UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y … · 2008. 8. 4. · resumen de la memoria para optar al titulo de ingeniero civil por: raul segovia airaudo. fecha: 18/12/2007

UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL

ESTUDIO DEL EFECTO DE LA VARIACIÓN EN LA GRANULOMETRÍA DEL

CAUCHO EN MEZCLAS ASFÁLTICAS POR VÍA SECA

MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

RAUL ALEJANDRO SEGOVIA AIRAUDO

PROFESOR GUIA: GABRIELA MUÑOZ ROJAS

MIEMBROS DE LA COMISIÓN: DAVID CAMPUSANO BROWN FEDERICO DELFÍN ARIZTIA

SANTIAGO DE CHILE 2007

RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL POR: RAUL SEGOVIA AIRAUDO. FECHA: 18/12/2007 PROF. GUIA: Sra. GABRIELA MUÑOZ ROJAS

“ESTUDIO DEL EFECTO DE LA VARIACIÓN EN LA GRANULOMETRÍA DEL CAUCHO EN MEZCLAS ASFÁLTICAS POR VÍA SECA”

El objetivo general del presente trabajo de título es estudiar la influencia de la granulometría del caucho en mezclas asfálticas en caliente mediante el proceso por vía seca, con el objeto de dar un uso alternativo al caucho producto del reciclaje de neumáticos de desecho; se espera proveer información suficiente, de modo que la autoridad competente esté en condiciones de definir futuras políticas sobre el uso del caucho en carpetas asfálticas.

Esta Memoria se realizó en las dependencias del área de Asfaltos del Laboratorio

Nacional de Vialidad del Ministerio de Obras Publicas, durante los meses Marzo-Noviembre de 2007.

Próximamente Chile comenzará a producir caucho producto del reciclaje de neumáticos de desecho en forma industrial, debido a lo cual este insumo debiera bajar de precio respecto al importado, gracias a lo cual se hará más viable económicamente el uso del caucho en mezclas asfálticas.

Se determinaron los factores relevantes para la incorporación del caucho mediante el proceso por vía seca, como son los parámetros de tiempo y temperatura en el proceso de digestión del caucho. Se analizaron además otros parámetros como la resistencia a la tracción de la mezcla y la variación del módulo resiliente a temperaturas bajas, intermedias y altas, también se estudió el comportamiento de la mezcla a deterioros comunes de los pavimentos como la fatiga y el ahuellamiento.

El resultado final fue que la granulometría del caucho influye en el comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica, con granulometrías finas se mejora el comportamiento a la fatiga y al ahuellamiento en mayor grado que con granulometrías gruesas, y con granulometrías gruesas se produce un mayor aumento de la Estabilidad Marshall que con granulometrías finas.

Se concluye que es factible utilizar el caucho en mezclas asfálticas ya que mejora las propiedades y el comportamiento a deterioros del pavimento como la fatiga y el ahuellamiento, y la elección de la granulometría del caucho a utilizar dependerá de la propiedad o característica que se quiera conseguir. Se recomienda finalmente que se fomente el uso del caucho como modificador en mezclas asfálticas.

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ÍNDICE

1 INTRODUCCIÓN........................................................................................................................ 8

1.1 INTRODUCCIÓN GENERAL............................................................................................. 8 1.2 OBJETIVOS..................................................................................................................... 10

2 MARCO TEÓRICO................................................................................................................... 12

2.1 ASFALTO......................................................................................................................... 12

2.1.1 PROPIEDADES........................................................................................................... 12

2.1.1.1 Propiedades físicas............................................................................................. 12 2.1.1.2 Composición química. ........................................................................................ 12

2.1.2 ASFALTOS MODIFICADOS ....................................................................................... 15

2.2 CAUCHO ......................................................................................................................... 16

2.2.1 CHAUCO NATURAL ....................................................................................................... 16

2.3 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE......................................................................... 17

2.3.1 PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS........................................................................... 18

2.4 MÉTODO DE DISEÑO..................................................................................................... 19 2.5 ENSAYES ........................................................................................................................ 21

2.5.1 INMERSIÓN-COMPRESIÓN ...................................................................................... 21 2.5.2 RESISTENCIA A COMPRESIÓN DIAMETRAL.......................................................... 23 2.5.3 MODULO RESILIENTE............................................................................................... 27 2.5.4 AHUELLAMIENTO ...................................................................................................... 31

2.5.4.1 Orígenes del Ahuellamiento..................................................................................... 31 2.5.4.3 Propiedades volumétricas de la mezcla que influyen en el ahuellamiento ............. 33 2.5.4.4 Ensaye de Ahuellamiento ........................................................................................ 34

2.6 DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES NUEVOS......................................................... 38

3 MODIFICACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MEDIANTE INCORPORACIÓN DE CAUCHO DE NEUMÁTICOS DESECHADOS .................................................................................................. 42

3.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS NEUMÁTICOS ................................................................ 42 3.2 NEUMÁTICOS DESECHADOS....................................................................................... 43

3.3.1 PROCESO AMBIENTAL ............................................................................................. 44

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3.3.2 TRITURACIÓN CRIOGÉNICA .................................................................................... 44 3.4 APLICACIÓN DE GRANOS DE CAUCHO EN LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS ................ 45

3.4.1 PROCESO POR VÍA HÚMEDA .................................................................................. 45 3.4.2 PROCESO POR VÍA SECA ........................................................................................ 46

3.4.2.1 Tecnologías para el uso de caucho reciclado mediante proceso por vía seca. . …………………………………………………………………………………………..47

3.5 EXPERIENCIAS EXTRANJERAS Y NACIONALES UTILIZANDO CAUCHO RECICLADO …………………………………………………………………………………………………….47

4 DESARROLLO EXPERIMENTAL ............................................................................................ 51

4.1 CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES................................................................. 51

4.1.1 AGREGADOS PÉTREOS ........................................................................................... 51 4.1.2 LIGANTE ASFÁLTICO ................................................................................................ 54 4.1.3 MEZCLA DE ÁRIDOS ................................................................................................. 55

4.2 DISEÑO MARSHALL DE LA MEZCLA PATRÓN ............................................................ 56 4.3 PREPARACIÓN DE LA MEZCLA MEDIANTE PROCESO POR VÍA SECA.................... 58

4.3.1 CAUCHO UTILIZADO ................................................................................................. 58 4.3.2 DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE ÓPTIMO DE CAUCHO ............................... 60 4.3.3 METODOLOGÍA PARA LA CONFECCIÓN DE LA MEZCLA CON INCORPORACIÓN DE CAUCHO ............................................................................................................................ 60

4.4 DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE DIGESTIÓN MEDIANTE EL ENSAYE DE INMERSIÓN-COMPRESIÓN.................................................................................................. 61 4.5 RESISTENCIA A COMPRESIÓN DIAMETRAL............................................................... 68 4.6 PARÁMETROS MARSHALL ........................................................................................... 70 4.7 DISEÑO FINAL ................................................................................................................ 71 4.8 DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DEL CAUCHO DE DISEÑO.................. 72

4.8.1 MODULO RESILIENTE............................................................................................... 72

4.8.2 AHUELLAMIENTO ........................................................................................................ 76

4.8.3 RESISTENCIA A LA FATIGA...................................................................................... 79

5 COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON ESTUDIOS ANTERIORES.................................. 83

6 CONCLUSIONES..................................................................................................................... 88

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6.1 GENERALES ................................................................................................................... 88 6.2 ESPECÍFICAS ................................................................................................................. 89

7 RECOMENDACIONES ............................................................................................................ 92

8 BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS .......................................................................................... 94

ANEXOS. .......................................................................................................................................... 97

ANEXO A ...................................................................................................................................... 98 ANEXO B .................................................................................................................................... 103 ANEXO C .................................................................................................................................... 109 ANEXO D .................................................................................................................................... 111 ANEXO E .................................................................................................................................... 113 ANEXO F..................................................................................................................................... 115

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 4. 1 Propiedades del agregado pétreo.................................................................................... 52 Tabla 4. 2 Granulometría agregado pétreo...................................................................................... 53 Tabla 4. 3 Resultados cemento asfáltico. ......................................................................................... 54 Tabla 4. 4 Propiedades mezcla de agregados pétreos. ................................................................... 55 Tabla 4. 5 Características de la mezcla de agregados pétreos........................................................ 55 Tabla 4. 6 Requisitos para Mezclas Asfálticas según especificaciones del M.C.-V.5...................... 56 Tabla 4. 7 Determinación del porcentaje de asfalto para la mezcla patrón...................................... 57 Tabla 4. 8 Parámetros Marshall de la mezcla patrón. ...................................................................... 57 Tabla 4. 9 Granulometría integral del caucho suministrado por PROBISA ...................................... 59 Tabla 4. 10 Granulometría Fina del caucho...................................................................................... 59 Tabla 4. 11 Granulometría Media del caucho................................................................................. 59 Tabla 4. 12 Granulometría Gruesa del caucho................................................................................ 59 Tabla 4. 13 Resultados tensión de rotura para probetas con 0.5% de adición de caucho. ............. 62 Tabla 4. 14 Resultados de Resistencia conservada para mezclas con 0.5% de adición de caucho............................................................................................................................................................ 62 Tabla 4. 15 Resultados Tensión de rotura para probetas con 1.0% de adición de caucho y temperatura de digestión de 170 °C. ................ ................................................................................ 65 Tabla 4. 16 Resultados de Resistencia conservada para mezclas con 1.0% de adición de caucho y temperatura de digestión de 170 °C. ................ ................................................................................ 66 Tabla 4. 17 Resistencia a compresión diametral en función del contenido de caucho. ................... 68 Tabla 4. 18 Estabilidad Marshall para mezclas con y sin adición de caucho. ................................. 70 Tabla 4. 19 Resultados Módulo Resiliente a 10 ºC. ......................................................................... 72 Tabla 4. 20 Resultados Módulo Resiliente a 25 ºC. ......................................................................... 73 Tabla 4. 21 Resultados Módulo Resiliente a 40 ºC. ........................................................................ 73 Tabla 4. 22 Resultados ensaye de Ahuellamiento............................................................................ 76 Tabla 4. 23 Resistencia a Fatiga....................................................................................................... 80

Tabla 5. 1 Índice de resistencia conservada para probetas con 0.5% de adición de caucho. ......... 83 Tabla 5. 2 Índice de resistencia conservada para probetas con 1.0% de adición de caucho. ......... 83

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Tabla 5. 3 Resistencia a compresión diametral. ............................................................................... 84 Tabla 5. 4 Estabilidad Marshall. ........................................................................................................ 84 Tabla 5. 5 Módulo resiliente a 25 °C. .............. .................................................................................. 85 Tabla 5. 6 Módulo resiliente a 40 °C. ............. .................................................................................. 85 Tabla 5. 7 Resistencia a Fatiga........................................................................................................ 85

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2. 1 Modelo de Planos Paralelos de un Fluido en Movimiento.............................................. 13 Figura 2. 2 Probetas Marshall en su molde. ..................................................................................... 20 Figura 2. 3 Martillo Marshall .............................................................................................................. 20 Figura 2. 4 Prensa y anillo de carga utilizado en ensayes Marshall ................................................. 21 Figura 2. 5 Prensa de compactación. ............................................................................................... 22 Figura 2. 6 Configuración de carga axial. ......................................................................................... 23 Figura 2. 7 Distribución de tensiones teórica sobre el plano diametral. ........................................... 24 Figura 2. 8 Distribución de tensiones teórica sobre el plano vertical................................................ 24 Figura 2. 9 Placa de carga. ............................................................................................................... 26 Figura 2. 10 Distribución de tensiones en probeta sometida a una carga aplicada sobre placa de carga de apoyo curvo.(Kennedy y Hudson, Read y Collop) ............................................................. 26 Figura 2. 11 Mecanismo de deformación permanente en los pavimentos. ...................................... 28 Figura 2. 12 Equipo Nottingham Asphalt Tester NU-10.................................................................... 29 Figura 2. 13 Marco de Carga para Ensayes de Módulo Resiliente. ................................................. 30 Figura 2. 14 Funciones de carga y deformación versus tiempo. ...................................................... 30 Figura 2. 15 Incorporación de granos de caucho. ............................................................................ 34 Figura 2. 16 Moldes para ensayo de ahuellamiento. ........................................................................ 35 Figura 2. 17 Equipo compactador. .................................................................................................... 35 Figura 2. 18 Cámara y máquina para ensaye de ahuellamiento. ..................................................... 36 Figura 3. 1 Acumulación de neumáticos en vertederos. ………………………………………………42

Figura 4. 1 Curva distribución granulométrica agregados pétreos. .................................................. 53 Figura 4. 2 Curva distribución granulométrica mezcla IV-A-20. ....................................................... 56

vi

Figura 4. 3 Curva de distribución granulométrica del caucho........................................................... 60 Figura 4. 4 Resistencia a compresión de probetas en seco con un 0.5% de adición de caucho para distintas temperaturas de digestión. ................................................................................................. 63 Figura 4. 5 Resistencia a compresión de probetas sumergidas con un 0.5% de adición de caucho para distintas temperaturas de digestión. ......................................................................................... 63 Figura 4. 6 Índice de resistencia conservada para probetas con 0.5% de adición de caucho......... 64 Figura 4. 7 Resistencia en compresión axial para probetas en seco. .............................................. 65 Figura 4. 8 Resistencia en compresión axial para probetas sumergidas. ........................................ 65 Figura 4. 9 Índice de Resistencia conservada para probetas con 1.0% de adición de caucho y temperatura de digestión de 170 °C. ................ ................................................................................ 66 Figura 4. 10 Índice de Resistencia Conservada respecto del porcentaje de caucho, para una temperatura de digestión de 170 °C ................. ................................................................................ 67 Figura 4. 11 Variación de la resistencia a la compresión diametral respecto al porcentaje de caucho. .............................................................................................................................................. 69 Figura 4. 12 Variación de la Estabilidad respecto al porcentaje caucho. ......................................... 71 Figura 4. 13 Variación del Módulo resiliente a distintas temperaturas respecto a la granulometría de la adición de caucho.......................................................................................................................... 73 Figura 4. 14 Variación porcentual del Módulo resiliente a distintas temperaturas respecto a la granulometría de la adición de caucho. ............................................................................................ 74 Figura 4. 15 Variación porcentual del Módulo Resiliente con respecto al valor a 10 °C. ................ . 75 Figura 4. 16 Variación del Ahuellamiento en el tiempo..................................................................... 76 Figura 4. 17 Ahuellamiento total para un tiempo de 120 minutos. .................................................. 77 Figura 4. 18 Variación de la velocidad de deformación. ................................................................... 77 Figura 4. 19 Probetas después del ensaye de ahuellamiento. ......................................................... 78 Figura 4. 20 Curva de Fatiga ............................................................................................................ 80 Figura 4. 21 Curva de Fatiga ............................................................................................................ 81

Figura 5. 1 Curva de Fatiga. ............................................................................................................. 86

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CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN

8

1 INTRODUCCIÓN

1.1 INTRODUCCIÓN GENERAL

La modificación de asfalto es una técnica utilizada para mejorar las propiedades

mecánicas de las mezclas asfálticas usadas en la pavimentación de obras viales. Esta

técnica consiste en la adición de polímeros a los asfaltos convencionales con el fin de

mejorar sus propiedades reológicas y a través de esta modificación mejorar la resistencia

a las deformaciones de las mezclas asfálticas frente a factores climatológicos y de

tránsito.

Los objetivos que se persiguen con la modificación de los asfaltos con polímeros,

es contar con ligantes más viscosos a temperaturas elevadas para reducir las

deformaciones permanentes como el ahuellamiento en las mezclas que componen las

capas de rodadura, aumentando su rigidez. Por otro lado se busca disminuir el

fisuramiento por fatiga y fisuramiento por efecto térmico a bajas temperaturas,

aumentando de este modo su durabilidad. Finalmente interesa contar con ligantes de

mejores características adhesivas y menos vulnerables a la acción del agua.

Otra manera de mejorar las propiedades de las mezclas asfálticas es con la

incorporación de caucho producto del reciclaje de neumáticos de desecho. Este material

próximamente estará disponible en forma industrial en Chile, ya que una planta de

reciclado de neumáticos instalada en La División Norte de Codelco, comenzará a

producir, en Diciembre de 2007.

Actualmente los procesos más usados para la incorporación de caucho en las

mezclas asfálticas, es el proceso denominado por vía húmeda, en el cual el caucho es

mezclado directamente con el ligante a temperaturas elevadas, el otro proceso es por vía

seca, en el cual los granos de caucho se añaden como una fracción de los áridos,

sustituyendo en parte a la fracción fina de la mezcla, antes de la incorporación del ligante.

Entre las ventajas de incorporar caucho a las mezclas, esta también la reducción

del nivel de ruido generado por el tráfico al contacto con el pavimento. Además al reciclar

los neumáticos, material de desecho no degradable, se ayuda a la preservación del medio

ambiente.


9

El aporte de la incorporación de los granos de caucho para mejorar las

propiedades de las mezclas asfálticas depende de factores tales como: la tecnología de la

incorporación, naturaleza del caucho, su granulometría y tamaño de las partículas,

porcentaje de adición y el tiempo y temperatura de reacción para el proceso húmedo y el

tiempo y temperatura de digestión del caucho para el caso de la incorporación por vía

seca.

El caucho producto del reciclaje de neumáticos comenzó a ser estudiado en

Estados Unidos en el año 1920. En Chile, el estudio de las mezclas asfalto caucho

comenzó a investigarse en el año 1999, en el año 2000 la empresa Probisa realiza un

estudio sobre el mejoramiento del asfalto en base a caucho reciclado de neumáticos, en

el año 2002, se realiza como tema de memoria de la Universidad de Chile un estudio de

laboratorio acerca de la factibilidad técnica de confeccionar mezclas asfálticas

modificadas con caucho utilizando el método por vía húmeda. A su vez La Dirección de

Vialidad realiza dos tramos de prueba utilizando asfalto caucho a través del proceso

húmedo, uno en la Ruta X-65 en la XI región y otro en la Rehabilitación de la Ruta 60-CH,

en la V región. Posteriormente en el año 2006, se efectúa un estudio en el LNV sobre la

utilización de caucho de neumáticos en mezclas asfálticas en caliente mediante proceso

seco a nivel de laboratorio como tema de memoria de la Universidad de Chile.

La presente investigación forma parte del programa de innovación tecnológica del

Laboratorio Nacional de Vialidad. Este estudio pretende investigar la influencia de la

granulometría del caucho proveniente de neumáticos reciclados en las mezclas asfálticas

en caliente utilizando la incorporación por vía seca mediante ensayes en laboratorio, su

comparación con estudios anteriores y con ensayes de mezclas asfálticas sin

incorporación de caucho. De esta manera se podrá realizar la caracterización de las

mezclas asfálticas con incorporación de caucho mediante proceso seco, y proponer a la

Dirección de Vialidad normativas para incorporarlas dentro del Manual de Carreteras.


10

1.2 OBJETIVOS

Objetivos generales

• El objetivo de esta investigación es estudiar como influye la incorporación de

granos de caucho en distintas proporciones y con distintas granulometrías en las

propiedades de una mezcla asfáltica y compararla con una mezcla tradicional ya

diseñada.

Objetivos específicos

• Tomar conocimiento de las granulometrías del caucho utilizadas en

investigaciones y tramos de prueba tanto a nivel nacional como internacional.

• Realizar ensayes que permitan evaluar las propiedades del cemento asfáltico y de

los agregados pétreos que serán utilizados en la confección de la mezcla asfáltica.

• Utilizar diferentes porcentajes de adición y granulometrías de caucho en la

confección de mezclas del tipo semi densa (IV A 20).

• Evaluar propiedades mecánicas de las mezclas con incorporación de caucho para

definir el porcentaje de caucho y tipo de granulometría óptima, y compararla con

una mezcla convencional.

• Proponer especificaciones para mezclas a las cuales se le incorpora caucho

reciclado de neumáticos utilizando el proceso por vía seca.

• Determinar si con la incorporación de caucho a mezclas asfálticas se mejora el

comportamiento a dos tipos de fallas comunes en los pavimentos asfálticos, como

son el ahuellamiento y la fatiga.

11

CAPÍTULO 2

MARCO TEÓRICO

CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO

12

2 MARCO TEÓRICO

2.1 ASFALTO

Es un material termoplástico, es decir, su condición de estado es dependiente de

la temperatura, así, en ambientes fríos se comporta como un sólido elástico, a

temperaturas intermedias presenta una condición visco - elástica y a medida que se eleva

la temperatura pasa a ser un material menos viscoso, para tornarse más fluido a

temperaturas sobre los 110oC o 120oC.

2.1.1 PROPIEDADES

2.1.1.1 Propiedades físicas : El asfalto es un material aglomerante, resistente, muy

adhesivo, altamente impermeable y duradero, capaz de resistir altos esfuerzos

instantáneos y fluir bajo acción de calor o cargas permanentes. Componente

natural que se obtiene como residuo de la destilación al vacío del crudo de base

asfáltica. Es una sustancia plástica que da flexibilidad controlable a las mezclas de

áridos con las que se le combina usualmente.

2.1.1.2 Composición química: El asfalto es una mezcla de numerosos hidrocarburos

parafínicos, aromáticos y compuestos heterocíclicos que contienen azufre,

nitrógeno y oxígeno, casi en su totalidad solubles en sulfuro de carbono. La

mayoría de los hidrocarburos livianos se extraen durante el proceso de refinación,

quedando los más pesados y de moléculas complejas como residuo. Al ser

extraídos los hidrocarburos más ligeros de un crudo, los más pesados no pueden

mantenerse en disolución y se van uniendo por absorción a las partículas

coloidales ya existentes. Las moléculas más livianas constituyen el medio

dispersante o fase continua. Los hidrocarburos constituyentes del asfalto forman

una solución coloidal en la que un grupo de moléculas de los hidrocarburos más

pesados (asfáltenos) están rodeados por moléculas de hidrocarburos más ligeros

(resinas), sin que exista una separación entre ellas, sino una transición,

finalmente, ocupando el espacio restante los aceites. Un concepto más amplio

sobre la constitución es que el asfalto consta de tres componentes mayoritarios. El

primero se describe como una mezcla de asfáltenos que son moléculas complejas


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de alto peso molecular, insoluble en hidrocarburos parafínicos y soluble en

compuestos aromáticos como el benceno. El segundo componente descrito es una

mezcla de resinas y el tercero aceite mineral. Estos tres constituyen un sistema

coloidal como el explicado anteriormente. Los asfáltenos dan las características

estructurales y de dureza a los asfaltos, las resinas le proporcionan sus

propiedades aglutinantes y los aceites la consistencia adecuada para hacerlos

trabajables.

2.1.1.3 Especificación por Grado de Viscosidad.

Esta especificación se utiliza actualmente en Chile para clasificar los cementos

asfálticos tradicionales, a continuación se definen los parámetros que involucran tal

especificación.

a) Viscosidad.

La viscosidad se define como la resistencia a fluir ante la aparición de

esfuerzos internos en el fluido. Esta resistencia se manifiesta cuando una capa de

fluido se desplaza con respecto a otra. A medida que aumenta la fricción más

difícil es conseguir movimiento por lo que la viscosidad aumenta. Los fluidos

altamente viscosos requieren de mayor fuerza para entrar en movimiento.

Figura 2. 1 Modelo de Planos Paralelos de un Fluido en Movimiento.

Isaac Newton definió la viscosidad considerando el modelo representado

en la Figura 2.1, donde dos placas paralelas de un fluido en movimiento de igual

área “A”, separadas por una distancia “dy”, se mueven en una misma dirección a

diferentes velocidades “V1” y “V2”. Newton asumió que la fuerza “F” requerida para

mantener esta diferencia de velocidades es proporcional a la diferencia de


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velocidad a través del líquido, o al gradiente de velocidad “dv/dy”. Newton llamó

viscosidad “η” a esta constante de proporcionalidad, y se expresa como:

dy

dv

A

F ⋅= η (Ec. 2.1)

donde:

F : Fuerza de Corte.

A : Área de las Placas.

dv/dy : Gradiente de Velocidad.

η : Viscosidad.

b) Tensión de Corte.

La relación “F/A” se denomina “Tensión de Corte (τ)”, describe la fuerza por

unidad de área que se necesita para la acción de corte.

==2cm

dina

Superficie

Fuerza

A

Fτ (Ec. 2.2)

En el sistema MKS, la unidad de medida es el “Pascal [Pa]”, cuya relación es:

1[Pa] = 1[N/m2] = 10[dina/cm2]

c) Tasa de Corte

La tensión de corte “τ” produce un movimiento del líquido en la ranura,

obteniéndose una caída de velocidades entre ambas placas, esta caída de

velocidades va a variar dependiendo del líquido que se esté utilizando. El

gradiente de velocidad, dv/dy, es una medida del cambio de velocidad a la cual las

capas intermedias se mueven unas con respecto a otras. “La Tasa de Corte”

describe el corte que el líquido experimenta y se simboliza por “S”.

dt

d

dy

dvS

γγ ===.

(Ec. 2.3)


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En la ecuación (2.3), el término “γ ” es la deformación unitaria de corte,

dx/dy y se mide en [1/s].

Combinando las ecuaciones (2.1), (2.2) y (2.3), se obtiene que la expresión

de viscosidad esta definida matemáticamente por:

[ ]sPa

S⋅= τη

(Ec. 2.4)

La medida más utilizada para la viscosidad es el “Poise [P]”, donde:

[ ] ][101 PsPa =⋅

En Chile los cementos asfálticos se clasifican según el grado de viscosidad

absoluta medida a 60° C, siendo los más usados los asfaltos CA 14 y CA 24.

2.1.2 ASFALTOS MODIFICADOS

En el caso específico del material asfalto se han logrado avances significativos al

tratar el cemento asfáltico original con otras sustancias que permiten mejorar su

comportamiento cuando es sometido a condiciones más exigentes, por ejemplo, climas

extremos, tránsito de vehículos muy pesados, ambientes agresivos, solicitaciones

concentradas en áreas específicas, etc.

Se pueden mencionar los siguientes casos:

a) Asfalto Modificado: Cemento Asfáltico + Polímero. Disminuye la susceptibilidad

térmica, mejora el comportamiento a la fatiga, aumenta la resistencia al

envejecimiento, aumenta la adhesividad árido-ligante, permite el uso del asfalto

en mezclas abiertas, micro aglomerados, mezclas drenantes, etc.

b) Asfalto Caucho: Cemento asfáltico + Caucho reciclado de neumáticos

desechados. Mejora en forma notable la resistencia al ahuellamiento y la

durabilidad.


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Los polímeros son sustancias de alto peso molecular formado por la unión de

cientos o miles de moléculas pequeñas llamadas monómeros (compuestos químicos con

moléculas simples). Se forman así moléculas gigantes que toman formas diversas:

cadenas en forma de escalera, cadenas unidas o termo fijas que no pueden ablandarse al

ser calentadas, cadenas largas y sueltas, etc. Algunos modificadores poliméricos que han

dado buenos resultados son:

a) Plastómeros: al estirarlos se sobrepasa la tensión de fluencia, no volviendo a su

longitud original al cesar la solicitación. Tienen deformaciones pseudo plásticas

con poca elasticidad. Dentro de estos tenemos: EVA: etileno-acetato de vinilo,

EMA: Etileno-acrilato de metilo, PE: (polietileno) tiene buena resistencia a la

tracción y buena resistencia térmica, como también buen comportamiento a bajas

temperaturas, PP: (Polipropileno).

b) Elastómeros: al estirarlos, a diferencia de los anteriores, éstos vuelven a su

posición original, es decir, son elásticos. Dentro de éstos tenemos: Natural: caucho

natural, SBS:(estireno-butadieno-estireno) o caucho termoplástico, este es el más

utilizado de los polímeros para la modificación de los asfaltos, ya que este es el

que mejor comportamiento tiene durante la vida útil de la mezcla asfáltica, SBR:

cauchos sintéticos del 25% de estireno y 75% de butadieno; para mejorar su

adhesividad se le incorpora ácido acrílico, EPDM: (polipropileno atáctico) es muy

flexible y resistente al calor y a los agentes químicos.

2.2 CAUCHO

Sustancia natural o sintética que se caracteriza por su elasticidad, repelencia al

agua y resistencia eléctrica. El caucho natural se obtiene de un líquido lechoso de color

blanco llamado látex, que se encuentra en algunos árboles. El caucho sintético se prepara

a partir de hidrocarburos insaturados.

2.2.1 CHAUCO NATURAL

En estado natural, el caucho aparece en forma de suspensión coloidal en el

látex de plantas productoras de caucho. Una de estas plantas es el árbol de la

especie Hevea Brasiliensis, de la familia de las Euforbiáceas, originario del


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Amazonas. Otra planta productora de caucho es el árbol del hule, Castilloa

elástica, originario de México. Indonesia, Malasia, Tailandia, China y la India

producen actualmente alrededor del 90% del caucho natural.

El caucho en bruto obtenido de otras plantas suele estar contaminado por una

mezcla de resinas que deben extraerse para que el caucho sea apto para el

consumo. Entre estos cauchos se encuentran la gutapercha y la balata, que se

extraen de ciertos árboles tropicales.

2.2.2 Propiedades físicas y químicas

El caucho bruto en estado natural es un hidrocarburo blanco o incoloro. El

compuesto de caucho más simple es el isopreno o 2-metilbutadieno, cuya fórmula

química es C5H8. A la temperatura de -195 ºC, el caucho puro es un sólido duro y

transparente. De 0 a 10 ºC es frágil y opaco, y por encima de 20 ºC se vuelve

blando, flexible y translúcido. Al amasarlo mecánicamente o al calentarlo por

encima de 50 ºC, el caucho adquiere una textura de plástico pegajoso y se

descompone a temperaturas superiores a 200 ºC.

El caucho puro es insoluble en agua, álcali o ácidos débiles, y soluble en

benceno, petróleo, hidrocarburos clorados y disulfuro de carbono. Con agentes

oxidantes químicos se oxida rápidamente, pero con el oxígeno de la atmósfera lo

hace lentamente.

2.3 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

La mezcla asfáltica esta constituida por material pétreo el cual esta cubierto con

una película de asfalto, el que tiene la función de mantener unido dicho material, la cual

posteriormente es sometida a un proceso de compactación, logrando así que la mezcla

pueda traspasar la solicitación del peso de los vehículos hacia las capas inferiores

absorbiendo parte de esta solicitación, además de contar con propiedades resistentes al

desgaste producido por el paso de vehículos.

Se denominan “mezclas en caliente”, pues el proceso de mezclado se realiza a

temperaturas generalmente sobre los 140 °C, con el objeto de obtener una buena

trabajabilidad de la mezcla. El proceso de mezclado se realiza en una Planta Asfáltica


18

para luego ser transportada al sitio de pavimentación donde es coloca por medio de una

pavimentadora o finisher, y una vez extendida, es sometida a un proceso de

compactación.

2.3.1 PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS

Las propiedades que deben tener las mezclas asfálticas son las siguientes:

• Durabilidad , se refiere a la capacidad del pavimento de resistir la desintegración

debido a factores climatológicos y del tránsito. El clima afecta la vida útil del

pavimento, principalmente la capa superficial por encontrarse esta en contacto con

el sol, el aire y el agua, pues produce que este material pierda las propiedades

aglutinantes, se oxide, se rigidice y envejezca.

• Estabilidad , capacidad de la mezcla asfáltica para resistir cargas de tránsito sin

que se produzcan grandes deformaciones, propiedad que depende de la cohesión

y de la fricción interna de la mezcla.

o La fricción interna es aportada por el material pétreo y depende del tamaño

del árido y de la rugosidad de sus caras, así pues, mezclas con materiales

más gruesos y de caras angulosas tendrán mayor estabilidad que mezclas

con materiales finos.

o La cohesión es la fuerza que mantiene unidas las partículas del agregado

pétreo, propiedad que se incrementa con el aumento en el contenido

asfáltico hasta llegar a un óptimo, para luego disminuir debido a que el

exceso de asfalto produce un efecto lubricador, que reduce el contacto

entre las partículas.

• Flexibilidad , cualidad de un pavimento que le permite adaptarse a las

deformaciones por asentamientos de la base y subrasante sin agrietarse.

• Resistencia a la fatiga , capacidad del pavimento asfáltico para resistir los

esfuerzos provocados por el paso de los vehículos.


19

• Impermeabilidad , se refiere a la capacidad de una mezcla de impedir el paso del

agua hacia las capas inferiores del pavimento, evitando con ello que éstas se

degraden y pierdan su capacidad de soporte.

• Resistencia al deslizamiento , capacidad del pavimento asfáltico de ofrecer

resistencia al resbalamiento o deslizamiento en condiciones de humedad.

• Trabajabilidad , es la cualidad de una mezcla que permite que el proceso de

colocado y compactación se realice con facilidad.

2.4 MÉTODO DE DISEÑO

El método de diseño más utilizado en Chile para las mezclas en caliente, es el

Método Marshall, el cual está basado en el empleo de ensayos mecánicos.

El concepto del método Marshall en el diseño de mezclas para pavimentación fue

formulado por Bruce Marshall, ingeniero de asfaltos del Departamento de Autopistas del

estado de Mississippi. El Cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos, a través de una

extensiva investigación y estudios de correlación, mejoró y adicionó ciertos aspectos al

procedimiento de prueba Marshall, a su vez desarrolló un criterio de diseño de mezclas.

El método original únicamente es aplicable a mezclas asfálticas en caliente para

pavimentación, que contengan agregados con un tamaño máximo de 25 mm (1”) o menor.

El método Marshall modificado se desarrolló para tamaños máximos arriba de 38 mm

(1.5”), y está pensado para diseño en laboratorio y control en terreno de mezclas

asfálticas en caliente con graduación densa. Debido a que la prueba de estabilidad es de

naturaleza empírica, la importancia de los resultados en términos de estimar el

comportamiento en terreno se pierde cuando se realizan modificaciones a los

procedimientos estándar. El método Marshall utiliza especímenes de prueba estándar de

64 mm (2 ½”) de alto y 102 mm (4”) de diámetro (Figura 2.2); se preparan mediante un

procedimiento para calentar, combinar y compactar mezclas de asfalto- agregado (ASTM

D1559). Los dos aspectos principales del método Marshall son la densidad-análisis de

vacíos, y la prueba de estabilidad y flujo de las probetas compactadas.


20

Figura 2. 2 Probetas Marshall en su molde.

La compactación de la mezcla dentro de los moldes se realiza a través del martillo

Marshall (Figura 2.3), el cual esta formado por una base plana y circular de 3 87

” de

diámetro, equipado con un peso de 10 [lb] (4.54 [Kg.]) y construido de modo de obtener

una altura de caída de 18”. Las probetas se compactan con 75 golpes por cara, o como se

especifique según el tránsito de diseño.

Mediante la elaboración de probetas con distintos contenidos de cemento

asfáltico, se obtienen los parámetros Marshall, con los cuales se determina el porcentaje

óptimo de asfalto en la mezcla. Las temperaturas de mezclado y de compactación

dependen del cemento asfáltico que se utilice para fabricar las probetas.

Figura 2. 3 Martillo Marshall


21

La Estabilidad de la probeta es la resistencia máxima que ésta alcanza cuando es

sometida a compresión utilizando un anillo de carga como el mostrado en la Figura 2.4,

antes de realizarse el ensaye la probeta es acondicionada por un período de entre 30 a 45

minutos en un baño termostático a 60 °C. El valor d e flujo es la deformación, en unidades

de 0.25 mm (1/100”) que experimenta la probeta en el punto máximo de carga durante la

prueba de estabilidad, la compresión se desarrolla a una velocidad de 50 mm/min., la

prensa en la cual se realiza el ensayo Marshall se muestra en la Figura 2.4.

Figura 2. 4 Prensa y anillo de carga utilizado en ensayes Marsh all

2.5 ENSAYES

2.5.1 INMERSIÓN-COMPRESIÓN

Este ensaye se utiliza para determinar la pérdida de resistencia debido a la acción

del agua. El ensaye de Inmersión-Compresión se realiza de acuerdo a las normas

españolas NLT-161 y NLT-162. Este consiste en hacer dos juegos de probetas cilíndricas,

cuya altura es igual a su diámetro (102 mm). Una vez confeccionada la mezcla que para

este estudio se realiza con un porcentaje de asfalto de 4.9% respecto del peso del

agregado pétreo (1760 gr.) más el peso del caucho y adición de caucho en proporciones

de 0.5% y 1.0% del peso del agregado, se procede a la compactación que en este método

se realiza por compresión axial confinada. La compactación se realiza aplicando una

presión inicial de 1 MPa, y una vez retirados los soportes se procede a compactar hasta

alcanzar una presión de 21 Mpa, manteniéndolas a temperatura ambiente por veinticuatro

horas antes de desmoldarlas, la prensa de compactación se muestra en la Figura 2.5.


22

El acondicionamiento de las probetas antes de ensayarlas a compresión axial se

realiza de la siguiente manera: el primer grupo (probetas en seco) una vez desmoldadas

se mantienen por veinticuatro horas en horno a 25 °C, para luego mantenerlas por dos

horas a 25 °C en un baño termostático de agua, el s egundo grupo (probetas sumergidas),

se sumerge en agua a una temperatura de 60ºC durante veinticuatro horas, después se

sacan del baño y se mantienen dos horas a temperatura ambiente, para finalmente

sumergirlas en agua a 25ºC por dos horas, una vez finalizado el periodo de

acondicionamiento se procede a ensayarlas a compresión axial a una velocidad de

deformación constante de 50.8 mm./min., la prensa en la cual se realiza la compresión

axial es la utilizada en los ensayes Marshall (Figura 2.4) y la configuración de carga se

muestra en la Figura 2.6.

La resistencia a compresión simple del primer grupo, probetas en seco, es R1 y la

del segundo, probetas sumergidas, es R2. La resistencia conservada (R) se calcula como:

[ ]%1001

2 ×=R

RR (Ec. 2.5)

Figura 2. 5 Prensa de compactación.


23

Figura 2. 6 Configuración de carga axial.

2.5.2 RESISTENCIA A COMPRESIÓN DIAMETRAL

El ensaye de tracción indirecta reproduce el estado de tensiones en la fibra inferior

de la capa asfáltica y permite cuantificar la falla provocada por tensiones de tracción.

Este ensaye consiste en someter una probeta cilíndrica, igual a la definida para el

ensaye Marshall, a una carga lineal de compresión, estática o dinámica, en dos

generatrices opuestas. Esta configuración de carga provoca un esfuerzo de tracción

relativamente uniforme en todo el diámetro del plano de carga vertical y esta tracción es la

que agota la probeta y produce la rotura en el plano diametral.

Tomas W. Kennedy y W. Ronald Hudson desarrollaron las tensiones teóricas que

se dan en una probeta cilíndrica sometida a una carga diametral como sucede en el

ensayo de tracción indirecta. La distribución teórica de tensiones a lo largo de los ejes

horizontal y vertical para una carga concentrada se muestra en la Figuras 2.7 y 2.8.


24

Figura 2. 7 Distribución de tensiones teórica sobre el plano diametral.

Figura 2. 8 Distribución de tensiones teórica sobre el plano vertical.

Las ecuaciones en el diámetro horizontal son las siguientes:

Tensión horizontal

2

22

22

4

42

⋅+⋅−

⋅⋅⋅=

xd

xd

dh

Px π

σ (Ec. 2.6)


25

Tensión vertical

−

⋅+⋅

⋅⋅⋅−= 1

4

4222

2

xd

d

dh

Py π

σ (Ec. 2.7)

Tensiones tangenciales

0=xyτ (Ec. 2.8)

Para el plano diametral vertical (a lo largo del eje de carga), las tensiones están

dadas por las ecuaciones:

Tensión horizontal

dh

Px ⋅⋅

⋅=π

σ 2 = cte. (Ec. 2.9)

Tensión vertical

−

⋅++

⋅−⋅⋅−=

dydydh

Py

1

2

2

2

22

πσ (Ec. 2.10)

Tensiones tangenciales

0=xyτ (Ec. 2.11)

donde:

τR = Resistencia a comprensión diametral, MPa.

P = carga máxima de rotura, N.

h = altura de la probeta, mm.

d = diámetro de la probeta, mm.

x,y = coordenadas respecto al centro de la probeta.

Las ecuaciones descritas son las presentadas por M. Frocht para un sólido elástico

ideal. Para la mayoría de los materiales y en particular para el caso de las mezclas

asfálticas, la falla se produce por rotura a tracción de acuerdo a la ecuación 2.9. Por lo

tanto la resistencia a tracción τR del material está dado por:

dh

PR

⋅⋅⋅=

πτ 2

(Ec. 2.12)

De acuerdo a estas condiciones de carga lineal, la muestra fallaría alrededor de

los puntos de carga a tensiones de compresión y no en la porción central de las muestras


26

debido a tensiones de tracción. Sin embargo, estas tensiones de compresión se reducen

considerablemente distribuyendo la carga a lo largo de una placa de carga (Figura 2.9),

que no solo reduce las tensiones de compresión vertical, sino que cambia las tensiones

horizontales a lo largo del diámetro vertical, de tracción a compresión cerca de los puntos

de aplicación.

Figura 2. 9 Placa de carga.

Para este estado biaxial de tensiones, se desarrolla en su centro una tensión de

compresión vertical que vale aproximadamente tres veces la tensión de tracción

horizontal. Se utiliza una placa de carga de apoyo curvo, para que la distribución de

tensiones no se altere significativamente, ya que mantiene constante el ancho de carga,

quedando entonces una distribución de tensiones tal como se observa en la Figura 2.10.

Figura 2. 10 Distribución de tensiones en probeta s ometida a una carga aplicada sobre placa de carga de apoyo curvo.(Kennedy y Huds on, Read y Collop)


27

2.5.3 MODULO RESILIENTE

Los materiales que constituyen los pavimentos se ven sometidos a cargas

dinámicas de diversas magnitudes que le son transmitidas por el tráfico. Con el fin de

tener en cuenta la naturaleza cíclica de las cargas que actúan en los materiales que

conforman una estructura de pavimento, así como el comportamiento no lineal y resiliente

de los materiales, se han realizado en el mundo numerosos trabajos experimentales,

obteniéndose valiosa información sobre el comportamiento esfuerzo-deformación de los

materiales.

Las deformaciones resilientes o elásticas son de rápida recuperación y suele

denominarse plásticas a aquéllas que permanecen en el pavimento después de cesar la

carga.

Bajo carga móvil la deformación permanente se va acumulando y para ciclos

intermedios la deformación permanente para cada ciclo disminuye, hasta que

prácticamente desaparece en los ciclos finales. La muestra llega así a un estado tal en

que toda la deformación es recuperable, en ese momento se tiene un comportamiento

resiliente.

Como se ha observado en los estudios llevados a cabo sobre módulo resiliente,

este parámetro no es una propiedad constante del material, sino que depende de muchos

factores. Los principales son: número de aplicaciones del esfuerzo, tixotropía, magnitud

del esfuerzo desviador, método de compactación y condiciones de compactación.

La metodología actual para diseño de pavimentos utilizada considera al módulo

resiliente como parámetro tanto para caracterizar los materiales constitutivos de un

pavimento como para el diseño de sus espesores.

En la Figura 2.11 se ilustra el mecanismo por el cual la deformación permanente

se va acumulando hasta que prácticamente desaparece en los ciclos finales.


28

Figura 2. 11 Mecanismo de deformación permanente en los pavimentos.

El módulo resiliente fue definido como la magnitud del esfuerzo desviador repetido

en compresión triaxial dividido entre la deformación axial recuperable y se representa

como sigue:

( )axial

d

axial

Mrεσ

εσσ

=−

= 31 (Ec. 2.13)

donde:

σ1= Esfuerzo principal mayor

σ3= Esfuerzo principal menor

σd= Esfuerzo desviador

εaxial = Deformación recuperable

Se obtienen dos valores de módulo resiliente, uno instantáneo y otro total, debido

a que se registran dos deformaciones durante el ciclo de carga, una al finalizar el pulso de

carga aplicado (deformación instantánea) y la otra al terminar el período de relajación

(deformación total) y se utilizan las ecuaciones 2.14 y 2.15 para el cálculo:


29

⋅+⋅=

ii dh

PE27.0υ

(Ec. 2.14)

⋅+⋅=

tt dh

PE27.0υ

(Ec. 2.15)

donde:

Ei: módulo resiliente instantáneo

Et: módulo resiliente total

ν: coeficiente de Poisson

h: espesor de la probeta

di: deformación resiliente instantánea

dt: deformación resiliente total

El equipo con el cual se realiza el ensaye es el Nottingham Asphalt Tester NU-10

(Figura 2.12), desarrollado por la compañía “Cooper Research Tecnology Limited”. El NU-

10 es un equipo servo-neumático que posee un pistón que aplica cargas de compresión,

permitiendo la aplicación de pulsos de carga, y de cargas del tipo sinusoidal.

Figura 2. 12 Equipo Nottingham Asphalt Tester NU-10 .

Se presenta a continuación un esquema del ensaye de compresión diametral para

la determinación del módulo resiliente con el montaje del aparato de medición de

deformación, Figura 2.13, y la configuración de la carga aplicada y la deformación

resultante, Figura 2.14.


30

Figura 2. 13 Marco de Carga para Ensayes de Módulo Resiliente.

Figura 2. 14 Funciones de carga y deformación versu s tiempo.

Durante el ensaye, la probeta cilíndrica es sometida a pulsos de cargas de

compresión de forma cíclica, aplicada verticalmente en un plano diametral, Figura 2.14. La

deformación horizontal objetivo es de 0.005% del diámetro de la probeta y el tiempo de

pulso de carga, desde que se aplica la carga hasta que ésta produce la deformación

deseada, es de 124 ± 4 milisegundos.


31

2.5.4 AHUELLAMIENTO

El ahuellamiento es un tipo de falla que se produce en pavimentos asfálticos, que

consiste en una depresión canalizada en la huella de circulación de los vehículos. Se

produce en pavimentos asfálticos sometidos a una combinación de elevados niveles de

tránsito, tráfico pesado, lento y altas temperaturas de servicio.

2.5.4.1 Orígenes del Ahuellamiento

El ahuellamiento puede tener su origen en deformaciones de la mezcla asfáltica de

superficie, o en deformaciones en capas subyacentes.

• Ahuellamiento en la capa asfáltica. El efecto se presenta en los primeros

7 a 10 cm. de mezcla más cercanos a la superficie. La mezcla asfáltica

bajo esta profundidad se encuentra aislada térmicamente y además está

sometida a esfuerzos menores que las capas superiores. Este tipo de

ahuellamiento es independiente del diseño estructural del pavimento.

• Ahuellamiento producido en capas subyacentes. En este caso las

causas pueden ser, principalmente, una mala compactación de las bases

granulares o tensiones de trabajo mayores a las tensiones admisibles en la

subrasante.

El ahuellamiento de la capa asfáltica ocurre por la acumulación de pequeñas

deformaciones plásticas de la mezcla que ocurren cada vez que se aplica una carga

sobre el pavimento. El asfalto presenta un comportamiento viscoelástico a temperaturas

de servicio, esto es, las deformaciones que presenta ante cargas corresponden a una

combinación entre deformación plástica y elástica. La componente elástica de la

deformación se recupera, mientras que la componente plástica se acumula.

2.5.4.2 Factores que influyen en el Ahuellamiento

En condiciones normales de operación, las deformaciones producidas por el

tránsito son despreciables, sin embargo existen factores que tienden a aumentar la tasa

de deformación de la mezcla asfáltica y eventualmente producen ahuellamiento. Estos

factores, que normalmente actúan en conjunto, están relacionados al clima y al tráfico.


32

• Altas temperaturas. El ahuellamiento generalmente se produce en verano,

ya que las temperaturas altas aumentan la componente plástica de

deformación del asfalto, por lo tanto aumentan las deformaciones

permanentes.

• Cargas pesadas: Las cargas pesadas aumentan la magnitud de las

deformaciones y por lo tanto aumentan la tasa de deformación de la

mezcla.

• Circulación a bajas velocidades: El tráfico lento disminuye la rigidez del

asfalto, por lo que aumenta la componente plástica de deformaciones, es

decir, se produce un efecto equivalente a un aumento de la temperatura de

servicio.

Por otra parte una mezcla asfáltica puede ser más o menos resistente a las

deformaciones, en función de una serie de factores de diseño, como grado asfáltico,

propiedades del agregado y parámetros de dosificación.

• Efecto del Grado Asfáltico: La selección del grado asfáltico debe hacerse

principalmente en base al clima, sin embargo, también influyen factores de

proyecto, como el nivel de tránsito y las velocidades de circulación.

• Efecto del Agregado

a) Granulometría. Las mezclas tradicionales se confeccionan en base

a granulometrías continuas, densas o semidensas. Las mezclas, en

condiciones extremas de servicio, pueden ser susceptibles de

ahuellarse. Para que una mezcla sea resistente al ahuellamiento,

debe existir un contacto íntimo entre las partículas gruesas, más

resistentes y de mayor fricción interna. La cantidad de agregado de

menor tamaño debe ser tal que pueda ser colocado en el espacio

que dejan los agregados más gruesos, sin interferir en su contacto

ínter partícula, y así sucesivamente con los tamaños más finos.

Cuando hay un exceso de arenas de tamaño medio, la mezcla

puede ser inestable en condiciones extremas de servicio. Esto


33

produce una deformación paulatina de la mezcla, y un reacomodo

interno de las partículas, acercándose unas a otras. Cuando las

partículas gruesas quedan en contacto, de modo que proveen

suficiente fricción interna, la deformación se detiene.

b) Forma y Textura. Tanto la forma como la textura son propiedades

que tienen que ver con el origen del agregado. Las partículas

rodadas normalmente tienen una textura lisa y una forma

redondeada, por lo que no son adecuadas para producir mezclas

asfálticas, puesto que no proveen suficiente fricción interna para

resistir las cargas. Las partículas que se obtienen en plantas de

chancado tienen forma angulosa y textura rugosa, producto de la

trituración mecánica. Estas partículas proveen grandes fricciones

internas que las hacen adecuadas para producir mezclas asfálticas

resistentes al ahuellamiento.

2.5.4.3 Propiedades volumétricas de la mezcla que i nfluyen en el ahuellamiento

Existe acuerdo en que el rango adecuado de desempeño de una mezcla se

consigue para contenidos de vacíos de 4 a 6 %. Para contenidos de vacíos bajo 3 %, la

mezcla es muy propensa a exudar y/o ahuellarse. Por otro lado, para contenidos de

vacíos superiores al 8 %, la mezcla puede sufrir excesiva oxidación, agrietamiento

prematuro y desintegración.

Otros parámetros volumétricos relacionados con el ahuellamiento y que están

relacionados al contenido de vacíos, son el VAM y contenido asfáltico.

El VAM, o contenido de vacíos del agregado mineral, es una propiedad que

depende del agregado (forma y granulometría) y del contenido asfáltico. Valores de VAM

muy bajos pueden indicar que en terreno el asfalto no tendrá suficiente espacio y que por

lo tanto podría ahuellarse y/o exudar. Valores de VMA muy altos también se han asociado

con el ahuellamiento, ya que se requerirá un mayor contenido asfáltico para cumplir las

especificaciones de diseño.

La estabilidad Marshall, a pesar de no ser un parámetro relevante en el

comportamiento de las mezclas frente al ahuellamiento, muestra cómo afecta el contenido


34

asfáltico al comportamiento mecánico de las mezclas. Hasta cierto valor, la estabilidad

aumenta con incrementos en el contenido asfáltico, a partir de dicho valor, la estabilidad

de la mezcla disminuye con nuevos incrementos en el contenido asfáltico. Esto se debe al

efecto lubricante que produce un exceso de asfalto, que reduce el contacto entre las

partículas de agregado y por lo tanto disminuye la fricción interna de la mezcla.

2.5.4.4 Ensaye de Ahuellamiento

El ensaye consiste en someter una probeta de la mezcla asfáltica, al paso

alternativo de una rueda en condiciones determinadas de presión y temperatura,

midiéndose periódicamente la profundidad de la deformación producida.

Para este ensaye se confeccionan probetas de 30x30 cm. de base y 5 cm. de

altura, ocupando 10900 gr. de agregados pétreos, a las cuales se les incorpora el

porcentaje de caucho establecido (Figura 2.15). La compactación de la mezcla dentro de

los moldes (Figura 2.16), se realiza mediante una placa de acero (Figura 2.17), sobre la

que van montados dos vibradores iguales.

Figura 2. 15 Incorporación de granos de caucho.


35

Figura 2. 16 Moldes para ensaye de ahuellamiento.

Figura 2. 17 Equipo compactador.

La máquina de ensaye consta de una rueda de goma provisto de un dispositivo

para colocar pesas, bajo ésta se encuentra un carretón móvil diseñado para permitir una

frecuencia de movimiento de vaivén de 42 ± 1 pasadas por minuto y un recorrido en cada

sentido de 23 ± 0.5 cm., (Figura 2.18).

Para lograr que la temperatura sea constante durante el ensayo, se dispone de

una cámara (Fig. 2.18), que permite alojar la máquina y mantener esta temperatura

durante todo el ensayo con una variación máxima de ±1 °C.


36

Figura 2. 18 Cámara y máquina para ensaye de ahuell amiento.

2.5.5 RESISTENCIA A LA FATIGA

Se entiende por fatiga a un mecanismo de falla que incluye la aparición y

propagación de fisuras, en primer lugar se produce la fase de aparición de fisuras casi

imperceptibles y posteriormente el paso de microfisuras a fisuras macroscópicas, que van

uniéndose y componen una red de fisuras. Durante la etapa final las fisuras

macroscópicas se propagan a través del espesor del pavimento y provocan la

degradación estructural de este.

Se considera que la fatiga del pavimento es provocada por tensiones locales que

generan la aparición de una fisura en la parte más profunda de las capas bituminosas,

ésta fisura se propaga por todo el espesor del pavimento hasta que llega a la superficie.

En ocasiones se ha observado en los pavimentos gruesos la aparición de fisuras

en sentido inverso, es decir, desde la superficie hasta las capas inferiores.

La fatiga se encuentra clasificada como una de las fallas estructurales de la

carpeta asfáltica del pavimento, esta se produce luego de continuas repeticiones de carga

producto del transito de los vehículos. Esta falla ocurre en los últimos años de vida de

servicio del pavimento, y se produce a temperaturas intermedias, o sea a la temperatura a

la cual el pavimento está la mayor cantidad del tiempo, y ocurre usualmente bajo la huella

de la rueda creándose una serie de fisuras interconectadas entre si.


37

Como se mencionó, el agrietamiento por fatiga está asociado a dos mecanismos

de falla:

• Agrietamiento por Fatiga de Abajo hacia Arriba (tipo piel de cocodrilo).

Este tipo de agrietamiento se observa en la carpeta asfáltica en un inicio

como pequeñas fisuras en distintas direcciones, interconectadas entre si,

este tipo de grieta se conoce como piel de cocodrilo.

El agrietamiento por fatiga de abajo hacia arriba se produce

principalmente cuando pasa la rueda sobre el pavimento (repetidas veces)

y generan esfuerzos de tensión y deformaciones en la parte baja de la

carpeta. Como el transito que pasa sobre el pavimento es constante y de

muchas repeticiones los esfuerzos de tensión y las deformaciones

comienzan a generar fisuras en el fondo de la carpeta, los que con el paso

del tiempo se propagan hacia la superficie.

Las principales causas de este tipo de agrietamiento son:

� Presiones de inflado y cargas de rueda muy altas.

� Carpeta asfáltica muy delgada para la magnitud de las cargas.

� Materiales no concordantes con los de diseño o inadecuados en la

carpeta asfáltica.

� Capas granulares (base, sub-base, terreno natural) inadecuadas o

mal compactadas (problemas de construcción).

� Aumento de humedad en capas granulares debido a infiltración o

aumento de la napa freática.

� Terreno natural con baja capacidad de soporte, baja rigidez de los

materiales empleados en la base y sub-base.

• Agrietamiento por Fatiga de Arriba hacia Abajo (longitudinal).

Este agrietamiento se produce en la superficie de la carpeta debido a

las cargas aplicadas y a una variación de la rigidez en la superficie de la

carpeta, este tipo de agrietamiento se produce en forma longitudinal al

camino. Este tipo de falla (actualmente en estudio) se produce por los

siguientes mecanismos:

� Las ruedas producen esfuerzos de tensión y deformaciones en la

superficie de la carpeta asfáltica causando grietas que se propagan

longitudinalmente por el pavimento.


38

� Las fisuras en la superficie de la carpeta asfáltica son provocadas

por las altas presiones de inflado de los neumáticos, induciendo

esfuerzos en corte y tensión en su vecindad, provocando la

iniciación y propagación de las grietas.

� Cuando el asfalto se ve severamente envejecido se forma una capa

más rígida en la superficie que se origina por gradientes de

temperatura y por perdida de volátiles, lo que, combinado con altas

presiones de contacto entre la rueda y la carpeta asfáltica, genera la

iniciación y propagación de las grietas.

La realización de este ensaye permite determinar la vida a fatiga de una probeta

Marshall usando el método de tracción indirecta. Las probetas son sometidas a pulsos de

carga constantes aplicados en el diámetro vertical, lo que produce una tensión de tracción

en el diámetro horizontal, obteniéndose una relación entre la tensión de tracción y el

número de pulsos que la probeta alcanza en la falla, la cual puede estar dada por la

fractura de la probeta o cuando la deformación vertical alcanza un valor mayor que 10

mm.

El equipo con el cual se realiza el ensayo es el Nottingham Asphalt Tester NU-10

(Figura 2.12), y la configuración de carga aplicada (placa de carga) se muestra en la

Figura 2.9.

2.6 DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES NUEVOS

El método de diseño de pavimentos flexibles usado en Chile se encuentra descrito

en el Manual de Carreteras Volumen N° 3, el cual es ta basado en el método AASHTO,

con algunas precisiones y complementos para ajustarlo a la realidad chilena.

La formula general de diseño relaciona la cantidad de ejes equivalentes

solicitantes con el numero estructural y el nivel de confianza, de manera que la estructura

experimente una pérdida de serviciabilidad determinada. La ecuación de diseño se

muestra a continuación:

( ) ( ) β1

32.2*40.1636.9

5.1104.25

−−

⋅⋅⋅+= +−

i

fiR

SoZR

p

ppMNEEE (Ec. 2.16)


39

19.5

4.25

81.9740.0

++=

NEβ (Ec. 2.17)

donde:

EE : ejes equivalentes de 80 KN acumulados durante la vida de diseño

NE : numero estructural (mm)

NE = a1·h1 + a2·m2·h2 + a3·m3·h3 (Ec. 2.18)

ai , hi : coeficiente estructural y espesor (mm) de cada una de las capas asfálticas o

tratadas que componen el pavimento. Los subíndices 2 y 3 representan las capas

granulares no tratadas.

m2 , m3 : coeficiente de drenaje de las capas no tratadas (bases y subbases granulares)

ZR : coeficiente estadístico que depende del nivel de confianza que se adopte

S0 : desviación estándar del error combinado de todas las variables que intervienen

en el modelo

MR : módulo resiliente del suelo de la subrasante (MPa)

pi : índice de serviciabilidad inicial

pf : índice de serviciabilidad final

Para determinar el coeficiente estructural (a) de concretos asfálticos en función del

módulo elástico y de la estabilidad Marshall se utilizan las ecuaciones 2.19 y 2.20.

a1 = 0.0052 · E0.555 E en Mpa (Ec. 2.19)

a1 = 0.0078 · EM0.441 EM : Estabilidad Marshall en N (Ec. 2.20)

El procedimiento para la determinación del resto de los parámetros involucrados

en las ecuaciones 2.16 y 2.18 se describe en el capitulo 3.600, sección 3.604.1

Pavimentos Flexibles, numeral 3.604.102 al 3.604.107 del Manual de Carreteras

Volumen N° 3.


40

La estructuración de las diferentes capas debe hacerse de manera que la suma de

los productos de los espesores por sus correspondientes coeficientes estructurales

(ecuación 2.18) satisfaga el número estructural calculado de la ecuación 2.16.

41

CAPÍTULO 3

MODIFICACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MEDIANTE

INCORPORACIÓN DE CAUCHO DE NEUMÁTICOS

DESECHADOS

CAPÍTULO 3: MODIFICACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MEDIANTE INCORPORACIÓN DE CAUCHO DE NEUMÁTICOS DESECHADOS

42

3 MODIFICACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS MEDIANTE INCOR PORACIÓN DE

CAUCHO DE NEUMÁTICOS DESECHADOS

El caucho proveniente del reciclaje de neumáticos permite modificar el asfalto

obteniéndose mezclas asfálticas modificadas.

3.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS NEUMÁTICOS

Debido a las reacciones químicas irreversibles a las que es sometido el caucho

durante el proceso de vulcanización, no es posible reciclar neumáticos desechados para

ser reutilizados en la fabricación de neumáticos nuevos. Esta es la principal causa por la

cual miles de toneladas de neumáticos son almacenados anualmente en vertederos

municipales o en vertederos ilegales (Figura 3.1).

Figura 3. 1 Acumulación de neumáticos en vertedero s.

Las principales materias primas utilizadas en la fabricación de neumáticos son

cauchos naturales ó látex, y sintéticos como el SBS y SBR, acero, textiles y aditivos, entre

los que se destacan el negro de humo, aceites, óxido de zinc activado con cadmio,

dióxido de titanio, sulfuro, sílica, resinas fenólicas y ácidos grasos.

La combinación de cauchos naturales y sintéticos, se realiza de modo de que los

primeros, proporcionen elasticidad y los segundos, estabilidad térmica. Esta combinación

de efectos favorece la durabilidad y la capacidad de adaptarse a las nuevas exigencias

del tránsito.


43

El negro de humo compuesto usado en la fabricación de los neumáticos permite

conseguir un producto más resistente a la rotura y a la abrasión, dándoles el característico

color negro. Este se obtiene del proceso de combustión o descomposición térmica parcial

de gases naturales o hidrocarburos pesados.

3.2 NEUMÁTICOS DESECHADOS

Uno de los problemas medioambientales que se puede apreciar en Chile es que

miles de neumáticos de desecho se encuentran diseminados por todo el territorio. El

hecho de ser el mayor productor de cobre del mundo lo convierte también en un gran

consumidor de neumáticos para sus camiones y maquinaria. Con una vida útil de seis

meses, las gigantescas ruedas de los camiones mineros son desechadas sin un

tratamiento previo ni con un lugar de disposición final. Es decir, las casi tres toneladas que

pesa cada uno, con sus cuatro metros de altura, han sido apilados por años en el

desierto, a un ritmo de 18 mil unidades anuales.

Metaproject, empresa pionera en el desarrollo de innovación tecnológica y de

gestión para el reciclaje de neumáticos de la minería ha trabajado desde hace cinco años

en generar el conocimiento y la tecnología necesarios para reciclar los neumáticos de la

minería, obteniendo de ello una innumerable gama de productos aplicables a diversos

mercados, ésta empresa comenzaría a operar en Diciembre del 2007 con una planta de

reciclaje en Calama.

Recycla Chile, es una empresa que tiene un acuerdo con la empresa

estadounidense Recovery Technologies Group Inc. para instalar en Chile una planta de

reciclaje de neumáticos. La compañía norteamericana usa el sistema criogénico que

convierte en migas el neumático tras someterlo a bajas temperaturas. Según estudios de

Recycla Chile se calcula que hay unas 15 mil toneladas de neumáticos en desuso, cifra

que para 2010 se proyecta a 18 mil toneladas, lo que abre una interesante oportunidad

para quienes quieran entrar en el reciclaje.


44

3.3 PROCESO DE TRITURACIÓN DEL CAUCHO RECICLADO

El caucho reciclado es obtenido a través de la trituración o molienda de los

neumáticos, separándolo de los demás componentes como el acero y las fibras textiles.

Según el método que se utilice en la producción de granos de caucho, se obtienen

diferentes características en cuanto a la forma y textura de ellos. Las técnicas de

molienda más comunes son el proceso ambiental y la trituración criogénica.

3.3.1 PROCESO AMBIENTAL

La trituración ambiental se realiza de dos maneras: por granulación y por

molienda. Este es un proceso mecánico, donde el material es triturado mediante molinos

o granuladores.

Los granuladores son los encargados de reducir el tamaño del caucho mediante

corte por la acción de cuchillas. Mediante tamices es posible controlar el tamaño del

producto final, el cual es clasificado según el tamaño de las partículas en neumáticos

cortados, neumáticos triturados en astillas, caucho en polvo y caucho en migas.

En este proceso los granos de caucho son irregulares en forma y textura

superficial. Con respecto a la geometría de los granos de caucho, se sabe que influye en

la reacción con el cemento asfáltico, pues para partículas con alta área superficial, como

las obtenidas con este proceso, la reacción con el ligante se produce en forma rápida.

3.3.2 TRITURACIÓN CRIOGÉNICA

Este proceso se realiza a temperaturas inferiores a los -60 °C, utilizando nitrógeno

líquido, con el cual los neumáticos se vuelven quebradizos para luego ser sometidos a

trituración mecánica, el producto así obtenido (partículas lisas y ovaladas) es muy

homogéneo y de gran finura, con tamaños que pasan un 100% la malla N° 100 de ASTM.

El mayor inconveniente de este método es que requiere de instalaciones muy

complejas, lo que hace que sea poco rentable.


45

3.4 APLICACIÓN DE GRANOS DE CAUCHO EN LAS MEZCLAS A SFÁLTICAS

Existen tres métodos para la incorporación de caucho proveniente del reciclaje de

neumáticos, ellos son: Proceso por Vía Húmeda, Proceso por Vía Seca y Proceso en

Refinería.

En el Proceso Húmedo, el caucho se adiciona al cemento asfáltico produciendo

una modificación de este, en el Proceso Seco, el caucho es incorporado al agregado

pétreo como una porción de agregado fino, antes de mezclarse con el asfalto. En el

Proceso en Refinería, la mezcla del caucho con el cemento asfáltico se realiza en la

planta productora de asfalto.

3.4.1 PROCESO POR VÍA HÚMEDA

En este proceso, se produce una mezcla modificada llamada asfalto caucho, en el

que se incorporan los granos de caucho al cemento asfáltico. Este proceso se encuentra

definido en la norma ASTM D8-88.

Para la fabricación de asfalto caucho se usa un estanque agitador en el que se

mezclan los granos de caucho con el ligante asfáltico a una temperatura entre 180-210

°C. Una vez que el asfalto-caucho este en condicion es (temperatura, tiempo, viscosidad,

etc.) de ser mezclado con el agregado pétreo, se incorpora al mezclador de la planta

asfáltica para unirse con ellos. Posteriormente la mezcla asfáltica es transportada al sitio

de pavimentación y se coloca por medio de una finisher para luego ser compactada.

Usualmente de tamaño máximo de los granos de caucho es de 0.85 mm, y el

porcentaje de adición de caucho es entre 18-24% con respecto al peso del ligante.

Otra aplicación para este ligante asfáltico modificado con granos de caucho

mediante el proceso húmedo es el llamado riego SAM (Stress Absorbing Membrane), que

evita la reflexión de grietas.


46

3.4.2 PROCESO POR VÍA SECA

En este proceso el caucho reciclado es mezclado con los agregados pétreos antes

de adicionar el cemento asfáltico. Aquí, los granos de caucho se consideran como un

árido más o como sustituto de una pequeña parte del agregado fino.

En dicho proceso “Aunque los granos de caucho son tratados como un árido, no

pueden considerarse un material inerte, pues interacciona con el ligante de la mezcla

asfáltica. Mediante este proceso, el caucho pasa de ser un árido elástico a ser un

modificador del ligante en la mezcla asfáltica. A este proceso de interacción se le llama

digestión del caucho.” [6].

El proceso de digestión del caucho comienza desde la superficie de la partícula

hacia su interior, y será más rápido cuanto más fino sea el polvo de caucho, menor su

proporción dentro de la mezcla asfáltica y cuanto más elevada sea la temperatura de la

mezcla y el tiempo que se mantenga ésta caliente durante el proceso de fabricación y

puesta en obra.

Dado que el tiempo de mezclado en el proceso seco es mucho menor que en el

proceso húmedo, éste no es suficiente para que se produzca una reacción similar entre el

asfalto y el caucho como ocurre en el proceso húmedo. Por lo tanto, debe existir un

tiempo de digestión, con el fin de obtener la interacción entre el ligante y el caucho, si esto

no ocurre se provoca que los granos de caucho tengan un comportamiento dentro de la

mezcla “como un árido elástico de granulometría muy concentrada, lo que por un lado

produce la apertura de huecos y por otro, impide la compactación por su componente

elástico” [6]. En el caso de no realizase correctamente el tiempo de maceración o

digestión, no se produce la modificación del ligante, obteniéndose una mezcla de peores

propiedades que en una mezcla tradicional.

El ensaye de Inmersión-Compresión mide el efecto del agua sobre la cohesión de

las mezclas asfálticas compactadas, y es con este ensaye que se determina la

temperatura y tiempo de digestión mínimos que garantizan que la mezcla tendrá un buen

comportamiento mecánico.


47

3.4.2.1 Tecnologías para el uso de caucho reciclado mediante proceso por vía seca.

Entre las tecnologías más usadas en Estados Unidos podemos nombrar la tecnología

PlusRide y la tecnología Genérica o sistema TAK. Otra tecnología usada en muchos

países es conocida como Convencional, la cual fue desarrollada en España.

a. PlusRide. Con esta tecnología el caucho reciclado es agregado a la mezcla en

proporciones que van de 1 a 3 por ciento del peso total de los agregados y se

utilizan contenidos de ligante entre 7.5 a 9 por ciento. Los granos de caucho

utilizados son gruesos para sustituir fracciones específicas de los agregados

de la mezcla. El tamaño de las partículas de caucho van desde 4.2 mm (1/4”) a

2.0 mm (tamiz Nº10).

b. Genérica. En esta tecnología se utiliza caucho reciclado tanto en fracciones

gruesas como finas para compatibilizar o ajustar la granulometría del caucho a

la de los agregados de una mezcla asfáltica. Aquí la granulometría del caucho

se divide en dos fracciones, la fracción fina interactúa con el cemento asfáltico

mientras la fracción gruesa se comporta como un agregado elástico. En este

sistema, el contenido de caucho reciclado no supera el 2 por ciento del peso

total de la mezcla.

c. Convencional. Tecnología desarrollada en España con el objeto de utilizar

caucho reciclado en la mejora de mezclas asfálticas, en la cual se emplean

granulometrías convencionales. El porcentaje de adición no supera un dos por

ciento del peso total de los agregados y el caucho utilizado es generalmente de

granulometría fina, con tamaños de granos no superior a 0.5 mm.

3.5 EXPERIENCIAS EXTRANJERAS Y NACIONALES UTILIZAND O CAUCHO

RECICLADO

Los primeros estudios sobre la utilización de caucho en mezclas asfálticas

comenzaron en el año 1920. Inicialmente se realizaron estudios y pruebas utilizando el

caucho molido proveniente del reciclado de neumáticos para modificar el asfalto.


48

Las primeras formulas de tiempo y temperatura para modificar el ligante mediante

proceso por vía húmeda se realizaron en el año 1960.

El departamento de transportes de Arizona (ADOT) coloco la primera membrana

SAM en 1968 y la primera membrana SAMI retardadora de fisuración en 1972.

La Arizona Refinery Company (ARCo) incorporó granos de caucho provenientes

del triturado de neumáticos al agregado, utilizando el sistema PlusRide en los estados de

California y Florida, realizando tramos de prueba colocando asfalto-caucho en los

sectores con agrietamiento.

En el año 1974 el Centro de Investigaciones Elpidio Sánchez Marcos, en España,

comienza sus estudios trabajando fórmulas de incorporación de caucho al ligante y

posteriormente fabricando mezclas asfálticas que fueron aplicadas en las calles de la

ciudad de Barcelona.

Uno de los grandes aportes se realizó en el año 1990 cuando la Escuela de

Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Autónoma de Madrid, con la

tesis doctoral de Juan Gallego Medina realiza un estudio sobre el efecto del empleo de

caucho de neumáticos usados por vía seca en las características de mezclas bituminosas

en caliente.

La empresa Pavimentos Asfálticos Salamanca, S.L. y su departamento de I+D+i

diseña y la ejecuta un tramo experimental de 2.5 km. en la provincia de Salamanca

utilizando la incorporación de caucho procedente de neumáticos fuera de uso, mediante el

empleo del proceso por vía seca, el caucho empleado corresponde a la granulometría 0.5-

1 mm, en una mezcla S-12 y con 5% de cemento asfáltico.

En Sudamérica, países como Brasil, México y Colombia han realizado tramos de

prueba usando los procesos por vía seca y húmeda. En el año 2002, en la ciudad de

Buenos Aires, Argentina, se realiza un tramo de prueba utilizando el proceso seco, en un

sector de una de las avenidas más importantes de la ciudad.

En Chile, existen dos tramos experimentales en los cuales se utilizó el proceso

húmedo, los cuales fueron realizados por la Dirección de Vialidad. El primero de ellos, se


49

encuentra en la undécima Región de Aysén en la Ruta X-65 y fue construido en el año

2004. El segundo tramo se realizó en el año 2005, se ubica en la provincia de Los Andes,

V Región, para la rehabilitación de la Ruta 60 CH.

50

CAPÍTULO 4

DESARROLLO EXPERIMENTAL

CAPÍTULO 4: DESARROLLO EXPERIMENTAL

51

4 DESARROLLO EXPERIMENTAL

En este capítulo se muestra los ensayes realizados, su procedimiento, y los

resultados obtenidos.

Se realiza un estudio comparativo entre una mezcla asfáltica convencional ya

diseñada y la misma con incorporación de diferentes granulometrías de caucho y en

distintas proporciones utilizando el proceso por vía seca. En la mezcla patrón y en las con

adición de caucho, se trabaja con una mezcla semidensa banda granulométrica IV A 20 y

cemento asfáltico CA 24.

4.1 CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES

4.1.1 AGREGADOS PÉTREOS

Se entiende por agregado pétreo a cualquier tipo de pétreo empleado tanto en

mezclas de asfalto como en capas de protección, de acuerdo a requerimientos

específicos. Agregado grueso son los agregados pétreos retenidos en el tamiz 2.5 mm (N°

8) y agregado fino, a la porción que pasa dicho tamiz. Otro constituyente que se puede

adicionar al agregado es el filler, el que deberá estar constituido por un polvo mineral fino,

que podrá ser cemento hidráulico, cal u otro material inerte, libre de materia orgánica y

partículas de arcilla, el filler son los agregados cuyo tamaño máximo absoluto es 0.63 mm

(N° 30), que pasa por el tamiz 0.08 mm (malla N° 20 0), en más del 70% en peso.

Los agregados utilizados provienen de cantera de la Planta Río Maipo de la

Empresa Ferrovial, los cuales se conforman por cinco materiales: Grava 1”, Gravilla 3/4”,

Gravilla 1/2”, Polvo Roca y Filler.

A estos materiales, se les realizaron los siguientes ensayes de caracterización, de

acuerdo al Vol.8 del Manual de Carreteras, los cuales se muestran en la Tabla 4.1, 4.2 y

la distribución granulométrica de los agregados se muestra en la Figura 4.1.


52

• Determinación de la densidad de los agregados pétreos.

• Determinación cuantitativa de la distribución de los tamaños de las partículas

de los agregados gruesos y finos.

• Cubicidad de partículas.

• Índice de Plasticidad.

a. Densidad. Este ensaye está descrito en la sección 8.202.20 (LNV 68) del Manual de

Carreteras.

b. Análisis granulométrico. La granulometría está definida como “la distribución

porcentual en masa de los distintos tamaños de partículas que constituyen el

agregado pétreo” [9]. La granulometría se expresa en función de los porcentajes

parciales retenidos en una serie de tamices. Este ensayo se realizó de acuerdo a lo

descrito en la sección 8.202.3 (LNV 65). El resultado del análisis granulométrico y la

distribución granulométrica de los agregados pétreos se presentan en la Tabla 4.2 y

Figura 4.1 respectivamente.

c. Cubicidad de partículas. A través de este ensaye, se determina el contenido

porcentual de partículas chancadas, rodadas y lajeadas de la fracción de un pétreo

retenida en el tamiz 5 mm. El procedimiento se describe en la sección 8.202.6 (LNV 3)

del Manual de Carreteras.

d. Índice de Plasticidad. El método para la determinación de este índice está descrito

en la sección 8.102.4 (LNV 90).

Tabla 4. 1 Propiedades del agregado pétreo.

Ensayes Grava 1" Gravilla 3/4"

Gravilla 3/8"

Polvo Roca Filler

Densidad Aparente [Kg./m3] 1 431 1 452 1 461 1 653 1 608

Partículas Chancadas [%] 99.5 99.8 100

Partículas Lajeadas [%] 1.3 1.5 1.6 Índice de Plasticidad NP


53

Tabla 4. 2 Granulometría agregado pétreo.

Tamices Porcentaje que pasa [ % ]

mm. ASTM Grava 1´´ Gravilla 3/4´´

Gravilla 3/8´´ Polvo Roca Filler

25 1" 100 20 ¾" 56 100

12.5 ½" 2 46 100 10 3/8" 1 3 85 100 5 # 4 1 5 95

2.5 # 8 1 67 100 0.63 # 30 32 98 0.315 # 50 22 94 0.16 # 100 15 88 0.08 # 200 11 72

Distribución granulométrica agregados pétreos

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0

Tamaño de partículas [ mm. ]

Por

cent

aje

que

pasa

[ %

]

Grava 1´´ Gravilla 3/4´´ Gravilla 1/2´´ Polvo Roca Filler

Figura 4. 1 Curva distribución granulométrica agregados pétreos .


54

4.1.2 LIGANTE ASFÁLTICO

El cemento asfáltico es proporcionado por Shell Bitumen y caracterizado según los

siguientes ensayes:

• Viscosidad Brookfield a 60º y a 135º C.

• Ductilidad.

• Penetración.

• Punto de ablandamiento.

Además, este cemento fue sometido al proceso de envejecimiento en el horno de

película delgada rotatoria (RTFO), realizándose los ensayes de:

• Pérdida por Calentamiento.

• Viscosidad Absoluta a 60º C.

• Ductilidad.

• Índice de Durabilidad.

Los resultados de los ensayes de caracterización realizados al cemento asfáltico

se muestran en la Tabla 4.3.

Tabla 4. 3 Resultados cemento asfáltico.

Exigencia Ensaye CA-24

Valor

(1)Viscosidad Brookfield (η), 60°C,[P] >2400 2950 Penetración, 100 g., 25°C, 5 s,[dmm] Informar 65 Ductilidad, 25°C, 5 cm./min.,[cm.] >100 >100 Punto de ablandamiento [°C] Informar 50 Índice de Pfeiffer (IP) -1.5<IP<1 -0.4 Punto de Inflamación [°C] >232 >250 Solubilidad en tricloroetileno [%] >99 Ensaye de la Mancha [% Xilol] <30 <30 Película delgada rotatoria Perdida por Calentamiento [%] <0.8 0.5 Ductilidad del residuo, 25°C, 5 cm./min., [cm.] >10 0 >100 (2)Viscosidad Brookfield (η), 60°C,[P] Informar 7325 Índice de Durabilidad ID (2)/(1) <3.5 2.5


55

4.1.3 MEZCLA DE ÁRIDOS

Las propiedades del agregado pétreo de la mezcla utilizada en este estudio se

muestra en la Tabla 4.4.

Tabla 4. 4 Propiedades mezcla de agregados pétreos.

Ensayes Mezcla Exigencia Método

Partículas chancadas 99.7 min. 90 8.202.6 (LNV 3) Partículas lajeadas 1.5 máx. 10 8.202.6 (LNV 3) Desgaste de los Ángeles 10.5 máx.. 25 8.102.4 (LNV 90) Índice de Plasticidad NP NP 8.202.11 (LNV 75) Sales Solubles totales 0.02 Densidad Real Seca 2 683 8.202.20 (LNV 68) Densidad Neta 2 725 8.202.20 (LNV 68) Absorción de asfalto 0.58

La granulometría de la mezcla de agregados pétreos utilizada es del tipo

semidensa, banda granulométrica IV-A-20, y se presenta en la Tabla 4.5, la distribución

granulométrica tanto de la banda IV-A-20 como de la mezcla de trabajo se muestra en la

Figura 4.2.

Tabla 4. 5 Características de la mezcla de agregado s pétreos.

Tamices Porcentaje que pasa [ % ] mm. ASTM IV-A-20 Mezcla de trabajo

25 1" 100 100 20 ¾" 80 – 95 91

12.5 ½" 65 – 80 73 10 3/8" 57 – 73 64 5 # 4 40 – 55 48

2.5 # 8 28 – 42 34 0.63 # 30 13 – 24 17 0.315 # 50 8 – 17 12 0.16 # 100 6 – 12 9 0.075 # 200 4 – 8 6.5


56

Distribución Granulométrica Mezcla IV A 20

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10 100


Por

cent

aje

que

pasa

[ %

]

Especificación IV A 20 (mín) Especificación IV A 20 (máx) Mezcla de trabajo

Figura 4. 2 Curva distribución granulométrica mezcl a IV-A-20.

4.2 DISEÑO MARSHALL DE LA MEZCLA PATRÓN

Para determinar la cantidad de cemento asfáltico requerida se utiliza el

procedimiento Marshall.

Para la evaluación de las mezclas asfálticas según el método Marshall, se siguen

los criterios especificados en el Manual de Carreteras, V.5, sección 5.408.203. Los

requisitos que deben cumplir las mezclas asfálticas se muestran en la Tabla 4.6.

Tabla 4. 6 Requisitos para Mezclas Asfálticas según especificaciones del M.C.-V.5.

Tipo de Mezcla Estabilidad mín. [N]

Fluencia [0.25mm]

Huecos en la mezcla [%]

Rodadura 9000 8 – 16 4 – 6 Intermedia 8000 8 – 16 3 – 8 Base Gruesa 6000 8 – 16 5 – 10

Para la determinación del contenido óptimo de ligante en la mezcla patrón, se

elaboran mezclas con cinco contenidos diferentes de cemento asfáltico. Los porcentajes

utilizados son 3.5%, 4.0%, 4.5%, 5% y 5.5% con respecto al peso del agregado pétreo.


57

Las probetas Marshall se preparan según el método descrito en 8.302.40 del M.C.-V.8. y

se elaboran con un peso de agregado de 1100 gr.

Los parámetros Marshall para cada contenido de asfalto, se obtienen del promedio

de los resultados obtenidos de al menos tres probetas, cuyos valores de densidad no

difieran en más de 30 Kg/m3 con respecto al promedio.

Los resultados de los parámetros obtenidos por el método Marshall para la mezcla

patrón, se muestran en el anexo A.

Para esta mezcla, como se muestra en la Tabla 4.7, el porcentaje óptimo de

asfalto es de 4.9% con respecto al peso del agregado.

Tabla 4. 7 Determinación del porcentaje de asfalto para la mezcla patrón.

Porcentaje Optimo de Asfalto

Máximo Densidad 5.5%

Máximo Estabilidad 4.7%

5% Huecos de aire 4.4%

Promedio 4.9%

Se confeccionan probetas Marshall con 4.9% de cemento asfáltico, obteniéndose

sus parámetros, los que se muestran en la Tabla 4.8.

Tabla 4. 8 Parámetros Marshall de la mezcla patrón.

Mezcla Patrón

Asfalto [ % ] 4.9

Densidad [ Kg./m3 ] 2 424

Estabilidad [ N ] 12 276


58

4.3 PREPARACIÓN DE LA MEZCLA MEDIANTE PROCESO POR VÍA S ECA.

En este estudio, el caucho se adiciona en porcentajes de 0.5% y 1.0% con

respecto al peso del agregado pétreo, no se utilizan porcentajes mayores de adición de

caucho ya que según lo concluido en investigaciones nacionales [1], porcentajes de

adición de caucho superiores al 1% no producen mejoría en las propiedades de la mezcla.

Se utilizan tres granulometrías del caucho denominadas Granulometría Fina, Media y

Gruesa, y la tecnología de aplicación del método por vía seca es la convencional.

4.3.1 CAUCHO UTILIZADO

El caucho utilizado es importado de China, proviene del triturado de neumáticos

usando el método ambiental, su densidad es de 1 139 kg./m3 y es suministrado por la

Empresa PROBISA, la granulometría integral del caucho se muestra en la Tabla 4.9.

Con el fin de realizar un estudio comparativo con investigaciones realizadas en

Chile, se utiliza la misma granulometría del caucho usada en [1], la cual llamaremos

“Granulometría Media”; para poder comparar como influye la granulometría del caucho

adicionada a una mezcla asfáltica se decide utilizar además una granulometría más fina y

otra más gruesa. La “Granulometría Gruesa” se obtuvo de experiencias realizadas en

España (Estado de Salamanca), a la cual se le eliminó el caucho que pasa por el tamiz N°

100. La “Granulometría Fina” en cambio se establece con altos porcentajes en los

tamaños que fueron eliminados en la granulometría Gruesa (tamices N° 100 y 200). Las

granulometrías del caucho usado para realizar este estudio se muestran en las Tablas

4.10, 4.11 y 4.12, en la Figura 4.3 se muestra la distribución porcentual en peso de las

tres granulometrías del caucho.


59

Tabla 4. 9 Granulometría integral del caucho sumini strado por PROBISA

Tamices

mm ASTM Porcentaje que pasa

2 Nº 10 100

1.25 Nº 16 99

0.63 Nº 30 95

0.3 Nº 50 37

0,16 Nº 100 7

0,08 Nº 200 0.5

Tabla 4. 10 Granulometría Fina del caucho.

Tamices Mm ASTM

Porcentaje que pasa

0.6 Nº 30 100 0.3 Nº 50 100 0.15 Nº 100 40

0.075 Nº 200 10

Tabla 4. 11 Granulometría Media del caucho.

Tamices mm ASTM

Porcentaje que pasa

0.6 Nº 30 100

0.3 Nº 50 40 0.15 Nº 100 10

0.075 Nº 200 1

Tabla 4. 12 Granulometría Gruesa del caucho.

Tamices mm ASTM

Porcentaje que pasa

1.18 Nº 16 100 0.6 Nº 30 61 0.3 Nº 50 21

0.15 Nº 100 0


60

Distribución granulométrica del caucho

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10


Por

cent

aje

que

pasa

[ %

]

Granulometría Fina Granulometría Media Granulometría Gruesa

Figura 4. 3 Curva de distribución granulométrica de l caucho.

4.3.2 DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE ÓPTIMO DE CAUCHO

El porcentaje óptimo de adición de caucho se determina mediante los ensayes de

Inmersión-Compresión, Compresión Diametral y Estabilidad Marshall.

Con el ensaye de Inmersión-Compresión se mide el efecto del agua sobre las

propiedades cohesivas de una mezcla, por lo tanto, con los resultados obtenidos se

determina cual es la temperatura a ocupar en el proceso de digestión del caucho, dado

que el ensaye de Compresión diametral también mide las propiedades cohesivas de una

mezcla, con los resultados obtenidos se determinará al igual que con los parámetros

Marshall (Estabilidad principalmente), la proporción en peso con que el caucho debe

incorporarse a la mezcla.

4.3.3 METODOLOGÍA PARA LA CONFECCIÓN DE LA MEZCLA CON

INCORPORACIÓN DE CAUCHO

Para la confección de la mezcla con caucho en laboratorio se sigue el siguiente

procedimiento:


61

1. Preparar la granulometría de los agregados pétreos.

2. Calentar los agregados en horno a temperatura entre 170° y 210º C.

3. Establecer la proporción de caucho a utilizar, relacionada con el peso de los

áridos.

4. Mezclar los agregados calientes con la cantidad de caucho que corresponda, y

colocarlos en horno entre 150 y 190° C por aproxima damente 5 min. para que

el caucho aumente su temperatura.

5. Adicionar el asfalto, previamente calentado a la temperatura de mezclado, a la

mezcla de agregados con caucho y mezclar por 2 a 3 min.

6. Colocar la mezcla asfáltica por un período de digestión en horno, cuyo tiempo y

temperatura se han definido con anterioridad mediante el ensayo de Inmersión-

Compresión.

7. Retirar la mezcla del horno y remover el material.

8. Compactar la mezcla caliente en moldes Marshall precalentados. La

compactación se lleva a cabo a una temperatura 10º C más baja que la de

digestión, con 75 golpes del martillo Marshall, por ambos lados de la probeta.

9. Dejar reposar por 24 horas antes de extraer la probeta del molde.

10. Remover la probeta a temperatura ambiente.

4.4 DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE DIGESTIÓN MEDIAN TE EL

ENSAYE DE INMERSIÓN-COMPRESIÓN

El ensaye de Inmersión-Compresión se realiza de acuerdo a las normas españolas

NLT-161 y NLT-162.

La mezcla para este estudio se realiza con un porcentaje de adición de caucho de

0.5% y 1.0% del peso del agregado, para cada una de las granulometrías de caucho en

estudio (Granulometría Fina, Media y Gruesa), el porcentaje de asfalto es de 4.9%

(correspondiente al porcentaje de asfalto de la mezcla patrón) respecto del peso del

agregado (1760 gr.) más la adición de caucho.

Para definir la temperatura de digestión, se preparan probetas con diferentes

temperaturas de digestión del caucho (150 ºC, 160 ºC y 170 °C), no se realiza dicho

ensaye a probetas sin adición de caucho, pues lo que interesa es determinar la

temperatura de digestión del caucho y no la resistencia conservada para la mezcla patrón,


62

además según [1], las mezclas con adición de caucho presentan un índice de resistencia

conservada mayor que en la mezcla tradicional.

Según estudios internacionales [5], y nacionales [1], el tiempo de digestión óptimo

es mayor a una hora y generalmente se usa dos horas, de acuerdo a lo anterior, el tiempo

de digestión del caucho para este estudio se establece en dos horas. Los valores del

ensaye de Inmersión-Compresión se presentan en las Tablas 4.13 y 4.14.

Tabla 4. 13 Resultados tensión de rotura para probe tas con 0.5% de adición de

caucho.

Tensión de rotura [ MPa ] Probetas en Seco Probetas Sumergidas

Temperatura de digestión Temperatura de digestión

Mezcla con caucho

150 °C 160 °C 170 °C 150 °C 160 °C 170 °C G. Fina 4.28 5.05 6.12 3.41 3.94 5.90 G. Media 3.50 4.73 5.83 2.21 3.43 5.70 G. Gruesa 3.54 4.77 6.03 2.65 3.57 5.29

Tabla 4. 14 Resultados de Resistencia conservada pa ra mezclas con 0.5% de adición de caucho.

Temperatura R Mezcla [ °C ] [ % ]

G. Fina 150 80% G. Media 150 63% G. Gruesa 150 75% G. Fina 160 78% G. Media 160 72% G. Gruesa 160 75% G. Fina 170 96% G. Media 170 98% G. Gruesa 170 88%


63

Inmersión-CompresiónProbetas en Seco

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

145 150 155 160 165 170 175

Temperatura [ °C ]

Ten

sión

de

rotu

ra [

MP

a ]

G. Fina G. Media G. Gruesa

Figura 4. 4 Resistencia a compresión de probetas en seco con un 0.5% de adición de caucho para distintas temperaturas de digestión.

Inmersión-CompresiónProbetas Sumergidas

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

145 150 155 160 165 170 175

Temperatura [ °C ]

Ten

sión

de

rotu

ra [

MP

a ]


Figura 4. 5 Resistencia a compresión de probetas su mergidas con un 0.5% de adición de caucho para distintas temperaturas de di gestión.

Se observa que la resistencia a compresión axial tanto para probetas en seco

como para probetas sumergidas aumenta al aumentar la temperatura de digestión,

(Figuras. 4.4 y 4.5), lo que nos indica que al aumentar la temperatura en el proceso de

digestión se acelera el proceso de interacción ligante-caucho.


64

Inmersión-Compresión0.5% caucho

80%

63%

75%78%

72%75%

96% 98%

88%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

G. Fina 150 °C G. Media 150 °C G. Gruesa 150 °C G. Fin a 160 °C G. Media 160 °C G. Gruesa 160 °C G. Fina 170 °C G. Media 170 °C G. Gruesa 170 °C

Indi

ce d

e R

esis

tenc

ia C

onse

rvad

a [ %

]

Figura 4. 6 Índice de resistencia conservada para p robetas con 0.5% de adición de caucho.

De la Figura 4.6 se observa que la exigencia de la norma española de un índice de

resistencia conservada mínimo de 80%, sólo se cumple para probetas con una

temperatura de digestión de 170 °C, tendencia que s e da para las tres granulometrías del

caucho en estudio, aunque las granulometrías con tamaños más finos presentan mayor

índice de resistencia conservada.

Según lo obtenido del ensaye, para un porcentaje de adición de caucho de 0.5% y

estudios nacionales [1], la temperatura a la cual se produce una digestión del caucho tal

que se obtiene un índice de resistencia conservada superior al 80% es de 170 °C, por

este motivo, para realizar la experiencia con un porcentaje de adición de caucho de un

1.0% se usa sólo dicha temperatura, con un tiempo de digestión de dos horas, los

resultados de tensión de rotura obtenidos se muestran en la Tabla 4.15 y Figuras 4.7 y

4.8.


65

Tabla 4. 15 Resultados Tensión de rotura para probe tas con 1.0% de adición de

caucho y temperatura de digestión de 170 °C.

Tensión de rotura [ MPa ] Mezcla Probetas en Seco Probetas Sumergidas

G. Fina 5.65 5.38 G. Media 5.71 5.27 G. Gruesa 5.49 4.71

Inmersión-CompresiónProbetas en Seco

170°C

6.12

5.83

6.03

5.65

5.71

5.49

5.1

5.2

5.3

5.4

5.5

5.6

5.7

5.8

5.9

6.0

6.1

6.2


Ten

sión

de

rotu

ra [M

Pa]

0.5% Caucho 1.0% Caucho

Figura 4. 7 Resistencia en compresión axial para pr obetas en seco.

Inmersión-CompresiónProbetas Sumergidas

170°C

5.905.70

5.295.38 5.27

4.71

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0


Ten

sión

de

rotu

ra [M

Pa]

0.5% Caucho 1.0% Caucho

Figura 4. 8 Resistencia en compresión axial para pr obetas sumergidas.


66

Con los resultados obtenidos de este ensaye para las probetas con un 1% de

incorporación de caucho, se calcula el índice de resistencia conservada, el que se

muestra en la Tabla 4.16 y Figura 4.9.

Tabla 4. 16 Resultados de Resistencia conservada pa ra mezclas con 1.0% de

adición de caucho y temperatura de digestión de 170 °C.

Temperatura R Mezcla [ °C ] [ % ]

G. Fina 170 95% G. Media 170 92% G. Gruesa 170 86%

Inmersión-Compresión1.0% caucho

95%92%

86%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

G. Fina 170 °C G. Media 170 °C G. Gruesa 170 °C

Indi

ce d

e R

esis

tenc

ia C

onse

rvad

a [ %

]

Figura 4. 9 Índice de Resistencia conservada para p robetas con 1.0% de adición de caucho y temperatura de digestión de 170 °C.

Los resultados del índice de resistencia conservada para las probetas con 0.5% y

1.0% de adición de caucho, para una temperatura de digestión del caucho de 170 °C, se

muestra en la Figura 4.10.


67

Inmersión-Compresión170 °C

96%98%

88%

95%

92%

86%

50%

55%

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

G. Fina 0.5% G. Media 0.5% G. Gruesa 0.5% G. Fina 1.0% G. Media 1.0% G. Gruesa 1.0%

Indi

ce d

e re

sist

enci

a co

nser

vada

[ %

]

Figura 4. 10 Índice de Resistencia Conservada respe cto del porcentaje de caucho, para una temperatura de digestión de 170 °C

Si comparamos las mezclas para cada tipo de granulometría de caucho, se

observa que para porcentajes de adición de caucho de 0.5% se obtienen valores de

índice de resistencia conservada más altos que para las probetas con 1.0% de adición de

caucho, tendencia que se da para las tres granulometrías en estudio, aunque los valores

obtenidos entre un 0.5 y 1.0% no difieren mayormente entre si, Figura 4.10, mostrando

que tanto la granulometría del caucho como el porcentaje de adición de éste no es

relevante, como si lo es la temperatura a la cual se hace la digestión del caucho, ya que si

el proceso de digestión del caucho no se produce en forma adecuada, la mezcla

resultante tendrá peores propiedades que las obtenidas sin la incorporación de caucho.

De este ensaye se determina que los parámetros para la digestión del caucho son:

• Tiempo de digestión de 2 horas

• Temperatura de digestión de 170 °C


68

4.5 RESISTENCIA A COMPRESIÓN DIAMETRAL

El ensaye se realiza en una prensa, a una velocidad de deformación de 50,8

mm/min., para ello se usan probetas Marshall, las cuales son acondicionadas en baño

termostático a 25 °C durante 6 horas antes de ensay arlas.

Se confeccionan probetas con mezcla patrón y mezclas con 0.5% y 1.0% de

adición de caucho para las tres granulometrías en estudio. El proceso de confección de

las probetas con adición de caucho se realiza de acuerdo a lo determinado en el ensaye

de Inmersión-Compresión, es decir, con un tiempo y temperatura de digestión del caucho

de 2 horas y 170 °C respectivamente, en la Tabla 4. 17 se muestran los valores obtenidos

para este ensaye.

Tabla 4. 17 Resistencia a compresión diametral en f unción del contenido de caucho.

Carga de rotura Rt Mezcla

[ N ] [ MPa ]

Patrón 9 478 1.00 G. Fina 0.5% 14 982 1.54 G. Fina 1.0% 11 812 1.20 G. Media 0.5% 13 938 1.44 G. Media 1.0% 11 248 1.13 G. Gruesa 0.5% 13 214 1.35 G. Gruesa 1.0% 11 780 1.18

De los resultados y lo observado en la Figura 4.11, se determina que las mezclas

con adición de caucho presentan valores de resistencia a la compresión diametral

mayores a los obtenidos en la mezcla patrón entre un 13% y 20% para las mezclas con

un 1% de adición de caucho y valores mayores entre un 35% y 54% cuando el porcentaje

de adición de caucho es de 0.5%.


69

Resistencia a compresión diametral

1.00

1.54

1.20

1.44

1.13

1.35

1.18

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

Patrón G. Fina 0.5% G. Fina 1.0% G. Media 0.5% G. Media 1.0% G. Gruesa 0.5% G. Gruesa 1.0%

Rt [

MP

a ]

Figura 4. 11 Variación de la resistencia a la compr esión diametral respecto al porcentaje de caucho.

En las mezclas confeccionadas con 0.5% de adición de caucho se observa que la

mayor resistencia se obtiene para la granulometría Fina del caucho, seguida por la

granulometría Media y finalmente la granulometría Gruesa, en las mezclas

confeccionadas con 1.0% de adición de caucho se tiene que la mayor resistencia se

obtiene nuevamente para la granulometría Fina del caucho, seguida por la granulometría

Gruesa y finalmente la granulometría Media. Esto nos indica que mientras más pequeños

sean los granos de caucho mejor es el proceso de digestión ya que los granos más

pequeños tienen mayor superficie especifica, lo que produce una mayor interacción con el

cemento asfáltico, dando como resultado una mayor homogenización del proceso de

digestión del caucho.

Podemos concluir que las mezclas con incorporación de caucho comparadas con

la mezcla tradicional tienen mejor comportamiento frente a tensiones de tracción, lo que

se traduce en una mejoría en las propiedades cohesivas, esta propiedad se ve

mayormente mejorada en las mezclas con un 0.5% de incorporación de caucho que en

las con un 1.0%, y en cuanto al parámetro de la granulometría del caucho, es la

granulometría Fina la que produce la mayor mejoría en las propiedades cohesivas,

seguida por la Media y la Gruesa.


70

4.6 PARÁMETROS MARSHALL

Para realizar el estudio, se confeccionan las mezclas con incorporación de caucho,

con un contenido de cemento asfáltico de 4.9%, dos porcentajes de adición de caucho

(0.5% y 1.0%), para cada granulometría de caucho en estudio y comparadas con la

mezcla patrón.

Para la determinación de la Estabilidad el ensaye se realiza de acuerdo a la

sección 8.302.47 (LNV 47) del M.C.-V.8. Los valores de Estabilidad obtenidos en las

mezclas con y sin incorporación de caucho se muestran en la Tabla 4.18.

Tabla 4. 18 Estabilidad Marshall para mezclas con y sin adición de caucho.

Caucho Estabilidad Mezcla

[ % ] [ N ]

Patrón 0 12 276 G. Fina 0.5 14 265 G. Fina 1.0 13 398 G. Media 0.5 16 193 G. Media 1.0 14 910 G. Gruesa 0.5 17 996 G. Gruesa 1.0 14 424

Al incorporar caucho en una mezcla asfáltica se observa que la Estabilidad

aumenta con respecto a la misma mezcla sin la incorporación de caucho (patrón), los

valores de Estabilidad más altos son los obtenidos en las mezclas confeccionadas con un

0.5% de adición de caucho (independiente de la granulometría del caucho), como se

observa en la Figura 4.12, con respecto a la granulometría del caucho, se tiene que la

mayor Estabilidad se logra en la mezcla confeccionada con granulometría Gruesa del

caucho, seguida por las mezclas confeccionadas con granulometrías Media y Fina, para

el caso de un 0.5% de incorporación de éste, cuando el porcentaje de adición de caucho

es del 1.0%, la magnitud de la Estabilidad no presenta variaciones significativas en las

tres granulometrías de caucho.


71

Estabilidad

12276

14265

13398

16193

14910

17996

14424

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000


Est

abili

dad

[ N ]

Figura 4. 12 Variación de la Estabilidad respecto a l porcentaje caucho.

Los otros parámetros Marshall (Densidad, Vacíos, Fluidez y V.A.M.), se muestran

en el anexo A.

4.7 DISEÑO FINAL

De los resultados obtenidos en los ensayes anteriormente descritos, se determina

que la temperatura de digestión con la cual se asegura que el índice de resistencia

conservada sea mayor a 80% es 170 °C, valores de te mperatura superiores a ésta harían

menos viable el proceso debido al aumento en el costo por concepto de aumentar la

temperatura y por otro lado, aumentar la temperatura más allá de 170 °C produciría una

mayor oxidación en el cemento asfáltico, lo que podría afectar su desempeño en el

tiempo. El tiempo de digestión se establece en dos horas. Con respecto al porcentaje de

caucho al adicionar 0.5% se obtienen mejores propiedades en la mezcla.


72

4.8 DETERMINACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA DEL CAUCHO DE DI SEÑO

Para determinar la granulometría del caucho óptimo para la mezcla de este

estudio se realizan los siguientes ensayes:

• Determinación del Módulo resiliente.

• Determinación del comportamiento al Ahuellamiento.

• Determinación de la resistencia a la Fatiga.

La mezcla patrón, como se dijo anteriormente, se confecciona con 4.9% de

cemento asfáltico. Según los resultados del ensaye de Inmersión-Compresión,

Compresión diametral y parámetros Marshall (Estabilidad principalmente), para

determinar el efecto que tiene la granulometría del caucho al ser incorporada a la mezcla,

estas se confeccionan con 4.9% de cemento asfáltico y sólo con 0.5% de adición de

caucho, utilizando el proceso de digestión del caucho a 170 °C y 2 horas, establecido

anteriormente.

4.8.1 MODULO RESILIENTE

Este método de ensaye se ejecuta bajo la normativa europea EN 12697-26: 2003

anexo C, “Test de tensión indirecta en especímenes cilíndricos”.

El análisis del módulo resiliente se realiza de acuerdo a variaciones de la

temperatura, se evalúan tres temperaturas, una baja de 10 °C, una intermedia de 25 º C y

una alta de 40 º C, y los resultados obtenidos para el módulo resiliente (MR) y carga

diametral (Fv), se presentan en las Tablas 4.19, 4.20 y 4.21.

Tabla 4. 19 Resultados Módulo Resiliente a 10 ºC.

Fv MR Total Mezcla [ kN ] [ MPa ]

Patrón 3.74 7 785 G. Fina 4.67 9 674 G. Media 5.10 10 467 G. Gruesa 5.01 10 368


73



Patrón 1.27 2 628 G. Fina 2.60 5 168 G. Media 2.59 5 236 G. Gruesa 2.69 5 447



Patrón 0.25 531 G. Fina 0.78 1 368 G. Media 0.73 1 324 G. Gruesa 0.64 1 304

Módulo Resiliente

7785

9674

10467 10368

2628

5168 52365447

531

1368 1324 1304

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

13000

Patrón10°C

G. Fina10°C

G. Media10°C

G. Gruesa10°C

Patrón25°C

G. Fina25°C

G. Media25°C

G. Gruesa25°C

Patrón40°C

G. Fina40°C

G. Media40°C

G. Gruesa40°C

Mód

ulo

Res

ilien

te [

MP

a ]

Figura 4. 13 Variación del Módulo resiliente a dist intas temperaturas respecto a la granulometría de la adición de caucho .


74

Módulo Resiliente

100% 100% 100%

124%

197%

257%

134%

199%

249%

133%

207%

245%

0%

50%

100%

150%

200%

250%

300%

10 25 40

Temperatura [ °C ]

Patrón G. Fina G. Media G. Gruesa

Figura 4. 14 Variación porcentual del Módulo resili ente a distintas temperaturas

respecto a la granulometría de la adición de caucho .

De las Figuras 4.13 y 4.14 se observa que los Módulos resilientes de las mezclas

con caucho respecto a la mezcla tradicional, aumentan considerablemente,

aproximadamente hasta en un 34% en las mezclas a 10 ºC, para el ensaye de módulo a

una temperatura de 25 °C se observa que el aumento con respecto al valor de la mezcla

patrón es de hasta un 107%, en cuanto a las mezclas ensayadas a 40 °C el aumento del

valor de módulo se incrementa hasta en un 157% con respecto del valor para la mezcla

patrón, lo que indica que el efecto de la incorporación de caucho en una mezcla asfáltica

tiene un efecto mayor para temperaturas más elevadas, además se observa que el

parámetro de la granulometría del caucho no es tan relevante como lo es la incorporación

de caucho en una mezcla asfáltica, ya que los valores para el módulo resiliente entre las

distintas granulometrías de caucho no presenta diferencias significativas entre sí para

cada temperatura estudiada.


75

Módulo Resiliente

34%

7%

53%

14%

50%

13%

53%

13%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Temperatura [ °C ]

Mód

ulo

Res

ilien

te [M

Pa]


Razón (Módulo a 25 °C / Módulo a 10 °C)

100%

Razón (Módulo a 40 °C / Módulo a 10 °C)

Figura 4. 15 Variación porcentual del Módulo Resili ente con respecto al valor a 10 °C.

En las mezclas con caucho, los valores obtenidos para el módulo presentan una

menor susceptibilidad térmica que la mezcla sin adición de caucho, como se observa en

la Figura 4.15, al aumentar la temperatura de 10 °C a 25 °C se tiene que la mezcla patrón

disminuye a un 34% la magnitud del módulo resiliente, en comparación, en las mezclas

con adición de caucho la magnitud del módulo disminuye aproximadamente a un 50%, no

presentando diferencias significativas entre las distintas granulometrías del caucho, por

último al aumentar la temperatura a 40 °C se puede ver que en la mezcla patrón se

produce una reducción de la magnitud del módulo resiliente con respecto al medido a 10

°C a un 7%, mientras que las mezclas con caucho se reducen en promedio a un 13%.

En base a los resultados obtenidos se deduce que si el fin es diseñar una mezcla

asfáltica menos susceptible a los cambios climáticos se recomienda usar mezclas con

adición de caucho, además al utilizar una mezcla con adición de caucho, al presentar

estas valores de módulo mayores que los obtenidos para la mezcla sin incorporación de

caucho, en el diseño de pavimentos flexibles, se obtendrían, para iguales condiciones de

tránsito y período de servicio, espesores menores, como se puede deducir de la ecuación

2.19 del método de diseño de pavimentos flexibles.


76

4.8.2 AHUELLAMIENTO

Este método de ensaye se ejecuta bajo la normativa española NLT-173

“Resistencia a la deformación plástica de las mezclas bituminosas mediante la pista de

ensayo de laboratorio” y se utiliza para determinar la resistencia a la deformación plástica

de una mezcla asfáltica.

Las probetas se confeccionan con 10900 gr. de árido, 0.5% de adición de caucho,

4.9% de asfalto y se ensayan a 60 °C, con un períod o previo de acondicionamiento a

dicha temperatura de 4 horas, una presión de contacto de 900 kN/m2 y una duración de

ensayo de 2 horas, el resultado de este ensaye se muestra en la Tabla 4.22.

Tabla 4. 22 Resultados ensaye de Ahuellamiento.

Ahuellamiento Velocidad de Deformación [10 ³ mm/min.] Mezcla [ mm. ] 30-45 min. 75-90 min. 105-120 min.

Patrón 2.047 13.56 10.67 13.78 G. Fina 0.657 5.56 1.78 1.56 G. Media 0.853 4.67 2.67 1.56 G. Gruesa 1.197 8.22 6.22 5.56

Ahuellamiento

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0 20 40 60 80 100 120 140

Tiempo [ min. ]

Ahu

ella

mie

nto

[ mm

. ]


Figura 4. 16 Variación del Ahuellamiento en el tiem po.


77

Ahuellamiento

2.047

0.657

0.853

1.197

0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500


Ahu

ella

mie

nto

[ mm

]

Figura 4. 17 Ahuellamiento total para un tiempo de 120 minutos.

AhuellamientoVelocidad de deformación

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000


Vel

ocid

ad d

e de

form

ació

n [ 1

0^-3

mm

/ min

]

30 - 45 min. 75 - 90 min. 105 - 120 min.

Figura 4. 18 Variación de la velocidad de deformac ión.

En las Figuras 4.16 y 4.17 se observa que las mezclas con adición de caucho

tienen un mejor comportamiento al ahuellamiento, siendo la mezcla con granulometría

Fina del caucho la que presenta una mayor resistencia al ahuellamiento, seguida por las

mezclas con granulometrías Media y finalmente la Gruesa.


78

En las mezclas con adición de caucho, la velocidad de deformación disminuye con

el tiempo en forma relativamente lineal para las granulometrías Media y Gruesa, sin

embargo, la granulometría Fina presenta una gran deformación en los primeros 45

minutos, para luego reducirse a un 30% y mantenerse casi constante hasta el final del

ensaye, como se observa en la Figura 4.18.

Con respecto al fenómeno del ahuellamiento se recomienda el uso de mezclas con

adición de caucho, además la granulometría que presenta el mejor comportamiento frente

al ahuellamiento es la Fina. En la Figura 4.19 se muestran las probetas después del

ensaye, se puede apreciar la diferencia en la profundidad de la huella para la mezcla

tradicional (lado izquierdo, con molde) y mezclas confeccionadas con incorporación de

caucho (lado derecho, sin molde).

Figura 4. 19 Probetas después del ensaye de ahuella miento.

El mejor comportamiento frente al ahuellamiento que experimentan las mezclas

con incorporación de caucho se debe entre otros factores a que los granos de caucho

absorben los aceites presentes en el asfalto, con lo cual el asfalto pierde en cierta medida

la facilidad a fluir a altas temperaturas.

En cuanto a la granulometría del caucho, cuando las partículas de caucho son más

pequeñas se produce una mayor interacción entre el asfalto y el caucho, modificándolo y

con ello, disminuyendo la componente plástica de deformación del asfalto.


79

Si bien del ensaye Marshall se ve que la mayor Estabilidad se obtiene en las

mezclas con granulometría Gruesa del caucho, no ocurre lo mismo frente al

comportamiento al ahuellamiento, indicando que si bien la Estabilidad da cuenta de lo

estable o resistente ante esfuerzos producto de las carga que puede ser una mezcla, no

es indicativo que a mayor Estabilidad mayor resistencia al ahuellamiento.

4.8.3 RESISTENCIA A LA FATIGA

Este método de ensaye se ejecuta bajo la normativa europea EN 12697-24: 2003

anexo C, “Resistencia a la fatiga”.

Para la realización de este ensaye se utilizan probetas Marshall, las cuales son

acondicionadas a 25 °C por un tiempo de 4 horas. E l ensaye se realiza a dicha

temperatura, aplicando una tensión diametral constante en forma cíclica con una duración

de 120 milisegundos por ciclo. Las probetas sin adición de caucho se ensayan variando la

tensión diametral (200, 230, 250 y 300 [kPa]), las probetas con adición de caucho se

ensayan a mayores valores de tensión (400, 450 y 480 [kPa]). Al evaluar varias tensiones

de tracción es posible determinar la pendiente de la ley de fatiga, m, el término libre de la

regresión lineal, c y el coeficiente de correlación, R2.

Los resultados obtenidos para la resistencia a fatiga (tensión horizontal y número

de pulsos hasta la falla) se presentan en la Tabla 4.23, la curva de fatiga para las

probetas confeccionadas con y sin adición de caucho se muestran en la Figura 4.20.


80

Tabla 4. 23 Resistencia a Fatiga

Mezcla Tensión horizontal [ kPa ] N° pulsos M c R²

200 11 545 230 5 694 250 4 048

Patrón

300 2 202

-59.84 753.66 0.968

400 5 366 450 2 859 G. Fina 480 1 946

-78.93 1077.88 1.000

400 2 611 450 2 048 G. Media 480 1 301

-108.71 1264.56 0.903

400 2 264 450 2 159 G. Gruesa 480 1 311

-111.04 1279.15 0.692

Curva de Fatiga (25 °C)

R2 = 0.968

R2 = 1.000

R2 = 0.903

R2 = 0.692

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 000 10 000 100 000

Número de pulsos de carga, N

Ten

sión

hor

izon

tal [

kP

a ]


Logarítmica (Patrón) Logarítmica (G. Fina) Logarítmica (G. Media) Logarítmica (G. Gruesa)

Figura 4. 20 Curva de Fatiga

De los resultados del ensaye de resistencia a fatiga (Tabla 4.23 y Figura 4.20) se

observa las mezclas con adición de caucho resisten tensiones muy superiores para un

mismo número de repeticiones de carga al ser comparadas con la mezcla sin

incorporación de caucho, en cuanto a la granulometría del caucho se determina que las

mezclas confeccionadas con granulometría Fina del caucho son las que presentan una

mayor resistencia a la fatiga. Las probetas con granulometría Gruesa del caucho


81

(comportamiento similar a las probetas confeccionadas con granulometría Media) no son

incluidas en este análisis por presentar una baja correlación en los resultados.

Curva de Fatiga (25 °C)

R2 = 0.968

R2 = 1.000

R2 = 0.903

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1 000 10 000 100 000 1 000 000


Ten

sión

hor

izon

tal [

kP

a ]


Logarítmica (Patrón) Logarítmica (G. Fina) Logarítmica (G. Media)

Figura 4. 21 Curva de Fatiga

Al realizar una extrapolación se observa para una determinada tensión o estado de

carga (por ejemplo 260 [kPa]), la mezcla con adición de caucho (granulometría Fina) es

capaz de resistir sobre los 30000 ciclos en contraposición a los aproximadamente 4000

ciclos que soportaría la mezcla tradicional hasta alcanzar la falla.

Que las mezclas confeccionadas con granulometría Fina del caucho presenten

una mayor resistencia a la fatiga da cuenta entre otros factores que el tamaño del caucho

es importante, ya que según lo explicado en capítulos anteriores mientras menor el

tamaño de las partículas, más eficientemente se realiza la modificación del cemento

asfáltico.

Del ensaye de resistencia a fatiga se puede concluir que la incorporación de

caucho a las mezclas asfálticas mejora la vida a fatiga de estas, lo que se traduce en

carpetas con mayor período de vida útil; de lo anterior se puede decir que el mayor costo

por concepto de la incorporación del caucho (caucho, temperatura y tiempo de digestión,

mezcladora capaz de incorporar caucho, etc.), no sería relevante económicamente debido

a la reducción en los costos de mantención o a la mayor vida útil del pavimento.

82

CAPÍTULO 5 COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON ESTUDIOS

ANTERIORES

CAPÍTULO 5: COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON ESTUDIOS ANTERIORES

83

5 COMPARACIÓN DE RESULTADOS CON ESTUDIOS ANTERIORES

En el presente capítulo se realiza una comparación entre los datos obtenidos en

este estudio con los obtenidos en la Memoria para optar al título de ingeniero civil,

“Estudio de la utilización de caucho de neumáticos en mezclas asfálticas en caliente

mediante proceso seco”, de la Universidad de Chile [1].

Los resultados obtenidos en este estudio se denominan “Estudio A”, y los

resultados del estudio [1], se denominan “Estudio B”.

La mezcla de los agregados utilizada en el Estudio B es una semidensa (IV-A-12),

el cemento asfáltico utilizado es clasificado como 60/80, y el porcentaje de asfalto es de

5.5%, tanto la granulometría del caucho usada en el Estudio B como la granulometría

Media de la presente investigación son idénticas, y el caucho es el mismo. A continuación

se muestran las Tablas con los resultados de ambos estudios para mezcla patrón y

mezcla con incorporación de caucho utilizando la granulometría Media.

Tabla 5. 1 Índice de resistencia conservada para pr obetas con 0.5% de adición de

caucho.

Temperatura IRC [%] IRC [%] Mezcla [ °C ] Estudio A Estudio B

Patrón 0 58% G. Fina 170 96% G. Media 170 98% 68% G. Gruesa 170 88%

Tabla 5. 2 Índice de resistencia conservada para pr obetas con 1.0% de adición de

caucho.

Temperatura IRC [%] IRC [%] Mezcla [ °C ] Estudio A Estudio B

G. Fina 170 95% G. Media 170 92% 67% G. Gruesa 170 86%

Del ensaye de Inmersión-Compresión (Tablas 5.1 y 5.2) se observa que las

mezclas con incorporación de caucho aumentan su IRC, sin embargo en el estudio B no


84

se logra superar el IRC mínimo de 80%. En ambos estudios se observa que el mayor IRC

se logra cuando el porcentaje de adición de caucho es del 0.5%.

Tabla 5. 3 Resistencia a compresión diametral.

Rt [ MPa ] Mezcla

Estudio A Estudio B

Patrón 1.00 1.10 G. Fina 0.5% 1.54 G. Fina 1.0% 1.20 G. Media 0.5% 1.44 1.24 G. Media 1.0% 1.13 1.14 G. Gruesa 0.5% 1.35 G. Gruesa 1.0% 1.18

Del ensaye de Compresión diametral (Tabla 5.3) se observa en ambos estudios

una mejoría en las propiedades cohesivas de la mezcla asfáltica cuando se le incorpora

caucho, además, se observa que tanto en el estudio A como en el B, la mayor resistencia

a la tracción se presenta en las mezclas con 0.5% de incorporación de caucho.

Tabla 5. 4 Estabilidad Marshall.

Caucho Estabilidad [ N ] Mezcla

[ % ] Estudio A Estudio B

Patrón 0 12 276 9 414 G. Fina 0.5 14 265 G. Fina 1.0 13 398 G. Media 0.5 16 076 16 459 G. Media 1.0 14 536 8 751 G. Gruesa 0.5 17 996 G. Gruesa 1.0 14 424

Del ensaye Marshall (Tabla 5.4) se observa al igual que en Compresión diametral,

que en ambos estudios se produce una mejoría en las Estabilidades con respecto a la

mezcla sin adición de caucho, y la mayor Estabilidad se alcanza en las mezclas en las

que se incorpora el caucho en proporciones de un 0.5%.


85

Tabla 5. 5 Módulo resiliente a 25 °C.

MR [MPa] Mezcla Estudio A Estudio B

Patrón 2628 2 357 G. Fina 5168 G. Media 5236 3 714 G. Gruesa 5447

Tabla 5. 6 Módulo resiliente a 40 °C.

MR [MPa] Mezcla Estudio A Estudio B

Patrón 531 338 G. Fina 1368 G. Media 1324 1 113 G. Gruesa 1304

Del análisis de módulo resiliente se puede decir que al incorporar caucho a una

mezcla semidensa tanto de banda granulométrica del tipo (IV-A-20) como del tipo (IV-A-

12), esta se verá mejorada en cuanto a magnitud del módulo resiliente.

Tabla 5. 7 Resistencia a Fatiga.

N° ciclos Mezcla Tensión horizontal

[ kPa ] Estudio A Estudio B

200 11 545 1 085 230 5 694 730 250 4 048 484

Patrón

300 2 202 141 200 12 446 230 8 093 250 7 851 300 5 930 400 2 611 450 2 048

G. Media

480 1 301 400 5 366 450 2 859 G. Fina 480 1 946


86

Curva de Fatiga

R2 = 0.968

R2 = 0.981

R2 = 0.903

R2 = 0.901

R2 = 1.000

0

100

200

300

400

500

600

100 1 000 10 000 100 000


Ten

sión

hor

izon

tal [

KP

a ]

Patrón Estudio A Patrón Estudio B G. Media Estudio AG. Media Estudio B G. Fina Estudio A Logarítmica (Patrón Estudio A)Logarítmica (Patrón Estudio B) Logarítmica (G. Media Estudio A) Logarítmica (G. Media Estudio B)Logarítmica (G. Fina Estudio A)

Figura 5. 1 Curva de Fatiga.

Según se observa en la Figura 5.1, la incorporación de caucho aumenta la

resistencia a la fatiga de las mezclas asfálticas, indistintamente si se utiliza la banda

granulométrica del tipo IV-A-12 o IV-A-20.

87

CAPÍTULO 6

CONCLUSIONES

CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES

88

6 CONCLUSIONES

6.1 GENERALES

• La utilización del caucho trae beneficios ambientales al solucionar el problema de su

disposición final.

• Como se vio en este estudio es factible el uso del caucho producto del reciclado de

neumáticos para mejorar las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas, y

mejorar el comportamiento a deterioros comunes de los pavimentos, como lo son el

ahuellamiento y la fatiga.

• El proceso por vía seca, requiere de pequeños cambios en la planta asfáltica, ya que

al incorporar el caucho como un filler sólo se debe aumentar el largo del sistema de

calentamiento de los agregados, el mayor costo sería por concepto del proceso de

digestión del caucho, además, al ser el caucho mucho más liviano que el agregado se

debe aumentar el tiempo de mezclado entre el caucho y el agregado con el objeto de

obtener una mezcla homogénea antes de realizar la incorporación del asfalto a la

mezcla.

• Es posible trabajar con granulometrías semidensas convencionales más usadas

como son la IV-A-12 y la IV-A-20 para la fabricación de mezclas asfálticas mejoradas

con caucho, ya que se observa una clara mejoría en las propiedades mecánicas en la

mezcla modificada.

• Como se observa en el ensaye de Inmersión-Compresión, si no se logra la adecuada

interacción entre el asfalto y el caucho no se producirá un mejoramiento en las

propiedades de la mezcla, por esta razón, la importancia de que en el proceso de

digestión del caucho, tanto el tiempo como la temperatura a la cual se realiza dicho

proceso sea el adecuado.


89

6.2 ESPECÍFICAS

• De los resultados obtenidos de este estudio se tiene que el contenido de caucho

con el cual se obtuvieron los mayores valores de índice de resistencia conservada,

tracción indirecta, Módulo resiliente y Estabilidad Marshall, y menor ahuellamiento

es para 0.5%, lo que nos indica que la proporción de caucho en la mezcla deberá

estar cercana a dicho valor, pudiendo ser ligeramente mayor o menor.

• El proceso de digestión del caucho es de suma importancia, sin un adecuado

control del tiempo o la temperatura a la cual se desarrolla dicho proceso, no se

logrará una adecuada interacción entre el asfalto y el caucho, lo que traerá como

consecuencia que con el tiempo o bajo condiciones de agua o humedad la mezcla

se desintegre o presente un comportamiento mecánico inferior a la mezcla sin

incorporación de caucho.

• Con la incorporación de caucho a las mezclas asfálticas se tiene una mayor

resistencia a la tracción, es decir, aumentan las propiedades cohesivas de una

mezcla, esta propiedad se maximiza para porcentajes de incorporación de caucho

cercano al 0.5%, un aumento en la cohesión de la mezcla asegura una buena

resistencia al desgaste y al agrietamiento, ya que es en este fenómeno donde la

mezcla debe tener gran cohesión. Con respecto a la variación de la granulometría

se observa que la más fina presenta un mejor comportamiento.

• Los valores obtenidos para el módulo resiliente a distintas temperaturas, nos

indica que las mezclas con incorporación de caucho presentan una menor

susceptibilidad térmica que las mezclas tradicionales, por lo tanto para climas con

alta variabilidad térmica se recomienda el uso de mezclas asfálticas con

incorporación de caucho. Las mezclas con incorporación de caucho presentan

mayores valores de módulo resiliente que las mezclas tradicionales, sin embargo,

la variación en la granulometría del caucho no tiene un efecto sobresaliente en las

magnitudes del módulo resiliente. Mayores valores de módulo se traducen en

menores espesores de la carpeta de rodadura, lo que conlleva a un ahorro por

concepto de volumen de material en el diseño de una obra vial.


90

• Las mezclas con adición de caucho tienen un mejor comportamiento al

ahuellamiento que las mezclas sin adición de caucho, siendo la granulometría fina

del caucho la que presenta un menor ahuellamiento, disminuyendo tal efecto en un

65% aproximadamente. En este ensaye la granulometría del caucho demostró

tener influencia en el comportamiento de la mezcla ante este tipo de falla. Por lo

tanto se observa que la incorporación de caucho mejora las propiedades de la

mezcla ante el efecto del ahuellamiento.

• Los mayores valores de Estabilidad Marshall se obtienen para porcentajes de

adición de caucho de 0.5%. Para este parámetro, se observa que la granulometría

del caucho si tiene una gran influencia, la mayor Estabilidad se obtiene con la

granulometría Gruesa, seguida de la Media y finalmente la Fina.

Al igual que en el caso del módulo, un mayor valor de Estabilidad Marshall indica

un menor espesor de la capa o carpeta asfáltica.

91

CAPÍTULO 7

RECOMENDACIONES

CAPÍTULO 7: RECOMENDACIONES

92

7 RECOMENDACIONES

Con la puesta en marcha (Diciembre 2007), de la planta de reciclado de

neumáticos de La División Norte de Codelco, debiera producirse una importante baja en

los costos del insumo caucho, lo que haría mucho más viable la incorporación de granos

de caucho a las mezclas asfálticas, y se debiera realizar un estudio utilizando este

producto nacional.

Realizar un análisis económico de las mezclas asfálticas con caucho, en cuanto a

costo inicial y de largo plazo, es decir, la vida útil de la vía.

Realizar un estudio de mezclas en caliente con incorporación de caucho utilizando

el método de diseño SUPERPAVE.

Incorporar en el Manual de Carreteras, el ensaye de Inmersión-Compresión,

estableciendo el procedimiento de uso y los valores mínimos exigidos para cada tipo de

mezcla.

Construir un tramo de prueba utilizando mezclas en caliente con incorporación de

granos de caucho producto del reciclaje de neumáticos mediante proceso seco, hacer un

seguimiento y comparar con los tramos de prueba realizados con el proceso húmedo.

93

CAPÍTULO 8

BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS

CAPÍTULO 8: BIBILIOGRAFÍA Y REFERENCIAS

94

8 BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS

Tesis asociadas

[1] RAMÍREZ Palma, Náyade. Estudio de la utilización de caucho de neumáticos en

mezclas asfálticas en caliente mediante proceso seco. Tesis (Ingeniero Civil). Santiago,

Chile. Universidad de Chile, Fac. de Cs. Físicas y Matemáticas, Depto. de Ing. Civil, 2006.

[2] Nicoletti, F.,Wahr, C. “Determinación de la vida útil a fatiga de cementos asfálticos

utilizados en chile, mediante el reómetro de corte dinámico”, Memoria para optar al titulo

de Ingeniero Civil, Universidad Técnica Federico Santa María, Dpto. Obras Civiles, Chile,

2007.

[3] BADILLA Montes, Pablo. Estudio de factibilidad técnica y estimación de la demanda de

pavimentos de asfalto modificado con caucho de neumáticos desechados. Tesis

(Ingeniero Civil). Santiago, Chile. Universidad de Chile, Fac. de Cs. Físicas y

Matemáticas, Depto. de Ing. Civil, 2002.

[4] GUTIÉRREZ Ruiz, Patricio. Incorporación de caucho de neumáticos desechables en

asfalto. Tesis (Ingeniero Civil). Santiago, Chile. Universidad de Chile, Fac. de Cs. Físicas

y Matemáticas, Depto. de Ing. Civil, 2001.

Publicaciones

[5] GALLEGO Medina, Juan y PRIETO Muñoz, Jorge. Tipo de mezclas bituminosas con

caucho de neumáticos. Experiencia española en la conservación de carreteras. Madrid,

España.

[6] GALLEGO Medina, Juan y DEL VAL Menús, Miguel Ángel. Efecto del empleo de

caucho de neumáticos usados por vía seca en las características de mezclas bituminosas

en caliente. Madrid, España.

[7] INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO. Estudio de las mejoras mecánicas de

mezclas asfálticas con desechos de llanta. Bogotá, Universidad de Los Andes, 2002. 303

p.


95

[8] LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD, MOP. Curso Laboratorista Vial. 5ª edición,

Vol. II. Santiago, Chile, 2000.

[9] DIRECCIÓN DE VIALIDAD, MOP. Especificaciones y Métodos de Muestreo y Ensaye.

Santiago, Chile, 1986. 400 p.

[10] M. Ocampo, B. Caicedo y D. González. Mezclas asfálticas mejoradas con caucho

molido proveniente de llantas usadas. Universidad de los Andes, Bogotá D.C., Colombia.

[11] DIRECCIÓN DE VIALIDAD, MOP. Manual de Carreteras, Volumen Nº5,

Especificaciones Técnicas Generales de Construcción. Santiago, Chile. 1997.

[12] DIRECCIÓN DE VIALIDAD, MOP. Manual de Carreteras, Volumen Nº8,

Especificaciones y Métodos de Muestreo, Ensaye y Control. Santiago, Chile. 2003.


96

Normas

[13] ASTM D 8-88, Standard Definitions of Terms Relating to Materials for Roads and

Pavements.

[14] ASTM D4123-82 (Reapproved 1995), Indirect Tension Test for Resilient Modulus of

Bituminous Mixtures.

[15] EN 12697-26: 2003 anexo C, “Test de tensión indirecta en especimenes cilíndricos”

[16] NLT-346 “Resistencia a compresión diametral (ensayo brasileño) de mezclas

bituminosas”

[17] EN 12697-24, Bituminous mixtures — Test methods for hot mix asphalt — Part 24:

Resistance to fatigue.

[18] EN 12697-26, Bituminous mixtures — Test methods for hot mix asphalt — Part 26:

Stiffness.

[19] NLT-161 “Resistencia a la compresión simple de mezclas bituminosas”

[20] NLT-162 “Efecto del agua sobre la cohesión de mezclas bituminosas compactadas”

[21] NLT-360 “Determinación del módulo resiliente en mezclas bituminosas, mediante

ensayo de compresión diametral”

[22] NLT-173 “Resistencia a la deformación plástica de las mezclas bituminosas mediante

la pista de ensayo de laboratorio”

97

ANEXOS

ANEXOS.

ANEXO A: Resultados de la dosificación Marshall y parámetros Marshall. ANEXO B: Resultados del Ensaye Inmersión-Compresió n. ANEXO C: Resultados del Ensaye de Compresión Diame tral. ANEXO D: Resultados de Módulos resilientes de la m ezcla. ANEXO E: Resultados del Ensaye de Ahuellamiento y cálculo de la

velocidad de deformación. ANEXO F: Resultados del Ensaye de Fatiga.

98

ANEXO A

Resultados de la dosificación Marshall y parámetros Marshall.

99

Tabla A.1. Resultados dosificación para mezcla patrón. Marshall Dosificación Asfalto Shell CA 24

26-04-2007

Tmix = 155 ºCTc = 145 ºC

Nº Probeta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15% Asfalto 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5Altura Prom. [mm] 63.1 62.8 61.9 61.8 61.0 60.7 60.2 60.7 60.5 60.1 60.2 60.5 60.0 60.0 60.0Factor 1.011 1.019 1.043 1.046 1.071 1.081 1.096 1.081 1.087 1.099 1.096 1.087 1.140 1.146 1.065Peso Aire [Gr] 1130.5 1134.2 1129.8 1136.7 1134.2 1136.7 1142.6 1138.4 1138.2 1144.0 1144.9 1144.0 1150.4 1143.7 1148.9Peso Agua [Gr] 662.7 663.3 662.7 668.7 667.7 668.3 673.0 667.4 666.1 672.3 671.7 670.6 683.2 679.3 673.4Peso SSS [Gr] 1142.7 1145.6 1139.6 1142.2 1140.3 1141.9 1145.4 1142.6 1143.7 1145.2 1146.4 1145.0 1151.0 1144.3 1150.3Densidad [Kg/m³] 2355.2 2351.6 2369.1 2400.6 2399.9 2400.1 2418.7 2395.6 2383.2 2419.1 2411.8 2411.5 2459.2 2459.6 2409.1Densidad Prom . [Kg/m³] 2358.6 2400.3 2399.2 2414.1 2459.4Fluidez [mm] 6.033 6.361 7.136 5.701 6.077 5.176 4.409 5.056 4.608 4.748 5.171 7.025 4.714 4.967 5.327Fluidez Media [mm] 6.510 5.651 4.691 5.648 5.003Estabilidad [KN] 9.960 12.092 10.950 11.183 9.905 14.075 10.579 10.953 11.817 11.051 10.534 14.082 9.551 9.829 8.708Estabilidad Corregida [N] 10 070 12 322 11 421 11 697 10 608 15 215 11 595 11 840 12 845 12 145 11 545 15 307 10 888 11 264 9 274Estabilidad Media [N] 11270.7 11152.8 12093.3 12999.1 11076.1

Densidad Maxima de la Mezcla Sin Compactar Densidad Efectiva del Agregado

% de Asfalto 5 % de Asfalto 5Peso Muestra [Gr] 2287 Densidad del Asfalto[Kg/m³] 1010 Densidad Real Seca Peso Matraz y Agua [Gr] 11797.4 Dmm [Kg/m³] 2 501 del Agregado [Kg/m³] 2683Peso Matraz + Agua y Muestra 13 169.9 Densidad EfectivaDMM [Kg/m³] 2 501 del Agregado [Kg/m³] 2700

Densidad

2 340

2 360

2 380

2 400

2 420

2 440

2 460

2 480

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

Asfalto [ % ]

Den

sida

d [ K

g./m

3]

Huecos en la Mezcla

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

Asfalto [ % ]

Hue

cos

[%]

Fluidez

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

Asfalto [ % ]

Flu

idez

[ m

m. ]

100

Estabilidad

8 000

9 000

10 000

11 000

12 000

13 000

14 000

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

Asfalto [ % ]

Est

abili

dad

[N]

Vacíos en el Agregado Mineral

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

15.0

16.0

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

Asfalto [ % ]

Vac

ío a

greg

ado

min

eral

[%]

Tabla A.2. Resumen parámetros Marshall de la dosificación de la mezcla patrón.

Dosificación Mezcla Asfáltica

Asfalto [ % ] 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

Densidad [Kg./m3] 2 359 2 400 2 399 2 414 2 459

Estabilidad [N] 11 270 11 153 12 032 12 999 11 076

Huecos Mezcla [ % ] 7.7 5.7 4.8 3.5 1.0

Fluidez [mm.] 6.5 5.7 4.7 5.7 5.0

V.A.M. [ % ] 15.1 14.0 14.4 14.3 13.1

101

Tabla A.3. Resultados parámetros Marshall de mezclas con incorporación de caucho.

102

Tabla A.4. Resumen parámetros Marshall de las mezclas con incorporación de caucho.

Patrón

% Asfalto 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9% Caucho 0 0.5 1 0.5 1 0.5 1Dmm [Kg./m³] 2510.2 2518.1 2501.1 2507.0 2510.2 2510.3 2485.8Densidad [Kg./m³] 2424.1 2378.4 2361.9 2378.4 2338.9 2383.6 2357.1Estabilidad 12276.5 14264.7 13398.2 16076.4 14536.5 17995.8 14424.0Fluidez [0.25 mm] 18 17.9 19.3 13 22 22.3 17.2Va [%] 4.01 5.55 5.57 5.13 6.82 5.05 5.18Vam [%] 13.9 15.5 16.1 15.5 16.9 15.3 16.3

Granulometría 2

Granulometría Fina Granulometría Media Granulometría Gruesa

Granulometría 1Granulometría 3

Densidad

2424

2378

2362

2378

2339

2384

2357

2280

2300

2320

2340

2360

2380

2400

2420

2440


Den

sida

d [ K

g./m

3 ]

Vacíos

4.0

5.5 5.6

5.1

6.8

5.0 5.2

0

1

2

3

4

5

6

7

8


Vac

íos

[ % ]

Vacíos en el Agregado Mineral

14

1516

15

17

15

16

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18


Vac

ios

Agr

egad

o M

iner

al [

% ]

Fluidez

4.6 4.5

4.8

3.2

5.5 5.6

4.3

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0


Flu

idez

[ m

m. ]

Densidad Máxima de la Mezcla

2510

2518

2501

2507

2510 2510

2486

2460

2470

2480

2490

2500

2510

2520

2530


DM

M [

Kg.

/m3

]

103

ANEXO B

Resultados del Ensaye Inmersión-Compresión.

104

Tabla B.1. Resultados probetas confeccionadas con granulometría fina y 0.5% de caucho. TEMP 150 ºC

PRIMER GRUPO HORNO ( 24 hrs.a 25ºC - 2 hrs.a 25º en agua)Nº Altura [mm] Diámetro [mm] carga [N] Área [mm^2] Resistencia [Mpa] Promedio1 9.87 9.86 9.87 9.93 98.8 101.6 35678 8107.32 4.40 4.282 9.85 9.91 9.96 9.92 99.1 101.6 34994 8107.32 4.323 9.99 10.02 9.95 9.99 99.9 101.6 33535 8107.32 4.14

SEGUNDO GRUPO AGUA ( 24 hrs.a 60ºC en agua - 2 hrs.a Temperatura ambiente - 2 hrs. a 25º en agua)Nº Altura [mm] Diámetro [mm] carga [N] Área [mm^2] Resistencia [Mpa] Promedio4 9.84 9.87 9.95 9.95 99.0 101.6 28775 8107.32 3.55 3.415 9.87 9.84 9.94 9.90 98.9 101.6 27546 8107.32 3.406 9.99 9.89 9.96 9.87 99.3 101.6 26581 8107.32 3.28

RESUMENResistencia Mpa Primer Grupo (R1) 4.28Resistencia Mpa Segundo Grupo (R2) 3.41Diferencia Porcentual 79.6% NO CUMPLEExigencia min. 80%

TEMP 160 ºC




TEMP 170 ºC



RESUMENResistencia Mpa Primer Grupo (R1) 6.12Resistencia Mpa Segundo Grupo (R2) 5.90Diferencia Porcentual 96.3% OKExigencia min. 80%

Altura cm.

Altura cm.

Altura cm.

Altura cm.

Altura cm.

Altura cm.

Valor en rojo no considerado, excede tolerancia.

105

Tabla B.2. Resultados probetas confeccionadas con granulometría media y 0.5% de

caucho. TEMP 150 ºC




TEMP 160 ºC




TEMP 170 ºC

PRIMER GRUPO HORNO ( 24 hrs.a 25ºC - 2 hrs.a 25º en agua)Nº Altura [mm] Diámetro [mm] carga [N] Área [mm^2] Resistencia [Mpa] Promedio1 9.88 9.94 9.92 9.85 99.0 101.6 47900 8107.32 5.91 5.832 9.97 9.97 9.96 9.97 99.7 101.6 45900 8107.32 5.663 9.94 9.80 9..925 9.99 99.1 101.6 47900 8107.32 5.91



Altura cm.

Altura cm.

Altura cm.

Altura cm.

Altura cm.

Altura cm.

Valor en rojo no considerado, error en la velocidad de compresión de la prensa al realizar

el ensaye.

106

Tabla B.3. Resultados probetas confeccionadas con granulometría gruesa y 0.5% de


PRIMER GRUPO HORNO ( 24 hrs.a 25ºC - 2 hrs.a 25º en agua)Nº Altura [mm] Diámetro [mm] carga [N] Area [mm^2] Resistencia [Mpa] Promedio1 9.96 10.00 9.99 10.02 99.9 101.6 25700 8107.32 3.17 3.542 10.05 10.06 10.07 10.06 100.6 101.6 29300 8107.32 3.613 10.12 10.03 9,97 10.00 100.5 101.6 31000 8107.32 3.82

SEGUNDO GRUPO AGUA ( 24 hrs.a 60ºC en agua - 2 hrs.a Temperatura ambiente - 2 hrs. a 25º en agua)Nº Altura [mm] Diámetro [mm] carga [N] Area [mm^2] Resistencia [Mpa] Promedio4 10.12 10.02 10.01 10.03 100.4 101.6 20826 8107.32 2.57 2.655 10.08 10.22 10.16 10.09 101.4 101.6 14758 8107.32 1.826 9.94 9.97 10.06 10.00 99.9 101.6 22162 8107.32 2.73


TEMP 160 ºC

PRIMER GRUPO HORNO ( 24 hrs.a 25ºC - 2 hrs.a 25º en agua)Nº Altura [mm] Diámetro [mm] carga [N] Area [mm^2] Resistencia [Mpa] Promedio1 9.88 9.95 9.91 9.86 99.0 101.6 39248 8107.32 4.84 4.772 9.86 9.99 9.92 9.89 99.2 101.6 37173 8107.32 4.593 9.93 9.93 9.88 9.90 99.1 101.6 39702 8107.32 4.90



TEMP 170 ºC

PRIMER GRUPO HORNO ( 24 hrs.a 25ºC - 2 hrs.a 25º en agua)Nº Altura [mm] Diámetro [mm] carga [N] Area [mm^2] Resistencia [Mpa] Promedio1 9.83 9.87 9.89 9.85 98.6 101.6 57000 8107.32 7.03 6.032 9.86 10.00 9.96 9.84 99.2 101.6 47900 8107.32 5.913 9.96 9.93 9.84 9.85 98.9 101.6 49900 8107.32 6.15



Altura cm

Altura cm

Altura cm

Altura cm

Altura cm

Altura cm

Valores en rojo no considerados, exceden tolerancia.

107

Tabla B.4. Resultados probetas confeccionadas con granulometría fina y 1.0% de caucho. TEMP 170 ºC

PRIMER GRUPO HORNO ( 24 hrs.a 25ºC - 2 hrs.a 25º en agua)Nº Altura [mm] Diámetro [mm] carga [N] Area [mm^2] Resistencia [Mpa] Promedio1 98.4 98.2 97.9 97.8 98.1 101.6 44900 8107.32 5.54 5.652 98.2 98.2 98.1 99.1 98.4 101.6 46700 8107.32 5.76

SEGUNDO GRUPO AGUA ( 24 hrs.a 60ºC en agua - 2 hrs.a Temperatura ambiente - 2 hrs. a 25º en agua)Nº Altura [mm] Diámetro [mm] carga [N] Area [mm^2] Resistencia [Mpa] Promedio3 98.6 98.4 98.4 98.6 98.5 101.6 44400 8107.32 5.48 5.384 98.1 98.2 97.6 97.5 97.9 101.6 42800 8107.32 5.28


Altura [mm]

Altura [mm]

Tabla B.5. Resultados probetas confeccionadas con granulometría media y 1.0% de





Altura [mm]

Altura [mm]

108

Tabla B.6. Resultados probetas confeccionadas con granulometría gruesa y 1.0% de





Altura [mm]

Altura [mm]

109

ANEXO C

Resultados del Ensaye de Compresión Diametral.

110

Tabla C.1. Resultados resistencia a Compresión diametral. TEMP 170 ºC ERROR 10%CAUCHO 0.50%

Nº Granul. Altura [mm] Diámetro [mm] carga [N] Resistencia [Mpa] Promedio1 F 61.5 61.5 61.5 61.4 61.5 101.6 12379 1.262 F 61.1 61.0 61.0 61.1 61.1 101.6 14596 1.503 F 61.0 60.8 60.3 60.5 60.7 101.6 15367 1.594 M 60.6 60.8 60.7 60.7 60.7 101.6 13167 1.365 M 60.9 60.9 60.8 60.8 60.9 101.6 13833 1.426 M 60.3 60.7 60.7 60.4 60.5 101.6 14815 1.537 G 60.5 60.0 60.3 60.6 60.4 101.6 13646 1.428 G 60.9 60.9 61.0 61.1 61.0 101.6 15659 1.619 G 62.4 62.3 62.4 62.5 62.4 101.6 10336 1.04

CAUCHO 1.0%

Nº Granul. Altura [mm] Diámetro [mm] carga [N] Resistencia [Mpa] Promedio10 F 61.1 61.4 61.5 61.4 61.4 101.6 12429 1.2711 F 61.2 61.4 61.6 61.3 61.4 101.6 11891 1.2112 F 62.4 62.4 62.2 62.3 62.3 101.6 11116 1.1213 M 61.6 61.9 62.0 62.0 61.9 101.6 11107 1.1214 M 63.6 63.5 63.3 63.4 63.5 101.6 11171 1.1015 M 62.7 62.5 62.4 62.4 62.5 101.6 11466 1.1516 G 62.8 62.7 62.7 62.8 62.8 101.6 10932 1.0917 G 62.9 63.0 63.1 63.2 63.1 101.6 12403 1.2318 G 62.5 62.4 62.0 62.0 62.2 101.6 12005 1.21

PATRÓN

Nº Granul. Altura [mm] Diámetro [mm] carga [N] Resistencia [Mpa] Promedio19 S/C 61.0 60.8 60.7 61.0 60.9 101.6 9165 0.9420 S/C 60.6 61.0 61.1 61.1 61.0 101.6 9361 0.9621 S/C 59.3 59.3 50.1 59.1 57.0 101.6 9908 1.09

1.13

1.18

1.00

1.54

1.44

1.35

1.20

Altura [mm]

Altura [mm]

Altura [mm]

Valor en rojo no fue considerado, excede tolerancia.

111

ANEXO D

Resultados de Módulos resilientes de la mezcla.

112

Tabla D.1. Resultados Módulo resiliente a 10 °C.

TEMP 170 ºCCAUCHO 0.5%

Nº Granul. Altura [mm] Diámetro [mm] Diam. 1 Diam. 2PromedioPromedio Fv1 [KN] Fv2 [KN] Promedio26 F 61.1 61.1 61.7 61.5 61.4 101.6 8425 10009 4.12 4.9027 F 60.1 60.2 60.8 60.2 60.3 101.6 9477 10199 4.52 4.9328 F 60.4 61.0 60.7 60.4 60.6 101.6 9270 10661 4.55 4.9729 M 61.3 60.1 60.1 60.9 60.6 101.6 8316 11859 4.10 5.7430 M 61.4 61.0 60.7 60.4 60.9 101.6 8932 12693 4.39 6.2031 M 61.4 61.3 61.3 61.2 61.3 101.6 8602 12399 4.16 6.0232 G 60.9 61.2 60.9 61.0 61.0 101.6 9864 9980 4.70 4.8533 G 60.1 60.7 60.4 60.8 60.5 101.6 10364 10598 5.05 5.1034 G 61.0 61.0 61.2 61.3 61.1 101.6 9604 11798 4.63 5.717 S/C 59.4 59.2 59.2 59.3 59.3 101.6 7835 7662 3.30 3.88

35 S/C 59.5 59.5 59.5 59.7 59.6 101.6 8224 7507 4.29 3.5636 S/C 59.2 59.4 59.6 59.6 59.5 101.6 8001 7482 3.82 3.59

7785

10467

10368

Módulo Resiliente Método CEN 12697-26 ( 10°C )

MóduloAltura [mm]

9674 4.7

5.1

5.0

3.7



Nº Granul. Altura [mm] Diámetro [mm] Diam. 1 Diam. 2 Promedio Fv [KN] Fv [KN] Promedio8 F 62.1 62.1 62.5 62.0 62.2 101.6 4995 4834 2.46 2.399 F 61.4 61.7 61.5 61.5 61.5 101.6 5240 5476 2.82 2.76

10 F 61.9 62.2 62.1 62.3 62.1 101.6 5181 5283 2.57 2.6211 M 62.7 62.7 62.5 62.3 62.6 101.6 5177 4514 2.63 2.2612 M 62.0 62.0 61.5 61.4 61.7 101.6 5273 5280 2.61 2.6513 M 60.8 60.9 61.0 60.6 60.8 101.6 5648 5524 2.72 2.6414 G 62.0 62.3 62.0 61.7 62.0 101.6 5475 5261 2.73 2.6015 G 62.0 62.3 62.7 62.4 62.4 101.6 5460 5670 2.73 2.8016 G 62.3 61.5 61.6 61.2 61.7 101.6 5476 5337 2.65 2.601 S/C 59.7 59.7 59.5 59.5 59.6 101.6 2626 2646 1.27 1.282 S/C 59.6 59.4 59.3 59.4 59.4 101.6 2668 2606 1.29 1.283 S/C 59.7 60.0 59.9 59.7 59.8 101.6 2586 2634 1.25 1.27


Módulo

2628

Altura [mm]

5168

5236

5447

2.6

2.6

2.7

1.3



Nº Granul. Altura [mm] Diámetro [mm] Diam. 1 Diam. 2 Promedio Fv1 [KN] Fv2 [KN] Promedio17 F 61.3 61.3 61.1 61.0 61.2 101.6 1706 1276 2.46 2.3918 F 61.2 60.9 61.5 61.5 61.3 101.6 1263 1141 2.82 2.7619 F 60.0 60.0 60.0 60.0 60.0 101.6 1409 1413 2.57 2.6220 M 61.4 61.7 61.6 61.5 61.6 101.6 1297 1354 2.63 2.2621 M 61.4 61.3 61.3 61.6 61.4 101.6 1262 1199 2.61 2.6522 M 60.8 60.9 60.4 60.3 60.6 101.6 1384 1447 2.72 2.6423 G 60.7 60.8 61.1 61.2 61.0 101.6 1239 1423 2.73 2.6024 G 61.0 61.0 61.1 61.0 61.0 101.6 1339 1333 2.73 2.8025 G 61.2 61.2 60.9 60.0 60.8 101.6 1245 1245 2.65 2.604 S/C 59.5 59.4 59.6 59.5 59.5 101.6 520 520 1.27 1.285 S/C 59.1 59.0 59.1 59.2 59.1 101.6 542 460 1.29 1.286 S/C 59.4 59.5 59.7 59.3 59.5 101.6 563 583 1.25 1.27


Altura [mm]

1.3

Módulo

2.6

2.6

2.7

1368.0

1323.8

1304.0

531.3

113

ANEXO E

Resultados del Ensaye de Ahuellamiento y cálculo d e la velocidad de deformación.

114

Tabla E.1. Resultados ensaye de Ahuellamiento.

Ahuellamiento ( 60°C )


ProbetaNº Granul. 0 1 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120

4 Fina 0.00 2.70 2.80 2.85 2.97 3.01 3.03 3.06 3.09 3.10 3.11 3.14 3.16 3.19 3.22 3.23 3.250.00 0.03 0.10 0.15 0.27 0.31 0.33 0.36 0.39 0.40 0.41 0.44 0.46 0.49 0.52 0.53 0.55

5 Fina 0.00 0.60 0.70 0.75 0.84 0.88 0.90 0.91 0.92 0.95 1.00 1.05 1.10 1.13 1.16 1.20 1.220.00 0.03 0.10 0.15 0.24 0.28 0.30 0.31 0.32 0.35 0.40 0.45 0.50 0.53 0.56 0.60 0.62

6 Fina 0.00 0.99 1.07 1.14 1.37 1.43 1.50 1.54 1.58 1.60 1.64 1.65 1.66 1.71 1.73 1.76 1.790.00 0.03 0.08 0.15 0.38 0.44 0.51 0.55 0.59 0.61 0.65 0.66 0.67 0.72 0.74 0.77 0.800.00 0.03 0.09 0.15 0.30 0.34 0.38 0.41 0.43 0.45 0.49 0.52 0.54 0.58 0.61 0.63 0.66

7 Media 0.00 0.40 0.53 0.72 0.86 0.87 0.96 0.99 1.04 1.06 1.10 1.11 1.15 1.19 1.23 1.25 1.270.00 0.04 0.13 0.32 0.46 0.47 0.56 0.59 0.64 0.66 0.70 0.71 0.75 0.79 0.83 0.85 0.87

8 Media 0.00 0.82 0.97 1.00 1.24 1.40 1.46 1.50 1.53 1.55 1.56 1.57 1.61 1.64 1.68 1.70 1.720.00 0.05 0.15 0.18 0.42 0.58 0.64 0.68 0.71 0.73 0.74 0.75 0.79 0.82 0.86 0.88 0.90

9 Media 0.00 0.59 0.72 0.80 0.91 0.97 1.04 1.05 1.09 1.12 1.16 1.19 1.25 1.29 1.33 1.35 1.380.00 0.04 0.13 0.21 0.32 0.38 0.45 0.46 0.50 0.53 0.57 0.60 0.66 0.70 0.74 0.76 0.790.00 0.05 0.14 0.24 0.40 0.48 0.55 0.58 0.62 0.64 0.67 0.69 0.73 0.77 0.81 0.83 0.85

10 Gruesa 0.00 1.48 1.65 1.74 1.88 2.01 2.08 2.17 2.22 2.30 2.36 2.40 2.49 2.75 2.89 3.01 3.150.00 0.06 0.17 0.26 0.40 0.53 0.60 0.69 0.74 0.82 0.88 0.92 1.01 1.27 1.41 1.53 1.67

11 Gruesa 0.00 0.66 0.79 0.86 0.96 1.02 1.07 1.13 1.18 1.23 1.28 1.30 1.40 1.48 1.57 1.65 1.740.00 0.04 0.13 0.20 0.30 0.36 0.41 0.47 0.52 0.57 0.62 0.64 0.74 0.82 0.91 0.99 1.08

12 Gruesa 0.00 1.08 1.28 1.34 1.48 1.53 1.58 1.62 1.65 1.68 1.70 1.72 1.78 1.82 1.87 1.90 1.920.00 0.07 0.20 0.26 0.40 0.45 0.50 0.54 0.57 0.60 0.62 0.64 0.70 0.74 0.79 0.82 0.840.00 0.06 0.17 0.24 0.37 0.45 0.50 0.57 0.61 0.66 0.71 0.73 0.82 0.94 1.04 1.11 1.20

PatrónNº Granul. 0 1 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 60 75 90 105 120

1 Patrón 0.00 -0.25 0.04 0.18 0.26 0.28 0.32 0.39 0.41 0.45 0.50 0.55 0.65 0.80 0.91 1.06 1.180.00 0.10 0.29 0.43 0.51 0.53 0.57 0.64 0.66 0.70 0.75 0.80 0.90 1.05 1.16 1.31 1.43

2 Patrón 0.00 1.29 1.55 1.65 1.88 2.09 2.25 2.40 2.49 2.57 2.64 2.75 2.96 3.24 3.41 3.72 4.020.00 0.09 0.26 0.36 0.59 0.80 0.96 1.11 1.20 1.28 1.35 1.46 1.67 1.95 2.12 2.43 2.73

3 Patrón 0.00 1.35 1.46 1.55 1.73 1.90 1.95 2.03 2.09 2.15 2.22 2.30 2.51 2.73 2.93 3.13 3.330.00 0.04 0.11 0.20 0.38 0.55 0.60 0.68 0.74 0.80 0.87 0.95 1.16 1.38 1.58 1.78 1.980.00 0.07 0.22 0.33 0.49 0.63 0.71 0.81 0.87 0.93 0.99 1.07 1.24 1.46 1.62 1.84 2.05

Tiempo [ min ]

Tiempo [ min ]

Tabla E.2. Cálculo de la velocidad de deformación.

Probeta Def 30-45 Vel. def. 30-45 Def 75-90 Vel. def. 75-90 Def 105-120 Vel. def. 105-120Nº Granul. 10^-3 mm/min 10^-3 mm/min 10^-3 mm/min

4 Fina 0.05 3.33 0.03 2.00 0.02 1.33

5 Fina 0.13 8.67 0.03 2.00 0.02 1.33

6 Fina 0.07 4.67 0.02 1.33 0.03 2.00

0.083 5.556 0.027 1.778 0.023 1.556

7 Media 0.07 4.67 0.04 2.67 0.02 1.33

8 Media 0.04 2.67 0.04 2.67 0.02 1.33

9 Media 0.10 6.67 0.04 2.67 0.03 2.00

0.070 4.667 0.040 2.667 0.023 1.556

10 Gruesa 0.18 12.00 0.14 9.33 0.14 9.33

11 Gruesa 0.12 8.00 0.09 6.00 0.09 6.00

12 Gruesa 0.07 4.67 0.05 3.33 0.02 1.33

0.123 8.222 0.093 6.222 0.083 5.556

PatrónNº Granul.

1 Patrón 0.14 9.33 0.11 7.33 0.12 8.00

2 Patrón 0.26 17.33 0.17 11.33 0.30 20.00

3 Patrón 0.21 14.00 0.20 13.33 0.20 13.33

0.203 13.556 0.160 10.667 0.207 13.778

115

ANEXO F

Resultados del Ensaye de Fatiga.

116

Tabla F.1. Resultados ensaye de Fatiga.

Fatiga método CEN 12697-24


Nº Granul. Altura [mm] Diámetro [mm] Carga [KPa] N Promedio8 F 62.1 62.1 62.5 62.0 62.2 101.6 57069 F 61.4 61.7 61.5 61.5 61.5 101.6 5868

10 F 61.9 62.2 62.1 62.3 62.1 101.6 452411 M 62.7 62.7 62.5 62.3 62.6 101.6 473612 M 62.0 62.0 61.5 61.4 61.7 101.6 262013 M 60.8 60.9 61.0 60.6 60.8 101.6 260114 G 62.0 62.3 62.0 61.7 62.0 101.6 222215 G 62.0 62.3 62.7 62.4 62.4 101.6 251416 G 62.3 61.5 61.6 61.2 61.7 101.6 205717 F 61.3 61.3 61.1 61.0 61.2 101.6 121218 F 61.2 60.9 61.5 61.5 61.3 101.6 146819 F 60.0 60.0 60.0 60.0 60.0 101.6 285920 M 61.4 61.7 61.6 61.5 61.6 101.6 222321 M 61.4 61.3 61.3 61.6 61.4 101.6 230822 M 60.8 60.9 60.4 60.3 60.6 101.6 161223 G 60.7 60.8 61.1 61.2 61.0 101.6 233024 G 61.0 61.0 61.1 61.0 61.0 101.6 294625 G 61.2 61.2 60.9 60.0 60.8 101.6 120226 F 61.1 61.1 61.7 61.5 61.4 101.6 175327 F 60.1 60.2 60.8 60.2 60.3 101.6 442328 F 60.4 61.0 60.7 60.4 60.6 101.6 213929 M 61.3 60.1 60.1 60.9 60.6 101.6 117630 M 61.4 61.0 60.7 60.4 60.9 101.6 83531 M 61.4 61.3 61.3 61.2 61.3 101.6 189332 G 60.9 61.2 60.9 61.0 61.0 101.6 115033 G 60.1 60.7 60.4 60.8 60.5 101.6 301634 G 61.0 61.0 61.2 61.3 61.1 101.6 1472

PATRÓN

Nº Granul. Altura [mm] Diámetro [mm] Carga [KPa] N Promedio1 Patrón 59.7 59.7 59.5 59.5 59.6 101.6 37652 Patrón 59.6 59.4 59.3 59.4 59.4 101.6 39413 Patrón 59.7 60.0 59.9 59.7 59.8 101.6 44374 Patrón 59.5 59.4 59.6 59.5 59.5 101.6 25145 Patrón 59.1 59.0 59.1 59.2 59.1 101.6 25526 Patrón 59.4 59.5 59.7 59.3 59.5 101.6 15397 Patrón 59.4 59.2 59.2 59.3 59.3 101.6 200 11545 11 545

35 Patrón 59.5 59.5 59.5 59.7 59.6 101.6 527136 Patrón 59.2 59.4 59.6 59.6 59.5 101.6 6117

1 311

400

400

400

450

450

450

480

480

480

2 048

2 159

1 946

1 301

250

300

Altura [mm.]

Altura [mm.]

230 5 694

4 048

2 202

5 366

2 611

2 264

2 859

Valores en rojo no fueron considerados, por encontrarse fuera de rango o probeta

descentrada durante el ensaye.

Documents

UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y … · 2008. 8. 4. · resumen de la memoria para optar al titulo de ingeniero civil por: raul segovia airaudo. fecha: 18/12/2007