los valores convencionales de la mezcla. Como el Husil espuma el C.A., disminuye la viscosidad y de esta forma reduce la porosidad del concreto asfaltico y la Calamina, generando mejor trabajabilidad, manejabilidad y cohesión entre los agregados pétreos y el ligante. De acuerdo a lo anterior se puede deducir que es posible disminuir la TM de 150º a 130º conservando y aumentando las propiedades de rigidez de la MDC-19 convencional. La Figura 15, muestra el comportamiento de los Vacíos llenos de aire de la MDC-19 convencional (H=0%), (Calamina=0%) y la MDC-19 modificada con Calamina y con Husil al 1%. Se evidencia la disminución de los vacíos con aire en el concreto asfaltico modificado, reducidos en un 2.04% respecto a la mezcla de referencia fabricada a de 150 ºC. Se observa que con el aditivo y la calamina, para cualquier temperatura de

29

fabricación, se generan en las mezclas menores vacíos que los reportados con la mezcla convencional.

Figura 10 Estabilidad (Kg) vs Temperatura ºC

Figura 11 Flujo (mm) vs Temperatura ºC

Figura 12 Estabilidad /Flujo (Kg/mm) vs Temperatura ºC

30

Figura 13 Densidad Bulk (g/cm³) vs Temperatura ºC

Figura 14 Vacíos A.P. (%) vs Temperatura ºC

Figura 15 %Vacíos vs Temperatura ºC

31

5. CONCLUSIONES La mayor resistencia y rigidez bajo carga monotónica se obtiene cuando se adiciona el aditivo en proporción del 1% con respecto a la masa del asfalto y se reemplaza el filler por Calamina. Lo anterior es un indicador de mayor resistencia al fenómeno de ahuellamiento en climas de alta temperatura. Aplicando el aditivo es posible disminuir la temperatura de fabricación y compactación de la mezcla de referencia en al menos 20°C. Al comparar la resistencia bajo carga monotónica de la MDC-19 convencional y MDC-19 modificada con la sustitución del llenante mineral por Calamina, y la incorporación del aditivo liquido HUSIL, al 1%, a distintas temperaturas de fabricación (110ºC, 120ºC 130ºC y 150ºC), se puede concluir que para conservar las propiedades mecánicas del concreto asfaltico convencional se puede llegar a reducir la temperatura de fabricación de 150ºC a 130ºC, generando una Mezcla Asfáltica tibia. De esta manera se puede minimizar la emisión de gases volátiles a la atmosfera. La sustitución del filler o llenante mineral por Calamina en Mezclas Asfálticas tipo Densas para este caso concreto asfaltico tipo MDC-19, aumenta la estabilidad de la misma, debido a los componentes que conforman este residuo, en su mayoría hierro (84.88%); este tipo de material permite mejorar la cohesión entre las partículas del agregado y el ligante. El concreto asfaltico MDC-19 modificado con la sustitución del llenante mineral por Calamina, y la incorporación del aditivo líquido HUSIL, de acuerdo a los resultados obtenidos durante la investigación, evidencia menor cantidad de vacíos con aire, por lo tanto se presenta mayor resistencia al ahuellamiento. Debido a que la viscosidad es reducida por la acción del aditivo Husil, se genera un aumento en la trabajabilidad y compactabilidad entre los agregados y el cemento asfaltico.

32

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35

7. ANEXOS Anexo A. Ensayos de Laboratorio Agregados Pétreos - INVIAS 2013

48

Anexo B. Ensayos de Laboratorio C.A. 60-70-INVIAS 2013

51

Anexo C. Ficha Técnica Calamina

Fecha elaboración:

16/03/2015

REV.1

3797511-8133

144

CLASIFICACIÓN

Inflamabilidad 0

Reactividad 0

Salud 0

Inhalación:Se debe realizar lavado de fosas nasales

Ingestión:Lavar con abundante agua

Contacto con la piel:Lavarse la piel con abundante agua

Contacto con los ojos:Realizar lavado ocular

FICHA TÉCNICA SUBPRODUCTO

CALAMINA

DEFENSA CIVIL:

EMPRESA GENERADORA:FERRASA SAS

TELEFONO:3797511-8133

NOMBRE DE RESIDUO:Calamina,laminilla de hierro,óxido de

hierro,mill scale,Sólido fino homogéneo granular de color gris,rojo o

negro,sin olor.Se genera en el proceso de

trefilado,enderezado,figurado y entorchado

SUSTANCIA NO PELIGROSA

1. IDENTIFICACIÓN DEL RESIDUO Y EMPRESA QUE GENERA

CONSULTA DE EMERGENCIAS

CONTACTO

FERRASA:

PRODUCCIÓN

MONTERÍA

TELÉFONO

2.COMPOSICIÓN Y CONSTITUYENTES

CONCENTRACIONES

Hierro 420mg/L Fe

Calcio 58mg/L Ca

Manganeso 16,8mg/L Mg

4.MEDIDAS DE PRIMEROS AUXILIOS

3.IDENTIFICACIÓN DE PELIGROS

ROMBO NFPA

Riesgo específico

No Aplica

PICTOGRAMA

No aplicaNo aplica

con sacos mayores a 25 Kg

5.MEDIOS Y MEDIDAS PARA COMBATIR EL FUEGO,INCENDIOS

Esta sustancias no es inflamable ni combustible,por lo cual no tiene riesgo de fuego o incendio

6.MEDIDAS PARA CONTROLAR DERRAMES,FUGAS

Zonas de Evacuación:Acordonar el área,no permitir el paso de personal no autorizado

Precauciones para el Medio Ambiente: No verter en alcantarillas ni en suelos, previniendo

contaminación del área

Métodos de Limpieza:Usar pala para la recolleción del derrame

Equipante mínimo del transportista:Pala para recolección y sacos en buen estado

7.MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO

Almacenamiento: Se recomienda no almacenar a la intemperie para evitar degradación de Bigbags

Manipulación:No sobrepasar los 25kg de cargue por persona,usar medios mecánicos para maniobras

8.ELEMENTOS DE PROTECCIÓN

Protección Respiratoria:Usar mascarilla de polvos,cuando se manipuleel material

Protecciónpara las manos:Usar Guantes para evitar el contacto con la piel

Protección de la vista:Usar gafas para evitar proyecciones de calamina hacia losojos

Protección para la piel:Usar uniforme manga larga

52

Inflamabilidad

%Sólidos

pH-Residuos

pH-Lixiviado

Negativa

99,57

9,952+0,160

5,734+0,160

9. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS

Características

Corrosividad Negativa

%Sólidos Menor 19 mg CN-/Kg (b.s)

No se conoce incompatibilidad de este material con otras sustancias

10. ESTABILIDAD Y REACTIVIDAD

Características

Reactividad Negativa

Cianuro reactivo Menor 8 mg CN-/Kg (b.s)

12. INFORMACIÓN ECOLÓGICA

No presenta capacidad ecotóxica

Porcentaje de inmovilización para

100% WAF

Si el % de inmovilización es mayor a 50% el

material es ecotóxico28,3%+-1,4%

11. INFORMACIÓN TOXICOLÓGICA

No presenta capacidad Tóxica

150UFC/g-

AusenteRecuento coliformes totales y huevos de helmintoCaracterización de patógenos

Es relativa a la legislación de residuos de la zona

16. INFORMACIÓN ADICIONAL Y REFERENCIAS

Esta hoja de seguridad es el producto de la recopilación de información de diferentes bases de datos

desarrolladas por entidades internacionales relacionadas con el tema.La alimentación de la información fue

realizada por el departamento de Medio Ambiente de TERNIUM Colombia.

GRE,2012

GIA3I-071-12 Estudio CRTIBE Calamina

NTC 4435 TRANSPORTE DE MERCANCIAS,HOJAS DE SEGURIDAD PARA MATERIALES.PREPARACIÓN.

La información contenida en este documento sólo es de cáracter informativo.

13. CONSIDERACIONES SOBRE LA DISPOSICIÓN DEL PRODUCTO

Se puede realizar disposición final en relleno sanitario

14. INFORMACIÓN DEL TRANSPORTE

Se debe transportar en recipientes cerrados que eviten la generación de derrame o esparcimiento

15. INFORMACIÓN REGLAMENTARIA

53

Anexo D. Resultados Briquetas

61

Anexo E. Ensayo Marshall (INV. E-748-13): Diseño Concreto Asfaltico (MDC-19) Convencional

Briqueta No. Temperatura ºC Estabilidad Estabilidad [kg] Flujo [inch/100] Flujo [mm] E/F [kg/mm]

1 45 922.61 135 3.43 269.06

2 47 963.62 135 3.43 281.02

3 46 943.11 135 3.43 275.04

4 46 943.11 130 3.30 285.62

Promedio 46.00 943.11 133.75 3.40 277.68


5 49 1004.62 135 3.43 292.98

6 51 1045.63 135 3.43 304.94

7 48 984.12 135 3.43 287.00

8 48 984.12 135 3.43 287.00

Promedio 49.00 1004.62 135.00 3.43 292.98


9 54 1107.13 135 3.43 322.87

10 57 1168.64 135 3.43 340.81

11 54 1107.13 140 3.56 311.34

12 55 1127.64 140 3.56 317.11

Promedio 55.00 1127.64 137.50 3.49 323.03


13 47 963.62 150 3.81 252.92

14 45 922.61 155 3.94 234.34

15 44 902.11 160 4.06 221.98

16 44 902.11 155 3.94 229.14

Promedio 45.00 922.61 155.00 3.94 234.59

DISEÑO CONCRETO ASFALTICO MDC_19

CA 60-70 (4.5%)

CA 60-70 (5.0%)

CA 60-70 (6.0%)

CA 60-70 (5.5%)

DETERMINACIÓN % OPTIMO DE C.A.

150

150

150

150

62

Anexo F. Procesamiento de datos para determinación de: Densidad Bulk, Vol. Agregados, % Vacíos, Vol.C.A. (%), Vacíos en Agregados pétreos (%) del concreto asfáltico MDC-19 Convencional

1 6,6 4,5 1170 653 1174 2,246 83,45 2,40 6,57 9,99 16,55

2 6,5 4,5 1162 648 1166 2,243 83,36 2,40 6,67 9,97 16,64

3 6,5 4,5 1176 655 1178 2,249 83,56 2,40 6,45 10,00 16,44

4 6,5 4,5 1177 656 1180 2,246 83,47 2,40 6,54 9,99 16,53

Promedio 6,525 4,5 1171,25 653 1174,5 2,25 83,46 2,40 6,56 9,99 16,54

5 6,6 5 1172 653 1174 2,250 83,15 2,39 5,73 11,11 16,85

6 6,5 5 1190 663 1194 2,241 82,84 2,39 6,09 11,07 17,16

7 6,5 5 1186 660 1189 2,242 82,87 2,39 6,05 11,08 17,13

8 6,5 5 1183 660 1186 2,249 83,14 2,39 5,75 11,11 16,86

Promedio 6,53 5,00 1182,75 659,00 1185,75 2,25 83,00 2,39 5,91 11,09 17,00

CA 60-70 (5.0%)

H Briqueta

(cm)

Briqueta

No.

CA 60-70 (4.5%)



Vol.

Agreg. [%]Vacíos

[%]

Vol. CA

[%]Gmm

Vacios AP

[%]Densidad bulk

[g/cm3]

PSS

[g]

Masa en agua

[g]

Masa en aire

[g]

CA

[%]

Briqueta

No.

H Briqueta

(cm)

CA

[%]

Masa en aire

[g]

Masa en agua

[g]

PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol.

Agreg. [%]Gmm Vacíos

[%]

Vol. CA

[%]

Vacios AP

[%]

63

9 6,5 5,5 1170 654 1174 2,250 82,73 2,37 5,04 12,23 17,27

10 6,6 5,5 1192 666 1196 2,249 82,70 2,37 5,08 12,22 17,30

11 6,6 5,5 1183 658 1185 2,245 82,54 2,37 5,26 12,20 17,46

12 6,6 5,5 1188 662 1190 2,250 82,73 2,37 5,04 12,23 17,27

Promedio 6,58 5,50 1183,25 660,00 1186,25 2,25 82,68 2,37 5,10 12,22 17,32

13 6,4 6 1190 661 1192 2,241 81,97 2,35 4,74 13,29 18,03

14 6,5 6 1162 646 1164 2,243 82,05 2,35 4,65 13,30 17,95

15 6,5 6 1170 650 1172 2,241 81,98 2,35 4,73 13,29 18,02

16 6,5 6 1180 657 1182 2,248 82,21 2,35 4,47 13,33 17,79

Promedio 6,48 6,00 1175,50 653,50 1177,50 2,24 82,05 2,35 4,65 13,30 17,95

CA 60-70 (6.0%)

CA 60-70 (5.5%)

Vol.


[%]

Vol. CA

[%]

Vacios AP

[%]

CA

[%]

Masa en aire

[g]

Masa en agua

[g]

PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol. CA

[%]

Vacios AP

[%]



PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol.


[%]

Briqueta

No.

H Briqueta

(cm)

CA

[%]

Masa en aire

[g]

Masa en agua

[g]

Briqueta

No.

H Briqueta

(cm)

64

Anexo G. Ensayo Marshall (INV. E-748-13): Diseño Concreto Asfaltico (MDC-19) con sustitución del llenante mineral por Calamina


17 48 984,12 125 3,18 309,96

18 50 1025,12 120 3,05 336,33

19 48 984,12 130 3,30 298,04

20 50 1025,12 125 3,18 322,87

Promedio 49,00 1004,62 125,00 3,18 316,80


21 51 1045,63 130 3,30 316,66

22 53 1086,63 130 3,30 329,08

23 51 1045,63 130 3,30 316,66

24 53 1086,63 125 3,18 342,25

Promedio 52,00 1066,13 128,75 3,27 326,16


25 58 1189,14 130 3,30 360,13

26 60 1230,15 130 3,30 372,55

27 58 1189,14 125 3,18 374,53

28 59 1209,65 130 3,30 366,34

Promedio 58,75 1204,52 128,75 3,27 368,39


29 51 1045,63 145 3,68 283,91

30 52 1066,13 150 3,81 279,82

31 49 1004,62 150 3,81 263,68

32 51 1045,63 145 3,68 283,91

Promedio 50,75 1040,50 147,50 3,75 277,83

150

CA 60-70 (5.5%)

CA 60-70 (6.0%)

CA 60-70 (4.5%)

CA 60-70 (5.0%)

DETERMINACIÓN % OPTIMO DE C.A

150

150

150

DISEÑO CONCRETO ASFALTICO MDC_19 CON SUSTITUCIÓN DE LLENANTE MINERAL POR CALAMINA

65

Anexo H. Procesamiento de datos para determinación de: Densidad Bulk, Vol. Agregados, % Vacíos, Vol.C.A. (%), Vacíos en Agregados pétreos (%) del concreto asfáltico MDC-19: con sustitución del llenante mineral por Calamina.

17 6,6 4,5 1192 662 1197 2,228 82,79 2,40 7,20 10,00 17,21

18 6,6 4,5 1198 664 1202 2,227 82,75 2,40 7,26 10,00 17,25

19 6,6 4,5 1197 665 1202 2,229 82,83 2,40 7,16 10,01 17,17

20 6,6 4,5 1194 664 1199 2,232 82,93 2,40 7,05 10,02 17,07

Promedio 6,6 4,5 1195,25 663,75 1200 2,23 82,83 2,40 7,17 10,01 17,17

21 6,6 5 1182 660 1186 2,247 83,07 2,38 5,73 11,20 16,93

22 6,6 5 1184 660 1188 2,242 82,89 2,38 5,93 11,18 17,11

23 6,6 5 1190 663 1193 2,245 83,00 2,38 5,81 11,19 17,00

24 6,6 5 1188 662 1191 2,246 83,01 2,38 5,79 11,19 16,99

Promedio 6,60 5,00 1186,00 661,25 1189,50 2,25 82,99 2,38 5,82 11,19 17,01

CA 60-70 (4.5%)

DISEÑO CONCRETO ASFALTICO MDC_19 SUSTITUCIÓN DEL LLENANTE MINERAL POR CALAMINA

Vacíos

[%]

Briqueta

No.

H Briqueta

(cm)

CA

[%]

Masa en aire

[g]

Masa en agua

[g]Vol. CA

[%]

Vacios AP

[%]

Briqueta

No.

H Briqueta

(cm)

CA

[%]

Masa en aire

[g]

Masa en agua

[g]

PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol.


[%]

Vol. CA

[%]

Vacios AP

[%]

PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol.

Agreg. [%]Gmm

CA 60-70 (5.0%)


66

25 6,5 5,5 1178 660 1181 2,261 83,14 2,37 4,48 12,39 16,86

26 6,5 5,5 1176 659 1180 2,257 83,00 2,37 4,64 12,36 17,00

27 6,5 5,5 1180 661 1183 2,261 83,12 2,37 4,50 12,38 16,88

28 6,5 5,5 1182 660 1185 2,251 82,79 2,37 4,88 12,33 17,21

Promedio 6,50 5,50 1179,00 660,00 1182,25 2,26 83,01 2,37 4,62 12,37 16,99

29 6,5 6 1186 661 1188 2,250 82,31 2,35 4,25 13,44 17,69

30 6,5 6 1180 658 1182 2,252 82,37 2,35 4,19 13,45 17,63

31 6,5 6 1184 659 1186 2,247 82,17 2,35 4,41 13,42 17,83

32 6,5 6 1183 659 1185 2,249 82,26 2,35 4,31 13,43 17,74

Promedio 6,50 6,00 1183,25 659,25 1185,25 2,25 82,28 2,35 4,29 13,43 17,72

Vacíos

[%]

Briqueta

No.

H Briqueta

(cm)

CA

[%]

Masa en aire

[g]

Masa en agua

[g]

DISEÑO CONCRETO ASFALTICO MDC_19 SUSTITUCIÓN DEL LLENANTE MINERAL POR CALAMINA


CA 60-70 (5.5%)

Vol. CA

[%]

Vacios AP

[%]

Briqueta

No.

H Briqueta

(cm)

CA

[%]

Masa en aire

[g]

Masa en agua

[g]

PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol.


[%]

Vol. CA

[%]

Vacios AP

[%]

CA 60-70 (6.0%)

PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol.

Agreg. [%]Gmm

67

Anexo I. Ensayo Marshall (INV. E-748-13): Concreto Asfaltico CONVENCIONAL (MDC-19) CA 60-70 (5.5%) T M= 110º- 120º 130º - 150º

Briqueta No. Estabilidad Estabilidad [kg] Flujo [inch/100] Flujo [mm] E/F [kg/mm]

33 43 881,61 150 3,81 231,39

34 43 881,61 150 3,81 231,39

35 42 861,10 145 3,68 233,80

36 42 861,10 150 3,81 226,01

Promedio 42,50 871,35 148,75 3,78 230,65


37 46 943,11 145 3,68 256,07

38 45 922,61 145 3,68 250,51

39 46 943,11 145 3,68 256,07

40 47 963,62 150 3,81 252,92

Promedio 46,00 943,11 146,25 3,71 253,89


41 49 1004,62 140 3,56 282,51

42 50 1025,12 140 3,56 288,28

43 48 984,12 145 3,68 267,21

44 48 984,12 140 3,56 276,75

Promedio 48,75 999,49 141,25 3,59 278,69

CA 60-70 (5.5%) T= 120° C

MDC-19: CALAMINA=0% HUSIL=0%

MDC-19 CALAMINA=0% HUSIL=0%

MDC-19 CALAMINA=0% HUSIL=0%

CA 60-70 (5.5%) T=110° C

CA 60-70 (5.5%) T=130° C

68

Anexo J. Procesamiento de datos para determinación de: Densidad Bulk, Vol. Agregados, % Vacíos, Vol.C.A. (%), Vacíos en Agregados pétreos, MDC-19: CA 60-70 (5.5%)

33 6,6 5,5 1180 640 1183 2,173 79,91 2,37 8,28 11,81 20,09

34 6,6 5,5 1189 644 1192 2,170 79,78 2,37 8,43 11,79 20,22

35 6,6 5,5 1184 641 1187 2,168 79,74 2,37 8,48 11,79 20,26

36 6,7 5,5 1191 642 1194 2,158 79,34 2,37 8,94 11,73 20,66

Promedio 6,63 5,5 1186 641,75 1189 2,17 79,69 2,37 8,53 11,78 20,31

37 6,7 5,5 1192 651 1195 2,191 80,57 2,37 7,52 11,91 19,43

38 6,6 5,5 1189 646 1191 2,182 80,22 2,37 7,92 11,86 19,78

39 6,7 5,5 1194 652 1197 2,191 80,56 2,37 7,54 11,91 19,44

40 6,6 5,5 1187 648 1190 2,190 80,53 2,37 7,57 11,90 19,47

Promedio 6,65 5,50 1190,50 649,25 1193,25 2,19 80,47 2,37 7,64 11,89 19,53

41 6,6 5,5 1188 656 1191 2,221 81,65 2,37 6,28 12,07 18,35

42 6,7 5,5 1189 656 1191 2,222 81,72 2,37 6,20 12,08 18,28

43 6,6 5,5 1193 658 1195 2,222 81,69 2,37 6,24 12,07 18,31

44 6,6 5,5 1184 653 1186 2,221 81,68 2,37 6,25 12,07 18,32

Promedio 6,63 5,50 1188,50 655,75 1190,75 2,22 81,69 2,37 6,24 12,07 18,31

PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol. Agreg.

[%]Gmm Vacíos

[%]

Vol.

CA [%]

Vacios en

AP [%]

MDC-19: CALAMINA=0% HUSIL=0%

Briqueta

No.H [cm]

CA

[%]

Masa en

aire [g]Masa en

agua [g]

Gmm Vacíos

[%]

Briqueta

No.H [cm]

CA

[%]

Masa en

aire [g]Masa en

agua [g]

Vacios en

AP [%]

Briqueta

No.H [cm]

CA

[%]

Masa en

aire [g]Masa en

agua [g]

PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol. Agreg.

[%]Gmm Vacíos

[%]

Vol.

CA [%]

Vacios en

AP [%]

PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol. Agreg.

[%]

CA 60-70 (5.5%) - 120°C

CA 60-70 (5.5%) - 110°C

CA 60-70 (5.5%) - 130°C

Vol.

CA [%]

69

Anexo K. Ensayo Marshall (INV. E-748-13): Concreto Asfaltico (MDC-19) MODIFICADO: Sustitución del Llenante mineral por Calamina y adición de HUSIL al 1% CA 60-70 (5.5%) T M = 110º- 120º 130º


45 53 1086,63 135 3,43 316,89

46 55 1127,64 130 3,30 341,50

47 53 1086,63 130 3,30 329,08

48 55 1127,64 130 3,30 341,50

Promedio 54,00 1107,13 131,25 3,33 332,24


49 57 1168,64 125 3,18 368,08

50 58 1189,14 130 3,30 360,13

51 57 1168,64 130 3,30 353,92

52 57 1168,64 130 3,30 353,92

Promedio 57,25 1173,77 128,75 3,27 359,01


53 63 1291,65 125 3,18 406,82

54 62 1271,15 125 3,18 400,36

55 62 1271,15 125 3,18 400,36

56 63 1291,65 130 3,30 391,17

Promedio 62,50 1281,40 126,25 3,21 399,68

CA 60-70 (5.5%) T=130° C

CA 60-70 (5.5%) T=110° C

CA 60-70 (5.5%) T= 120° C

MDC-19 : SUSTITUCIÓN DEL LLENANTE MINERAL POR CALAMINA

Y HUSIL AL 1%


Y HUSIL AL 1%


Y HUSIL AL 1%

70

Anexo L. Procesamiento de datos para determinación de: Densidad Bulk, Vol. Agregados, % Vacíos, Vol.C.A. (%), MDC-19 MODIFICADO: Sustitución del llenante mineral por Calamina y adición de HUSIL al 1%

45 6,6 5,5 1190 657 1192 2,224 81,79 2,37 6,03 12,18 18,21

46 6,5 5,5 1193 658 1195 2,222 81,69 2,37 6,14 12,17 18,31

47 6,5 5,5 1195 660 1197 2,225 81,83 2,37 5,98 12,19 18,17

48 6,6 5,5 1192 659 1195 2,224 81,77 2,37 6,05 12,18 18,23

Promedio 6,55 5,5 1192,5 658,5 1194,75 2,22 81,77 2,37 6,05 12,18 18,23

49 6,5 5,5 1187 665 1190 2,261 83,14 2,37 4,48 12,38 16,86

50 6,5 5,5 1180 660 1182 2,261 83,12 2,37 4,50 12,38 16,88

51 6,6 5,5 1193 667 1195 2,259 83,08 2,37 4,54 12,38 16,92

52 6,6 5,5 1189 667 1191 2,269 83,44 2,37 4,14 12,43 16,56

Promedio 6,55 5,50 1187,25 664,75 1189,50 2,26 83,19 2,37 4,41 12,39 16,81

53 6,5 5,5 1182 669 1184 2,295 84,39 2,37 3,03 12,57 15,61

54 6,5 5,5 1181 668 1183 2,293 84,32 2,37 3,12 12,56 15,68

55 6,5 5,5 1190 675 1193 2,297 84,47 2,37 2,94 12,58 15,53

56 6,5 5,5 1192 674 1194 2,292 84,29 2,37 3,15 12,56 15,71

Promedio 6,50 5,50 1186,25 671,50 1188,50 2,29 84,37 2,37 3,06 12,57 15,63

MDC-19 : SUSTITUCIÓN DEL LLENANTE MINERAL POR CALAMINA Y HUSIL AL 1%

PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol. Agreg.

[%]Gmm Vacíos

[%]

Vol.

CA [%]

Vacios en

AP [%]

Vol.

CA [%]

Vacios en

AP [%]

Briqueta

No.H [cm]

CA

[%]

Masa en

aire [g]Masa en

agua [g]

PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol. Agreg.

[%]

PSS

[g]Densidad bulk

[g/cm3]

Vol. Agreg.

[%]Gmm Vacíos

[%]

Briqueta

No.H [cm]

CA

[%]

Masa en

aire [g]Masa en

agua [g]

CA 60-70 (5.5%) - 130°C

CA 60-70 (5.5%) - 110°C

CA 60-70 (5.5%) - 120°C

Gmm Vacíos

[%]

Vol.

CA [%]

Vacios en

AP [%]

Briqueta

No.H [cm]

CA

[%]

Masa en

aire [g]Masa en

agua [g]

71

Anexo M Registro Fotográfico de la Investigación

1. Granulometría Agregados Pétreos

2. Tamizaje Agregados Pétreos

72

3. Mezcla Agregados Pétreos con Calamina

4. Mezcla de agregados pétreos con Calamina

73

5. Incorporación de C.A. a la MDC-19 convencional

6. Martillo Compactador usado en el proyecto de investigación

74

7. Briquetas en Baño María

8. Prensa Marshall implementada para la investigación

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