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Manual reciclaje carpetas
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1. Introduccin.
1.INTRODUCCIN.
Los sistemas de transportes de un pas pueden influir significativamente en el desarrollo y crecimiento anual de la economa, ya que la eficiencia de operacin de ellos puede abatir considerablemente los gastos que personas y mercancas tienen por concepto de transportarse de un sitio a otro. Hay pases que han desarrollado ms un modo de transporte que otro en trminos de la infraestructura, en Mxico las carreteras constituyen uno de los modos de transportes del cual depende ms el desarrollo y crecimiento econmico del pas. Contar con un buen sistema carretero en el pas permitir que la competitividad sea mayor.
Como es conocido debido al uso de la infraestructura de un modo de transporte, stas sufren desgastes o deterioro gradual e inevitable, que tarde o temprano acabar con su vida til. Esto lleva a mantenimientos preventivos o peridico para conservarlas en buenas condiciones y alargar su periodo de vida, obtenindose menores costos de operacin, menores impactos negativos en el medio ambiente y mayor rendimiento a la inversin que se hace en estos rubros.
Debido a la nueva tendencia o rumbo que est tomando la sociedad con respecto a la problemtica ambiental y como respuesta a la elevada inversin que implica el mantenimiento y reconstruccin del sistema carretero, cada da va cobrando mayor importancia el empleo de nuevos materiales en las tcnicas de mantenimiento y reconstruccin de la estructura de los caminos. El concepto de usar materiales procedentes de los pavimentos envejecidos o fuertemente daados en la construccin, mantenimiento o reconstruccin de vialidades en el mundo ya tiene muchos aos como prctica comn. En el mbito caminero se han popularizado el trmino RAP (Reclaimed Asphalt Pavement), por sus siglas en ingls), que consiste en recuperar material de vialidades y volverlo a usar en vialidades.
El reciclaje en de carpetas asflticas es una prctica que poco a poco ha venido tomando fuerza en diferentes partes del mundo. En Mxico este proceso se est llevando a cabo a muy baja escala y sin ningn control de calidad del asfalto, obtenindose carpetas recicladas con mal comportamiento, deteriorndose nuevamente en un perodo de tiempo relativamente corto.
El empleo del RAP en los procesos de construccin, mantenimiento o reconstruccin de pavimentos aporta fuertes beneficios ambientales y econmicos a un pas, ya que evitamos extraer el volumen de material ptreo virgen de cerros o ros afectando negativamente al entorno donde se encuentra. Adicionalmente, el costo de los productos finales debe ser menor al emplearse en su manufactura materiales que ya tuvieron un primer uso y su adquisicin tiene un costo menor. Es importante mencionar que al fresarse o demolerse una capa de un pavimento de concreto asfltico o de un concreto hidrulico se presenta la dificultad de encontrar un sitio en el cual verter el producto. Los sitios para alojar estos materiales son escasos y los vertederos controlados se enfocan a recibir desperdicios slidos domiciliarios, orgnicos. Al no tener, en ocasiones y de manera furtiva se tiran en sitios no autorizados y sin control ocasionando un problema ambiental.
Concientes de la problemtica ambiental del planeta y de nuestra comunidad inmediata, se est llevando a cabo un proyecto de investigacin para evaluar el reuso de materiales procedentes del fresado o demolicin de capas asflticas de pavimentos flexibles para emplearlos en la construccin, mantenimiento o reconstruccin de capas de pavimentos flexibles en caminos. Este proyecto de investigacin se est llevando a cabo en tres etapas donde, la primera esta cien por ciento terminada, la segunda lleva un avance del 60% y la tercera un avance del 50%. Las etapas se listan a continuacin:
Etapa 1:Evaluacin del cemento asfltico recuperado de una mezcla asfltica para su caracterizacin en el RAP.
Etapa 2:Diseo de mezclas asflticas empleando mezclas recicladas, RAP, en Monterrey.
Etapa 3:Un nuevo sistema para fabricacin de mezclas asflticas con alto contenido de RAP.
A continuacin se describen de forma breve cada uno de las tres etapas del proyecto de investigacin.
1.1Etapa 1:Evaluacin del cemento asfltico recuperado de una mezcla asfltica para su caracterizacin en el RAP.
El objetivo de esta primera etapa consiste en estudiar el nivel de envejecimiento que un cemento asfltico tiene en una mezcla asfltica con muchos aos de servicio y con ello poder determinar que tratamiento es posible aplicar para devolver sus caractersticas originales, se arm un sistema de separacin del cemento asfltico de la solucin cemento asfltico-solvente, que es una versin modificada al descrito en la norma ASTM D1856-95 (Standard Test Method for Recovery of Asphalt from Solution by Abson Method).
Conociendo los valores de la Penetracin, del Reblandecimiento Anillo y Bola, de la Viscosidad Rotacional Brookfield a 135C y 165C y de la Recuperacin Elstica por Torsin, en los cementos asflticos originales tipo AC-20, STY-8222, STY-7622, DUPONT y SEALOFLEX, y en muestras de dos cementos asflticos AC-20 envejecidos durante 8 y 24 horas en un horno a 165C con circulacin de aire, posteriormente se evaluaron estas caractersticas en seis muestras de cada uno de ellos, obtenidas de una solucin cemento asfltico-solvente elaborada previamente con cada tipo de cemento asfltico y tricloroetileno.
Comparando los resultados del cemento asfltico inicial y del cemento asfltico producto del sistema de separacin, se pretende asegurar que ambos tienen propiedades estadsticamente similares, y como consecuencia el sistema de separacin, Mtodo Modificado de Abson, MMA, es confiable para evaluar un cemento asfltico extrado de una mezcla asfltica cualquiera.
El contar con este tipo de sistema en los procesos de diseo de mezclas asflticas con contenidos considerables de RAP (Reclaimed Asphalt Pavement), es de vital importancia debido a que nos permite evaluar con certidumbre las caractersticas mecnica reolgicas de los cementos asflticos procedentes del RAP.
1.2Etapa 2: Diseo de mezclas asflticas empleando mezclas recicladas, RAP, en Monterrey.
Al no existir en el estado de Nuevo Len y en los estados vecinos de Tamaulipas, Coahuila y San Luis Potos ningn estudio cientfico formal que muestre una metodologa de diseo de mezclas asflticas con alto contenido de RAP, la segunda etapa de este proyecto de investigacin pretende definir una metodologa de diseo de mezclas asflticas con alto contenido de RAP.
Para lograr esto se siguieron metodologas tradicionales de diseo de mezclas asflticas con diferentes contenido de mezclas asflticas envejecidas tipo RAP, empleadas en Estados Unidos y Europa: Se muestreo material RAP de la carretera Monterrey Reynosa y se someti a un proceso de extraccin del cemento asfltico, obtenindose del mismo el contenido y tipo de cemento asfltico y la granulometra del material RAP.
Conocido el contenido y tipo de cemento asfltico en el RAP, se adicion el agregado ptreo necesario para ajustar la granulometra a una granulometra de diseo, y la cantidad de cemento asfltico necesaria para cumplir con un contenido ptimo en la mezcla asfltica. El cemento asfltico de aportacin fue tipo AC-20 y STY-76-22 (modificado con polmero).
Con ambos tipos de cementos asflticos, se adicion un rejuvenecedor convencional y un rejuvenecedor modificado con polmero en dotaciones de 0.5 y 1.0% en peso del agregado ptreo. Las aportaciones de los dos tipos de cementos asflticos y de las dotaciones de rejuvenecedores fueron hechas en mezclas con agregados ptreos 100% nuevos y en mezclas con agregados ptreos con el 30 y 40% de RAP.
Las mezclas asflticas fabricadas con las diferentes dosificaciones fueron ensayadas y de ellas se evalu: la estabilidad y flujo Marshall, la Tensin Indirecta en seco y hmedo, as como la relacin entre ambas, TSR. Tambin se evalu el comportamiento a la deformacin plstica permanente ensayada en mquina de pista con especificaciones espaolas.
Los resultados obtenidos marcan la influencia del contenido de RAP, de la presencia de un cemento asfltico convencional y modificado, as como el tipo de rejuvenecedor empleado en las dos dotaciones consideradas.
1.3Etapa 3: Un nuevo sistema para fabricacin de mezclas asflticas con alto contenido de RAP.
En esta tercera se persigue la idea de disear equipos para fabricacin de mezclas asflticas en caliente capaces de trabajar con un consumo mucho menor de energa. Se presentan los avances de un nuevo sistema de planta dosificadora de mezclas asflticas en caliente con altos contenido de RAP. Esta parte de proyecto llega a cerrar el crculo tcnico y se pretende con todo el aportar una metodologa de estudio de materiales, de diseo de mezclas y de tecnologa para la fabricacin de la mezcla asfltica con diferentes contenidos de RAP.
2.ANTECEDENTES.
Como se puede observar en las citas bibliogrficas mencionadas la relevancia que el tema de reciclado de mezclas asflticas tiene en los Estados Unidos y Europa es muy grande. La experiencia acumulada en el diseo, construccin y conservacin de pavimentos flexibles empleando RAP en estos dos pases tambin es muy grande, y desde los inicios gira en torno a la conciencia existente de conservar los recursos naturales y el medio ambiente. A continuacin se mencionan de manera cronolgica
2.1Etapa 1:Evaluacin del cemento asfltico recuperado de una mezcla asfltica para su caracterizacin en el RAP.
Para conocer las propiedades del RAP es necesario conocer las propiedades de las partes que componen al material, las cuales son la granulometra del material ptreo y la cantidad y tipo de cemento asfltico envejecido.
Extraer el cemento asfltico del RAP es posible realizarlo por diferentes mtodos muy conocidos, y la mayora o casi todos emplean solventes para limpiar la mezcla asfltica envejecida quedando la solucin de solvente ms cemento asfltico. Cuando se va a emplear entre un 10 y 20% de RAP en la mezcla asfltica, no es necesario realizar estudios sobre el cemento asfltico ya que es tan pequea la porcin de cemento asflticos envejecido que no afecta a las propiedades del cemento asfltico nuevo.
Por el contrario, si se desea emplear una alta cantidad de material RAP en la mezcla asfltica, 30, 40, 60%, es importante proceder a la extraccin del cemento asfltico con la finalidad de conocer las propiedades del cemento asfltico en cuanto a su dureza, viscosidad, PG, etc. Estas cantidades aportan cemento asfltico envejecido en proporciones que hay que considerar en el diseo de la mezcla asfltica.
Los solventes que comnmente se emplean para separar el cemento asfltico del la mezcla RAP son varios, sin embargo hay que tener cuidados con el tema de contaminacin del ambiente y que puede perjudicar al ser humano. Se han usado solventes tipo xileno, tricloroetileno, n-Propyl Bromide (nPB), etc, [1], este ltimo designado para ser usado en los mtodos de ensayos que permiten extraer el cemento asfltico de una mezcla asfltica envejecida, como son:
AASHTO TP2-94 Standard Test Method for the Quantitative Extraction and Recovery of Asphalt Binder from Hot Mix Asphalt (HMA)
ASTM D2172-05 Standard Test Methods for Quantitative Extraction of Bitumen From Bituminous Paving Mixtures
En el mtodo de ensayo ASTM D2172-05 Standard Test Methods for Quantitative Extraction of Bitumen From Bituminous Paving Mixtures, se tienen dos mtodos de extraccin muy conocidos en el mbito mexicano como son el extractor centrfugo (Test Method A), y el reflux (Test Method B). Sin embargo esta misma norma ASTM considera tres mtodos adicionales denominado C, D y E. [2].
En este trabajo de investigacin se emple el mtodo de Reflux (Test Method B) de la norma citada en el inciso anterior, obtenindose resultados muy satisfactorios. De este proceso se obtuvo la mezcla solvente ms cemento asfltico, de la cual se recuper el cemento asfltico envejecido por el mtodo de separacin ASTM D1856-95a(2003) Standard Test Method for Recovery of Asphalt From Solution by Abson Method, [3], modificado.
Adicional a este mtodo existe un mtodo muy empleado en los laboratorios de Estados Unidos y Europa, normalizado por ASTM D5404-03 y nombrado como Standard Practice for Recovery of Asphalt from Solution Using the Rotary Evaporator. [4].
2.2Etapa 2: Diseo de mezclas asflticas empleando mezclas recicladas, RAP.
En pases europeos as como en los Estados Unidos, el empleo de mezclas asflticas con diferentes contenidos de RAP es de uso muy frecuente, y cada da esta frecuencia se eleva. Esto ha hecho que se hayan desarrollado metodologas que implican obtencin de material RAP, estudio de material RAP, diseo de mezclas con contenidos de RAP, procedimientos de construccin, etc.
En Mxico son insipientes y con resultados no muy confiables los trabajos realizados en tramos carreteros tanto urbanos como rurales. Los pocos trabajos realizados han presentado una carencia total de metodologas para realizar los trabajos antes mencionados y los resultados de stos no han sido lo ms rentable.
En el escrito tcnico publicado entre pases de Europa y Estados Unidos titulado Recycled Materials in European Highway Environments: Uses, Technologies, and Policies se presenta una revisin a vuelo de pjaro de los documentos de polticas innovativas, programas y tcnicas que promueven el reciclajes de materiales en el ambiente carretero. Una delegacin de Estados Unidos se reunieron con ms de 100 representantes de ministerios de transportes y medioambiente, organizaciones de investigacin e industrias de pases de Suecia, Dinamarca, Alemania, Holanda y Francia. Esto se llev a cabo en el ao 2000. De este escrito se mencionan algunas importantes anotaciones de estos pases participantes. [5].
En Suecia, de acuerdo a la informacin proporcionada por el Instituto Nacional Sueco de Investigacin de Transportes y Carreteras, as como del Instituto Geotcnico Sueco, en las carreteras se ha empleado productos de desperdicios de procesos industriales como: escoria de produccin de acero, escoria de cobre y cenizas del carbn mineral, entre otros. Estos usos se dan desde 1994 en Suecia y en 1999, de las 0.8 millones de toneladas mtricas de pavimento asflticos envejecido, un total de 0.78 toneladas mtricas fueron empleadas en nuevos pavimentos construidos en fro y en caliente.
Dentro del marco legal de Dinamarca, el Plan de Accin Gubernamental para Desechos y Reciclaje 1993-1997 establecieron las medidas para la administracin de desperdicios y para el ao 2000, de todo el desecho anual, el 54% era reciclado, el 25% incinerado y el 21% colocado en rellenos sanitarios controlados. Del material reciclado una gran parte se emple en la construccin de carreteras, a pesar de que su procedencia no fuera del sector carretero.
La Ley de Prevencin y Depsitos de Desechos Alemana es la base de la regulacin de la administracin de desechos. De acuerdo al Ministerio de de Transporte Federal Alemn, de la produccin del ao 2000 de materiales de desecho tipo escorias, minas de carbn, de plantas de produccin de energa y materiales de la construccin, suman un total de 160.0 millones de toneladas mtricas. De ellas un total de 57.0 millones de toneladas son empleadas en la construccin y conservacin de carreteras, lo que representa un 35.0%.
En Holanda se estableci en el ao 1989 el Plan Nacional Ambiental, y la administracin de los desechos qued regulado en la Ordenanza de Prevencin y Reciclaje de Desechos. Dentro de la administracin de desechos, la parte de manejo de materiales de la industria de la construccin qued dentro de la Regulacin para Materiales de la Construccin. De las 7.7 millones de toneladas mtricas de mezclas asflticas recuperadas, el 100% son empleadas en la reconstruccin de carreteras, as como otro materiales provenientes o no del sector carretero.
En Francia, en 1992 una vieja ley relativa a los depsitos de desechos fue modificada para incluir los materiales recuperados. En el 2002, la ley prev que los depsitos de desechos solamente pueden ser usados para materiales de desechos que no sean tcnica y econmica viable su tratamiento para reciclarlos. En las carreteras francesas se emplean materiales reciclados tipo cenizas volantes, escorias de acera, escoria de alto horno, desechos de minas de carbn, demolicin de materiales, pavimentos envejecidos, etc.
La Federal Highway Administration de los Estados Unidos, en el ao 1998 public el documento titulado User Guidelines for Waste and By-Product Materials in Pavement Construcction (FHWA-RD-97-148). En este documento se lista un total de 19 de los cuales 6 de gran aplicacin para un total de 55 potenciales aplicaciones como materiales reciclados. Entre los materiales que se citaron en los incisos de los pases europeos, en Estados Unidos para el ao 2000 se tuvo una produccin de RAP de 41.0 millones de toneladas mtricas, de la cuales un total de 33.0 millones de toneladas mtricas fueron empleadas como agregados en mezclas asflticas en caliente y en fro.
Experiencias y datos histricos en estos pases se pueden seguir citando, ya que son innumerables los casos histricos de utilizacin de RAP en la construccin y conservacin de caminos en todo el mundo. Esta tendencia y evolucin mundial en el mbito de pavimentos flexibles hace reflexionar sobre la posicin en la que Mxico est llevando a cabo el uso de materiales, tanto aqullos que son extrados de fuentes naturales vrgenes, afectando la naturaleza, como otros que se extraen de pavimentos flexibles que ya cumplieron con su objetivo en el ciclo de vida del proyecto, los cuales carecen de depsitos de desperdicio controlado.
Por otro lado, se debe de mencionar dentro del aspecto de diseo de mezclas asflticas con diferentes contenidos de RAP que existen tambin diferentes metodologas de diseo de las cuales se puede echar mano. Existen los mtodos tradicionales como Marshall y Hveem para determinar el contenido ptimo de cemento asfltico y los criterios volumtricos de los cuales dependen propiedades o parmetros que ayudan a definir dicho contenido. La metodologa Superpave de SHRP, tambin nos permite emplear equipos para identificar el tipo de cemento asfltico y la dosificacin de la mezcla asfltica, y de igual forma evaluar propiedades volumtricas.
La metodologa de diseo de mezclas asflticas Superpave de SHRP hace una recomendacin en cuanto al porcentaje de RAP a emplearse la cual cuenta con tres niveles de RAP en funcin de grado PG que el cemento asfltico recuperado tiene. El primer nivel establece el mximo contenido de RAP que se puede usar sin cambiar el grado PG del cemento asfltico nuevo a emplear; el segundo nivel establece el contenido de RAP que se puede emplear cuando el grado PG se decrementa en un grado PG (son 6 C), en ambas altas y bajas temperaturas, el tercer nivel es para altos contenidos de RAP, donde es necesario extraer el cemento asfltico del RAP y construir una carta de mezclado. Los tres niveles son mostrados en la Tabla 2.1, a continuacin. [6].
Tabla 2.1 Seleccin del cemento asfltico para las mezclas asflticas con RAP. [6].
Porcentaje de RAP
PG de CA recuperado del RAP
Grado del Cemento Asfltico nuevo recomendado
PGxx-22
o menor
PGxx-16
PGxx-10
o mayor
No cambiar la seleccin del CA
< 20%
< 15%
< 10%
CA nuevo seleccionado un grado menor que el normal (Ejemplo:
Seleccionar un PG58-28 si el normal a usar es un PG64-22)
20 30%
15 25%
10 15%
Seguir las recomendaciones de la carta de mezclado
> 30%
> 25%
> 15%
El procedimiento de diseo de la mezcla asfltica con contenido de RAP y si se emplea el procedimiento Superpave, paso a paso es el siguiente:
Seleccin del material.
Seleccin de la estructura del agregado de diseo.
Seleccin del contenido de cemento asfltico de diseo.
Verificar las propiedades de comportamiento de la mezclas asfltica.
El uso que en este proyecto de investigacin se le est dando al material RAP est claramente definido, ser empleado en la fabricacin de una mezcla asfltica densa en caliente, conocida como HMA (Hot Mix Asphalt, por sus siglas en ingls). Sin embargo, el uso que es posible darle al material RAP en el mbito de la construccin en muy amplio, y para cada uno de ellos, hay que definir las propiedades de diseo que servirn para llevar un control de calidad y garantizar el xito en su uso. A continuacin se listan algunos de estos usos del material RAP:
Agregado para concreto asfltico y aportacin de cemento asfltico.
Mezcla asfltica en caliente, HMA. (Fabricada en planta dosificadora)
Mezcla asfltica en caliente, HMA. (Reciclada en el lugar)
Mezcla asfltica en fro (Fabricada en planta dosificadora)
Mezcla asfltica en fro (Reciclada en el lugar)
Agregado ptreo para base granular.
Agregado ptreo para bases estabilizada.
Terraplenes o rellenos.
2.3Etapa 3: Un nuevo sistema para fabricacin de mezclas asflticas con alto contenido de RAP.
Los equipos con los que se cuenta hoy en da para la fabricacin de mezclas asflticas en fro o caliente o para rehabilitacin de capas de pavimentos flexibles son muy variados. La investigacin para manufacturar nuevos equipos, con mejores rendimientos y con mayor tecnologa, sigue avanzando. En este proyecto se est investigando en la manufactura de una nueva planta para fabricar mezcla asfltica en caliente con alto contenido de RAP.
Para dar a conocer el estado del arte de los equipos y procedimientos de reciclaje de mezcla asfltica as como su reuso, a continuacin se muestran los equipos que proveen soluciones econmica y ambientalmente en el reciclaje de estos materiales. Como es de todos conocidos los procesos de reciclaje estn divididos en tcnicas en fro y en caliente, y estas tcnicas a su vez pueden an ser divididas por su aplicacin, en planta o in-situ. El seleccionar un proceso u otro depende entre otras variables de las siguientes:
La distancia del sitio a una planta de reciclaje.
La naturaleza, calidad y cantidad del RAP.
La cantidad y tipo de material contaminante en el RAP.
La duracin programada para la construccin.
La disponibilidad de rea para almacenar material RAP antes de reciclarlo.
Los requerimientos ingenieriles y de comportamiento del pavimento nuevo, etc.
A continuacin se muestran algunos procesos para la fabricacin de mezcla asfltica con RAP y con diferentes caractersticas. [7]. En la Figura 2.1 se muestra el procesos de plantas discontinuas (bachas) que puede ser en fro y en caliente. En fro puede reciclar entre un 10 y 40% de RAP. En el caso de caliente, el material RAP es calentado por medio del material virgen calentado en el tambor rotatorio.
Figura 2.1 Planta de mezclado discontinua de RAP en fro. [7].
En el caso de tener doble tambor rotatorio el RAP es directamente pesado, precalentado y secado y luego es transferido al otro tambor rotatorio para se mezclado con el agregado virgen caliente, como se puede apreciar en la figura 2.2. Los porcentaje tpicos de RAP en este proceso estan entre 30% y 80%.
Figura 2.2 Planta de mezclado discontinua de RAP en caliente. [7].
En la Figura 2.3 se observa un proceso en caliente donde la alimentacin y secado del RAP es mediante un anillo y el calentamiento toma lugar en un punto detrs de la flama, asegurndose con esto que el sobrecalentamiento del RAP no ocurre. En esta versin el material ptreo virgen y el material RAP son alimentados al mismo tambor rotatorio pero en dos fases diferentes. Este proceso es capaz de trabajar con un 35% de RAP mximo.
Figura 2.3 Planta de mezclado discontinua de RAP en caliente va anillo en tambor. [7].
Uno de los procesos que se han considerado de mayor eficiencia y exitoso es el conocido como doble tambor. En el tambor rotatorio se realizan varios pasos como son el calentamiento y secado del agregado y el mezclado de los agregados, cemento asfltico y rellenador (filler).
Bsicamente es posible hacer diferencia entre varios diseo de tambores para calentar el agregado antes de adherirle el cemento asfltico, estos son: flujo paralelo Figura 2.4, contra flujo, Figura 2.5 y doble tambor (barril), Figura 2.6.
Figura 2.4 Planta de mezclado continua de RAP en caliente con flujo paralelo. [7].
La diferencia principal de las plantas de contraflujo y del flujo paralelo, es que el flujo caliente de los gases y agregados ptreos ocurre en direccin opuesta. Tcnicamente el contraflujo provee una reduccin de la salida de gases y temperatura, mejorando el comportamiento debido al consumo de energa.
Figura 2.5 Planta de mezclado continua de RAP en caliente con contraflujo. [7].
Con el doble tambor, el RAP se alimenta y calienta con un flujo de gases calientes en el tambor exterior y en el tambor interior se sobre-calienta el agregado ptreo virgen. Una vez seco y caliente el material virgen pasa al tambor externos y se transporta en direccin opuesta para mezclarse con el RAP y el cemento asfltico. Por lo tanto, el mezclado final ocurre entre ambos tambores a travs de paletas mezcladoras montadas en la pared exterior del tambor interno.
Figura 2.6 Planta de mezclado continua de RAP en caliente con doble-tambor. [7].
Un proceso que se realiza in-situ son los equipos que reciclan la mezcla asfltica sin necesidad de transportar el material RAP a una planta de mezclas asflticas cercana. Entre lo nombres patentados en el mercado hay aquellos nombrados como Road-Train, Reshape, Repave y Remix.
Estos procesos in-situ puede ser aplicados en caliente, Figura 2.7 y en fro puede observarse en la Figura 2.8 y Figura 2.9.
Figura 2.7 Planta mvil para reciclaje de mezcla asfltica en caliente. [7].
Figura 2.8 Tren mvil de reciclaje de mezcla asfltica en fro. [7].
Figura 2.9 Tren mvil de reciclaje de mezcla asfltica en fro extendedora de carpeta. [7].
El cierre del ciclo de este proyecto de investigacin, como ya se mencion, es disear un nuevo equipo para fabricar mezclas asflticas en caliente con alto contenido de RAP como la mostrada en la Figura 2.10. Este equipo patentado por la empresa PETROTEKNO, S.A. de C.V. pretende secar el material RAP hasta elevarlo a una temperatura adecuada para su manejo, tendido y compactacin. Es un proceso muy sencillo que tomar material RAP y mejorar sus caractersticas mecnicas mediante la adicin de material ptreo virgen, que permita cumplir con una granulometra de diseo; la adicin de cemento asfltico para reponer le contenido faltante, y podr adicionar rejuvenecedores para mejorar la calidad del cemento asfltico envejecido.
Figura 2.10 Tren mvil de reciclaje de mezcla asfltica en caliente.
El tren mvil cuenta con tolvas para dosificar el material RAP y el material ptreo virgen, los cuales juntos pasan por un procesos de calentamiento, mezclado y adicin de cemento asfltico y/o rejuvenecedor. Una de la caractersticas funcionales de este equipo es que tiene un consumo de energa muy bajo para lograr las temperaturas adecuadas de la mezcla asfltica, adicionalmente, la emisin de humos negros y gases en la fabricacin de la mezcla asfltica es baja, pudindose emplear en zonas urbanas donde exista estricto control de emisiones de gases.
3.EVALUACIN DEL CEMENTO ASFLTICO RECUPERADO. PLAN DE TRABAJO.
Como se mencion en el inciso 1.1 de este informe tcnico, para estudiar el material RAP, es importante separar el material asfltico envejecido y el material ptreo, para conocer en qu proporciones estn presentes y estudiar las calidades de los mismos.
La separacin del cemento asfltico del material ptreo se realiz empleando la norma ASTM D2172-05 Mtodo B, obtenindose la mezcla de solvente y cemento asfltico. Posteriormente, con una versin modificada del mtodo de ensayo ASTM D1856-95a(2003) conocido como Mtodo Abson, se separ el solvente y el cemento asfltico, quedando el residuo al cual se le hicieron una serie de ensayos de manera repetitiva para caracterizarlo y evaluar estadsticamente que el mtodo tiene una buena confiabilidad. Los valores de las propiedades mecnicas y reolgicas originales de los cementos asflticos empleados eran conocidos.
Procedimientos del Mtodo Modificado de Abson, MMA.
El mtodo de ensayo emplea el siguiente equipo: una centrifugadora, equipo de destilacin, conexiones de vidrio, tanque de CO2, sistema de aireacin y una manta calentadora. El solvente utilizado es el tricloroetileno. Ver Foto 3.1.
Se somete la solucin de cemento asfltico y solvente a un centrifugado a alta velocidad por un tiempo mnimo de 30 minutos. Luego se inicia el calentamiento para lograr la evaporacin del solvente, condensarlo para precipitarlo terminando el proceso de destilacin. La evaporacin de solvente se logra entre 110 y 135C y se mantiene la temperatura de 135C para iniciar la adicin de CO2 a razn de 100 ml/min. Con el CO2 se forma una atmosfera inerte que evita la oxidacin del cemento asfltico por la ausencia de oxgeno, adicionalmente facilita la agitacin y evitar la formacin de espuma.
Una vez alcanzado los 160C se debe incrementar el flujo de CO2 a 900 ml/min y se aplica durante 10 minutos. No es recomendable exceder esta temperatura ya que el asfalto se puede daar. Si al trmino de los 10 minutos de adicionar CO2 a razn de 900 ml/min no ha cesado el goteo producto de la condensacin, se debe de seguir aplicando el gas hasta cinco minutos despus que el goteo haya finalizado.
3.1 Plan de trabajo.
Los cementos asflticos empleados en la fabricacin de las mezclas asflticas para determinar la confiabilidad del MMA fueron siete. Se trabaj con un cemento asfltico convencional tipo AC-20 y de l se obtuvieron dos muestras sometidas a un proceso de envejecimiento de 8 y 24 horas y se denominaron como AC(20)-8 y AC(20)-24, respectivamente.
Los cementos asflticos restantes fueron modificados desde su origen con diferentes polmeros y con diferentes tecnologas. Estos cementos asflticos fueron: STY-8222, STY-7622, Sealoflex y DuPont (Elvaloy).
Foto 3.1 Equipo mtodo de ensayo Abson modificado.
Para cada uno de los siete cementos asflticos originales se les determin los valores por duplicado de ciertas propiedades mecnicas, cuyos valores son mostrados en la Tabla 3.1 y son valores promedios de dos valores obtenidos de cada cemento asfltico.
Cada tipo de cemento asfltico fue empleado en la elaboracin de mezclas asflticas de las cuales posteriormente se extrajo el cemento asfltico y se obtuvo la solucin solvente ms cemento asfltico. Los ensayos de la Tabla 3.1 se aplicaron en seis ocasiones a cada uno de los cementos asfltico residuos de la solucin extrada.
De los seis valores obtenidos se calculo su valor medio, su desviacin estndar y el coeficiente de variacin, el cual nos indica el porcentaje que estn los valores medidos alejados de la media. Los resultados obtenidos se muestran en los incisos siguientes y despus de realizar un anlisis de los mismos, se llega a la conclusin de cual de las pruebas se obtuvo mayor confiabilidad.
Tabla 3.1 Caractersticas de los cementos asflticos originales.
Designacin
Caractersticas
del cemento asfltico
AC-20
STY 8222
STY 7622
Sealo-
flex
Du-
pont
AC-20
8h
AC-20
24h
M-MMP-4-05-006
Penetracin a 25C, 100g, 5s. (10-1 mm)
76.0
53.0
57.0
51.0
57.0
58.0
52.0
M-MMP-4-05-009
Punto de Reblandecimiento Anillo %& Bola (C)
46.0
51.0
54.0
65.5
63.5
52.0
54.0
M-MMP-4-05-010
Viscosidad rotacional Brookfield, 135C, (Poises)
512.5
738.0
1398.0
1437.0
2562.0
625.0
737.5
M-MMP-4-05-010
Viscosidad rotacional Brookfield, 165C, (Poises)
120.8
188.0
370.0
375.0
500.0
143.8
162.5
M-MMP-4-05-024
Recuperacin elstica por torsin, (%)
7.0
22.0
57.0
46.0
39.0
7.0
9.0
3.2 Anlisis de resultados de los ensayos.
3.2.1Penetracin a 25C, 100 gramos y 5 segundos.
Segn se muestra en la Tabla 3.2 y en la Figura 3.1, la penetracin de los cementos asflticos estudiados se obtuvo mediante el proceso de elaboracin del ensayo. Los valores obtenidos de las seis muestras estn, en todos los casos, dentro del rango de valores de penetracin para caracterizar un asfalto asfltico de acuerdo a las especificaciones establecidas por SCT.
La penetracin del cemento asfltico AC-20, testigo, es de 76 dcimas de milmetros, dmm, y el promedio de los resultados obtenidos de las seis muestras da una penetraciones es de 70 dmm y una coeficiente de variabilidad de 14.8%, los cuales son muy similares.
Con el cemento asfltico STY-8222, los resultados no varan mucho, se tiene de las seis muestras un coeficiente de variacin del 5%. Lo mismo ocurre con el STY-7622, el cual presenta una penetracin cercana a la esperada y siempre dentro del rango de valores de penetracin para este tipo de cemento asfltico. Para el cemento asfltico SEALOFLEX y DUPONT se tienen una variacin un poco mayor con un coeficiente de variacin del 15.2 y 16.8%, respectivamente, esta diferencia se puede observar claramente en la Figura 3.1. Para el cemento asfltico envejecido AC-20 a 8 y 24 horas la variacin fue mnima entre los valores de penetracin y todos se acercan al valor esperado.
En trminos generales, el valor promedio de las penetraciones se acerca mucho a la penetracin esperada. Se obtuvieron valores del coeficiente del variacin entre el 4.9 y 16.9% para los siete cementos asflticos, sin embargo, con estos valores es posible caracterizar en trminos de penetracin la dureza que un cemento asfltico tiene despus de ser extrado mediante este procedimiento de una mezcla asfltica elaborada.
Tabla 3.2 Resultados de penetracin, en dmm, a 25C, 200 g y 5 segundos.
Cemento
Asfltico
Muestra Testigo
Cv (%) +/-
AC-20
76
69.8
10.3
14.8
STY-8222
53
60.8
2.9
4.9
STY-7622
57
48.4
6.5
13.5
SEALOFLEX
51
70.6
10.7
15.2
DUPONT
57
68.2
11.5
16.8
AC-20(8)
58
54.5
3.8
7.1
AC-20(24)
52
58.2
9.8
16.9
Figura 3.1. Resultados de penetracin, en dmm, a 25C, 200 g y 5 segundos.
3.2.2 Reblandecimiento Anillo y Bola.
La prueba del punto de reblandecimiento, anillo y bola, proporcion resultados con mayor repetibilidad, en los siete cementos asflticos estudiados. Los valores de los cementos asflticos testigos son muy cercanos a los valores de la media de las seis muestras obtenidas de cada uno de ellos.
Para los cementos asflticos SEALOFLEX y DUPONT se puede observar la mayor variacin en los valores de la temperatura de reblandecimiento, ya que la temperatura promedio fue un poco ms baja que la esperada. Sin embargo, de forma general se aprecia que los valores de los coeficientes de variacin estn entre un 1.9 y 4.8%, los cuales son valores muy bueno. Dichos valores se pueden apreciar en la Tabla 3.3 y Figura 3.2 a continuacin.
La prueba de Reblandecimiento Anillo y Bola presenta una repetitividad de los resultados muy buena, lo que la hace ms confiable para caracterizar cualquier tipo de cemento asfltico.
Tabla 3.3 Resultados de temperaturas de reblandecimiento, en C.
Cemento
Asfltico
Muestra Testigo
Cv (%) +/-
AC-20
46
46.3
1.5
3.3
STY-8222
51
49.8
1.8
3.7
STY-7622
54
59.8
2.9
4.8
SEALOFLEX
65.5
56.6
1.5
2.7
DUPONT
63.5
58.6
1.9
3.2
AC-20(8)
52
52.7
0.9
1.9
AC-20(24)
54
51.9
2.3
4.4
Figura 3.2 Resultados de temperaturas de reblandecimiento Anillo y Bola, en C.
3.2.3 Viscosidad rotacional a 135C.
La prueba de Viscosidad Brookfield a 135C proporcion resultados de valores altos pero dentro de los rangos comunes. Para los asfaltos AC-20, STY-8222 y AC-20 (8 hrs), se obtuvieron resultados de la muestra testigo y del promedio de la seis muestras muy cercanos entre s.
El valor promedio y la desviacin estndar son valores aceptables ya que con ellos se puede caracterizar al cemento asfltico entre los tipos a los que pertenece. En el caso del cemento asfltico de DUPONT, el promedio de las seis muestras result ser considerablemente ms bajo que el de la muestra testigo, tal y como se aprecia en la Tabla 3.4.
Tabla 3.4 Resultados de viscosidad rotacional Brookfield a 135C, en poises.
Cemento
Asfltico
Muestra Testigo
Cv (%) +/-
AC-20
512.5
534.7
50.7
9.5
STY-8222
738.0
747.6
44.9
6.0
STY-7622
1398.0
1494.3
241.8
16.2
SEALOFLEX
1437.0
1352.5
143.9
10.6
DUPONT
2462.0
1340.8
169.5
12.6
AC-20(8)
625.0
667.7
22.9
3.4
AC-20(24)
737.5
686.5
100.9
14.7
Como se muestra en la Figura 3.3, la diferencia en el cemento asfltico puede deberse a una posible degradacin del modificador y su estructura molecular en el cemento asfltico.
Figura 3.3 Resultados de viscosidad rotacional Brookfield a 135C, en poises.
3.2.4Viscosidad rotacional 165C.
Con la misma prueba de Viscosidad Brookfield a 165C se obtuvieron resultados que presentan mucha repetibilidad en los valores de las seis muestras ensayadas, y los promedios de las mismas difieren muy poco de los valores de la muestra testigo.
Para todos los cementos asflticos estudiados excepto el de DUPONT, los valores de las viscosidades de la muestra testigo y el promedio de las seis muestras son muy cercanos. En los coeficientes de variacin de la Tabla 3.5 y Figura 3.4, se aprecian tres niveles entre 3.3 y 4.3%, entre 8.4 y 8.6% y del 11.7%. Son valores que repiten que confirman el uso de este ensayo para caracterizar los cementos asflticos.
Al igual que con la prueba de Viscosidad a 135C, el cemento asfltico DUPONT present un comportamiento completamente distinto al resto de asfaltos, obtenindose valores considerablemente menores al esperado.
Tabla 3.5 Resultados de viscosidad rotacional Brookfield a 165C, en poises.
Cemento
Asfltico
Muestra Testigo
Cv (%) +/-
AC-20
120.8
132.6
5.6
4.2
STY-8222
188
192.7
7.9
4.1
STY-7622
370
379
31.9
8.4
SEALOFLEX
375
357
30.6
8.6
DUPONT
500
340.4
28.8
8.5
AC-20(8)
143.75
159.4
5.2
3.3
AC-20(24)
162.5
162.5
18.9
11.7
Figura 3.4 Resultados de viscosidad rotacional Brookfield a 165C, en poises.
3.2.5Recuperacin elstica por torsin.
Los resultados obtenidos de la recuperacin elstica por torsin muestran una alta repetitividad con la cual se puede caracterizar los cementos asflticos y definir una diferencia cuando son o no modificados.
Como se aprecia en la Tabla 3.6, las diferencias entre los resultados de la muestra testigo y del promedio de la seis muestra de un mismo asfalto son mnimas. Sin embargo, tambin se aprecia que los coeficientes de variacin son altos, resultados que no afecta a la identificacin cuando un cemento asfltico es o no modificado con polmero.
Tabla 3.6 Resultados de recuperacin elstica por torsin a 25C, en %.
Cemento
Asfltico
Muestra Testigo
Cv (%) +/-
AC-20
7
6.8
0.9
14.4
STY-8222
22
25.2
2.5
9.9
STY-7622
57
47.7
5.6
11.7
SEALOFLEX
46
43.3
5.9
13.5
DUPONT
39
47.2
6.2
13.1
AC-20(8)
7
7.8
0.9
12.6
AC-20(24)
9
7.5
1.1
13.9
De acuerdo a la experiencia que se tiene con este ensayo y como se observa en la Figura 3.5, un cemento asfltico convencional, no modificado, tiene un valor de recuperacin elstica por torsin menor a un 8%. Por otro lado, un cemento asfltico modificado con un polmero tiene valores superiores al 25 % de recuperacin elstica por torsin.
Figura 3.5 Resultados de recuperacin elstica por torsin a 25C, en %.
En los anexos de este escrito se encuentran las tablas de resultados de las seis muestras ensayadas en cada uno de los ensayos descritos. En las mismas tablas se observan los valores promedios, la desviacin estndar y el coeficiente de variacin.
4.DISEO DE UNA MEZCLA ASFLTICA CON RAP: PLAN DE TRABAJO.
El diseo de la mezcla asfltica se siguieron los pasos que de manera muy sencilla se definieron en el inciso 2.2 de este informe tcnico, lo cuales consisten en los siguientes:
Seleccin del material.
Seleccin de la estructura del agregado de diseo.
Seleccin del contenido de cemento asfltico de diseo.
Verificar las propiedades de comportamiento de la mezclas asfltica.
4.1Seleccin del material.
El material RAP se obtuvo de la carpeta asfltica fresada de la carretera Monterrey-Reynosa, en el tramo libre federal a cargo de la Secretara de Comunicaciones y Transportes, SCT. El material se muestreo del acopio ubicado en el derecho de va de la carretera y se llev al laboratorio, donde por el proceso de cuarteos se seleccion el volumen con el cual se trabaj. Del estudio realizado al material RAP, todos los resultados presentados a continuacin son el promedio de dos valores obtenidos de los ensayos realizados.
4.1.1Propiedades y contenido de cemento asfltico extrado del RAP.
La extraccin de cemento asfltico del RAP se realiz mediante el mtodo de ensayo de Reflux, ASTM D2172-05, (Mtodo B), [2]. y posteriormente se obtuvo el residuo de la solucin mediante el mtodo de ensayo MMA, ASTM D1856-95a(2003), [3]. El contenido de cemento asfltico fue de:
Contenido de C.A. = 2.98% en peso
Nota: Para fines prcticos se consider un contenido de CA de 3.0%.
Las propiedades medidas en el cemento asfltico recuperado del RAP son la que se evaluaron en la Fase 1 de este proyecto de investigacin con los diferentes cementos asflticos empleados para este propsito. En la Tabla 4.1 se pueden apreciar los valores promedios de las muestras ensayadas, as como las propiedades del cemento asfltico convencional AC-2 y modificado STY 76-22.
Tabla 4.1 Propiedades del CA recuperado del RAP.
Designacin
Caractersticas
del cemento asfltico
CA Recuperado
AC-20
STY 76-22
M-MMP-4-05-006
Penetracin a 25C, 100g, 5s. (10-1 mm)
29.0
76.0
57.0
M-MMP-4-05-009
Punto de Reblandecimiento Anillo %& Bola (C)
56.0
46.0
54.0
M-MMP-4-05-010
Viscosidad rotacional Brookfield, 135C, (Poises)
1,256.5
512.5
1,398.0
M-MMP-4-05-010
Viscosidad rotacional Brookfield, 165C, (Poises)
420.8
120.8
370.0
M-MMP-4-05-024
Recuperacin elstica por torsin, (%)
4.0
7.0
57.0
Es importante hacer notar el grado de envejecimiento y oxidacin que presenta el cemento asfltico recuperado del RAP. Esto nos lleva al empleo de rejuvenecedores o de cementos asflticos blandos de aportacin tipo AC-10 o AC-5. Sin embargo, dada la carencia de estos cementos asflticos en el mercado, se opt por emplear rejuvenecedores y cemento asfltico de aportacin tipo AC-20.
4.1.2Propiedades y granulometra de material ptreo extrado del RAP.
Separado el cemento asfltico del RAP, queda el material ptreo limpio el cual se estudio tanto en sus propiedades como en su granulometra. Las propiedades evaluadas se muestran en la Tabla 4.2, las cuales hay que cuidar para garantizar que el material ptreo que el RAP aporta a la nueva mezcla asfltica posee propiedades similares al material ptreo de aportacin o virgen, todo con la finalidad de garantizar una buena calidad de la mezcla asfltica y su durabilidad.
Tabla 4.2 Propiedades del agregado ptreo recuperado del RAP.
PROPIEDADES
Unidades
Material RAP
Espec. SCT
Gravedad especfica
---
2.63
2.40 mn
% que pasa la malla No 200
%
3.7
---
Lmite lquido
%
NP
NP
ndice plstico
%
NP
NP
Contraccin lineal
%
0.1
1.0 mx
Desgate Los ngeles
%
23.0
30 mx
Partculas Alargadas y Lajeadas
%
22.0
35 mx
Equivalente de arena
%
45
50 mn
Nota: Se observa que el material RAP no cumple con el equivalente de arena mnimo exigido para un material ptreo a emplearse en mezclas asflticas. Esto debe se solventado por la aportacin de arenas limpias producto de la trituracin del material calizo virgen.
La composicin granulomtrica del material ptreo extrado del RAP se muestra en la Tabla 4.3 a continuacin.
De igual forma en la Figura 4.1 se aprecia la distribucin que el agregado ptreo extrado del RAP tiene en los diferentes tamaos de partcula. En Mxico no se cuenta con normas que definan la calidad del material ptreo cuando ste es producto de RAP. En la Tabla 4.2 los valores obtenidos del material RAP se comparan con los valores exigidos para el agregado ptreo a emplearse en la fabricacin de una mezcla asfltica, ya que el producto final ser una nueva mezcla asfltica densa.
Lo anterior es correcto, pero al no existir en la normas de SCT la opcin de poder usar como material ptreo en mezclas asflticas, el obtenido de material RAP, bajo los controles de calidad mnimos, imposibilita el que se promueva estas acciones que benefician al medio ambiente, evitando agredirlo.
Tabla 4.3 Granulometra del agregado ptreo recuperado del RAP.
% Pasa
Granulom.
RAP
Rangos
Tpicos
RAP [8]
19.0
100.0
84-100
12.50
97.7
70-100
9.50
91.3
58-95
4.75
59.3
38-75
2.36
39.7
25-60
1.18
23.7
17-40
0.60
11.9
10-35
0.30
9.1
5-25
0.150
6.2
3-20
0.075
3.7
2-15
Figura 4.1 Granulometra del agregado ptreo recuperado del RAP.
4.1.3Mezcla combinada con material RAP y material ptreo virgen.
Como el propsito de probar una granulometra de la mezcla asfltica densa especfica y como frmula de trabajo para este proyecto, se tom la granulometra que se indica en la Tabla 4.4. En ambos casos, considerando un contenido de material RAP del 30% y del 40%, la granulometra del material RAP, Tabla 4.3, se ajust a la frmula de trabajo con la aportacin de material ptreo VIRGEN_1 y VIRGEN_2, respectivamente. Ver Tabla 4.5.
Tabla 4.4 Granulometra del agregado ptreo para frmula de trabajo.
% Pasa
Granulom.
Frmula Trabajo
19.0
100.0
12.50
95.0
9.50
80.0
4.75
50.0
2.36
28.0
1.18
18.0
0.60
13.0
0.30
10.0
0.150
8.0
0.075
6.0
Tabla 4.5 Granulometra del agregado ptreo para frmula de trabajo.
En la Tabla 4.6 se muestra los contenidos de material ptreo necesario para poder integrar la frmula de trabajo aportando el material VIRGEN_1 y el material VIRGE_2 al material ptreo extrado del RAP.
El proyecto considera hasta el momento un 30% y un 40% de material RAP a estudiar, sin embargo, la idea inicial es continuar con el proyecto de investigacin para ir valorando contenidos mayores como seran el 60% y 80%. Una de las limitaciones a la luz de los resultados obtenidos, es la granulometra del material RAP, la cual puede tener una graduacin tal que con aportaciones bajas de material virgen no se logre llegar a la frmula de trabajo deseada, condicin que puede repetirse con otras propiedades deseadas para el material ptreo.
Tabla 4.6 Material virgen de aportacin a la granulometra para frmula de trabajo.
4.1.4Seleccin del cemento asfltico de diseo.
Empleando la granulometra de la frmula de trabajo, Tabla 4.4, mediante el ensayo Marshall se diseo la mezcla asfltica empleando el cien por ciento (100%) de material ptreo y del cemento asfltico, AC-20, nuevos.
El objetivo del diseo de la mezcla asfltica es definir para la frmula de trabajo el contenido de cemento asfltico ptimo, definir parmetros Marshall de diseo y definir valores de tensin indirecta en seco y hmedo que sirvan de referencia para las dosificaciones posteriores. Para esta mezcla de diseo, tambin se evaluar la resistencia a deformaciones plsticas, lo cual se tendr como referencia de diseo. La Tabla 4.7 muestra los resultados del diseo Marshall extrados de las tablas proporcionadas en los anexos de este informe tcnico.
Tabla 4.7 Parmetros de diseo Marshall para frmula de trabajo.
Contenido
de C.A.
Densidad Aparente
(g/cm3)
Vacos M. Asfltica
(%)
Estabilidad Marshall
(kg)
Flujo Marshall
(mm)
Vacos Ag. Ptreo
(%)
3.5%
2.382
8.1
1005
2.4
15.9
4.0%
2.411
6.2
947
2.7
15.2
4.5%
2.413
5.5
834
3.1
15.6
5.0%
2.422
4.5
787
3.5
15.6
5.5%
2.425
3.7
749
3.8
16.0
Con estos valores se obtuvo un contenido de cemento asfltico ptimo igual a:
Contenido de Cemento Asfltico ptimo = 4.55% en peso.
Considerando que el material RAP aporta una cantidad de 3.0% de cemento asfltico en peso, como aportacin de cemento asfltico virgen se tendr:
Aportacin de Cemento Asfltico Virgen = 1.55% en peso.
En la fabricacin de las probetas asflticas con diferentes dosificaciones, 30% y 40% de RAP, para definir la cantidad de cada componente recuperado o virgen, ptreo o asfltico, conociendo Wg, CCA, PR y CCR, se puede calcular siguiendo los pasos a continuacin:
4.1.5Diseo de experimento para evaluar propiedades de mezclas asflticas.
Para evaluar las mejoras que aportan los diferentes materiales en las dosificaciones de las mezclas asflticas se fabricaron mezclas asflticas con diferentes materiales, los cuales se mencionan a continuacin y con ellos se realizaron las combinaciones que se presentan adelante en Figura 4.2 y Figura 4.3.
Material RAP:
En un 30% en peso del material ptreo.
En un 40% en peso del material ptreo.
Material nuevo calizo:
En un 60% en peso del material ptreo.
En un 70% en peso del material ptreo.
Material rejuvenecedor:
En un 0.5% en peso del material ptreo.
En un 1.0% en peso del material ptreo.
Cemento asfltico nuevo:
En un 1.55% en peso del material ptreo nuevo, de AC-20.
En un 1.55% en peso del material ptreo nuevo, de STY 76-22
Figura 4.2 Plan de trabajo en laboratorio para contenido de RAP del 30%.
Figura 4.3 Plan de trabajo en laboratorio para contenido de RAP del 40%.
Se fabricaron 18 probetas con el diseo de la mezclas asfltica con materiales ptreos y cementos asflticos 100% virgen. Adicionalmente se fabricaron 90 probetas para cada uno de los contenidos de material RAP, 30% y 40%.
Las probetas se ensayaron bajo el procedimiento Marshall para conocer los parmetros de Estabilidad y Flujo. De igual forma en el dispositivo Lottman se ensayaron las probetas para evaluar la resistencia a tensin indirecta en seco y hmedo y a 5C. La razn de aplicacin del desplazamiento en el estabilmetro Marshall es de 50 mm/minuto.
5.ANLISIS DE RESULTADOS.
En la Tabla 5.1 se presentan los resultados de las estabilidades Marshall, de los flujos Marshall y de los Mdulos Marshall, de todas las dosificaciones indicadas. Entre la dosificaciones se considera el tener un porcentaje de material RAP en la mezcla asfltica que es del 0%, 30% y 40%. Para cada uno de estos porcentajes se consider emplear dos tipos de cementos asflticos, convencional, AC-20 y modificado STY 76-22. Posteriormente, en el plan de trabajo se consider la adicin de un rejuvenecedor convencional, RC, y un rejuvenecedor modificado, RM, ambos en una dotacin de 0.5% y 1.0% en peso del agregado ptreo.
Tabla 5.1 Valores de los parmetros Marshall.
5.1Estabilidades Marshall en mezclas asflticas.
Siguiendo una secuencia de los ensayos realizados, inicialmente se emplearon materiales donde solamente se consider el empleo de los materiales vrgenes de acuerdo al diseo de la mezcla asfltica. Estos valores servirn como referencia en relacin a los valores de las dosificaciones posteriores.
La estabilidad Marshall es mayor en un 19.6% cuando se emplea un cemento asfltico modificado.
Figura 5.1 Estabilidad Marshall promedio para ambos cementos asflticos.
Por otro lado, en la Figura 5.2 se observa que la resistencia a tensin indirecta, tanto en seco como en hmedo, son mayores en las mezclas asflticas con asfalto modificado que las resistencias a tensin indirecta con asfaltos convencionales. La conservacin de la resistencia despus de someter las probetas a inmersin en agua a 24 hora a 60C, RTI, se conserva ms empleando cementos asflticos modificados (100%) que en los convencionales (91.1%).
Figura 5.2 Tensin Indirecta promedio para ambos cementos asflticos.
Estos valores obtenidos de mezclas asflticas sin material RAP, son los valores de referencias para contrastar los valores de las dosificaciones que a continuacin se presentan.
Mezclas asflticas con 30% de material RAP, 0.5% y 1.0% de rejuvenecedor.
En esta parte del proyecto de investigacin se ensayaron probetas fabricadas con mezcla asfltica con un 70% de material virgen y 30% de material RAP. Adicionalmente a los cementos asflticos convencionales, AC-20, y modificado, STY 76-22, a las mezclas asflticas se le adicion rejuvenecedor en un 0.5% en peso del agregado ptreo, 6.0 gramos, en dos tipos, un rejuvenecedor convencional, RC y otro rejuvenecedor modificado con polmero, RM.
La Figura 5.3 nuestra los resultados de las estabilidades Marshall de estas mezclas comparadas con las estabilidades Marshall de referencia, 100% caliza. Es importante mencionar que la adicin de cemento asfltico modificado, STY 76-22, eleva considerablemente la estabilidad Marshall y que con la presencia de los rejuvenecedores baja este valor. En trminos de estabilidad Marshall se puede comentar que, con la adicin de un 30% de RAP, con ambos cementos asflticos, convencional y modificado, se puede obtener mezclas asflticas similares a las elaboradas con material 100% virgen o de referencia.
Figura 5.3 Estabilidad Marshall con 30% RAP y cementos asflticos diferentes.
De igual forma en la Figura 5.4 se observan los resultados de las estabilidades Marshall de estas mezclas comparadas con las estabilidades Marshall de referencia, 100% caliza. La diferencia entre la Figura 5.3 y Figura 5.4 es que se tienen un porcentajes de rejuvenecedor convencional, RC, y rejuvenecedor modificado, RM, del 0.5% y 1.0%, respectivamente.
El incremento del rejuvenecedor en este caso no marca una diferencia significativa, ya que los valores de estabilidad Marshal fluctan entre los 520 y 590 kilogramos, para los dos porcentajes 0.5% y 1.0%, y para rejuvenecedor convencional, RC, y modificado, RM. Sin embargo, la pregunta de rigor es si el mtodo Marshall por s solo es sensible a los cambios que se mencionan en esta parte. Es importante contrastar esta informacin con los resultados que se obtengan de la tensin indirecta.
Figura 5.4 Estabilidad Marshall con 30% RAP y cementos asflticos diferentes.
Mezclas asflticas con 40% de material RAP, 0.5% y 1.0% de rejuvenecedor.
La diferencia entre las Figuras 5.5 y 5.6 es la dotacin d rejuvenecedor de ambos tipos de 0.5% y 1.0%, respectivamente. Ambas Figuras se estn comparando como en los casos anteriores con los valores de referencia con 100% Caliza virgen. Comparando la presencia de material RAP en un 30% y 40%, esta segunda proporcin denominadas como Mez-70-30 y Mez-60-40, se puede concluir que no hay una variacin sustancial en la estabilidad Marshall, independientemente del tipo de cemento asfltico empleado, convencional o modificado. Estos resultados apoyan a la planeacin inicial de este trabajo de investigacin, en el cual desde su inicio se plante ampliar sus alcances adicionando el 60%, 80% y 100% de material RAP.
Figura 5.5 Estabilidad Marshall con 40% RAP y cementos asflticos diferentes.
Con respecto a ambos contenidos de rejuvenecedor empleado en la mezcla asfltica con un contenido del 40% de material RAP, al igual que en el caso de adicionar el 30% de material RAP, los valores de la estabilidad Marshall oscilan entre 450 y 607 kilogramos, rango que es similar y por cierto bajo para los valores que se especifican para la estabilidad en la mayora de los tramos carreteros del pas, 700 kilogramos.
Figura 5.6 Estabilidad Marshall con 40% RAP y cementos asflticos diferentes.
5.2Tensin Indirecta en seco y hmedo en mezclas asflticas.
De manera similar en la Tabla 5.2 se presentan los resultados de las resistencias a tensin indirecta a 5C, tanto en seco como en hmedo, as como la relacin entre la resistencia en hmedo y seco, RTI, de todas las dosificaciones indicadas. As, de igual manera, las dosificaciones consideran un porcentaje de material RAP en la mezcla asfltica que es del 0%, 30% y 40%. Para cada uno de estos porcentajes se consider emplear dos tipos de cementos asflticos, convencional, AC-20 y modificado STY 76-22. Posteriormente, en el plan de trabajo se consider la adicin de un rejuvenecedor convencional, RC, y un rejuvenecedor modificado, RM, ambos en una dotacin de 0.5% y 1.0% en peso del agregado ptreo.
Mezclas asflticas con 30% y 40% de material RAP, 0.5% y 1.0% de rejuvenecedor.
Los valores de tensin indirecta para la mezcla asfltica sin rejuvenecedor, para cada uno de los cementos asflticos empleados, AC-20 y STY 76-22, y para los contenidos de material RAP del 0%, 30% y 40% se presentan en la Figura 5.7. Se puede apreciar el incremento en la resistencia a tensin al aumentar de 0% al 30% el contenido de RAP, sin embargo, al incrementarse a un 40% existe un decremento de la resistencia.
Para los dos tipos de cementos asflticos, convencional y modificado, la tendencia es similar.
Tabla 5.2 Valores de los parmetros de tensin Indirecta.
Figura 5.7 Valores de tensin indirecta para diferente porcentajes de RAP.
La tendencia de los valores para las mezclas asflticas con el 30% y el 40% de RAP es bsicamente la misma, cuando en ellas se varan los contenidos y tipos de rejuvenecedores. Esto se puede deber a la cercana que existe entre los dos porcentajes de RAP. Es importante investigar en la ampliacin de este proyecto de investigacin los resultados que se deriven de porcentajes de RAP mayores como son el 60%, 80% y 100%.
Figura 5.8 Valores de tensin indirecta para 30% RAP y diferentes contenido de rejuvenecedor.
Los valores de las resistencia a tensin para estos dos casos, mostrados en la Tabla 5.2 y Figuras 5.9 y 5.10 presentan la misma tendencia. Se tiene valores altos de la resistencia a tensin cuando no existe la presencia del rejuvenecedor que est entre 20.9 y 24.2 Kg/cm2, para los dos tipos de cementos asflticos utilizados.
Al adicionarse los rejuvenecedores las resistencias a tensin disminuyen, y a medida que el porcentaje de rejuvenecedor es mayor la resistencia a tensin es menor. Esto nos indica adems de la accin lubricante que tienen los rejuvenecedores, tambin puede hacer ms deformable debido a la accin de reblandecer el cemento asfltico oxidado y nuevo.
Un trabajo de investigacin interesante y casi obligado es evaluar las propiedades de mezclas asflticas cuando hay presencia de diferentes rejuvenecedores y en diferentes dotaciones, de tal manera que en cada uno de los tipos de rejuvenecedores se evaluara entre 0.25% y 1.0% de rejuvenecedores, con incrementes de 0.25%.
Para este proyecto de investigacin se aprecia que el 1.0% de rejuvenecedor en peso es una cantidad que se excede ya que los parmetros evaluados son muy bajos y en el laboratorio se apreciaba un exceso de asfalto en la mezcla asfltica.
Figura 5.9 Valores de tensin indirecta para 30% RAP y diferentes contenido de rejuvenecedor.
Figura 5.10 Valores de tensin indirecta para 40% RAP y diferentes contenido de rejuvenecedor.
Con respecto al uso o adicin de los rejuvenecedores convencionales y modificados con polmeros, en ambos contenidos de material RAP se aprecia que la presencia de los rejuvenecedores modificados aporta una mejora considerable en la resistencia a tensin comparada con el rejuvenecedor convencional.
En la Figuras 5.9 y 5.11 se aprecia tambin el mismo comportamiento ya descrito. Como conclusin y ratificando lo que se conocer en el medio carretero es que entre mayor es la presencia del polmeros o de material bien modificados, mejores son los resultados que se obtienen de los estudios que se realizan con ellos. En la Figuras 5.9 y 5.11 los mejores valores de resistencia a tensin se obtienen del uso del rejuvenecedor modificado y del cemento asfltico modificado STY 76-22.
Figura 5.11 Valores de tensin indirecta para 40% RAP y diferentes contenido de rejuvenecedor.
5.3Deformaciones plsticas permanentes en mezclas asflticas.
Por la amplitud e importancia de este proyecto de investigacin, los trabajos que cubren los alcances planeados desde su inicio estn en proceso a la fecha de presentar este importante avance. De estos resultados se est estudiando las resistencias a las deformaciones plsticas permanentes de las dosificaciones presentadas. El proyecto de investigacin adicionalmente considera el estudio de mezclas asflticas con contenidos de material RAP del 60%, 80% y 100%.
6.CONCLUSIONES.
Como conclusiones del presente proyecto de investigacin en relacin a la Etapa 1, que tiene que ver con la caracterizacin del cemento asfltico recuperado, se puede decir que:
La metodologa empleada para recuperar el cemento asfltico de una mezcla asfltica y posteriormente proceder a su caracterizacin mediante los ensayos de penetracin, reblandecimiento anillo y bola, viscosidad a 135 y 165C y recuperacin elstica por torsin, es un mtodo confiable. Nos sa informacin clara del nivel de envejecimiento del cemento asfltico.
Esta metodologa no alterar las propiedades mecnicas-reolgicas del cemento asfltico existente en la mezcla asfltica.
Las discrepancias obtenidas en los valores de las propiedades de ciertas muestras para un mismo asfalto, puede darse por la incompleta extraccin del solvente del asfalto. Al no realizarse el aislamiento completo del asfalto y el solvente, las propiedades del cemento asfltico se vern afectadas por accin del solvente, llegando a afectar de manera directa los resultados obtenidos para las diferentes pruebas.
Se concluye a partir de estos resultados que los tres ensayos de laboratorio con los que puede trabajar de manera confiables son:
Reblandecimiento Anillo y Bola.
Viscosidad Brookfield a 165C.
Recuperacin Elstica por Torsin.
De la Etapa 2 del presente avance del proyecto de investigacin se concluye lo siguiente:
Es factible tcnicamente y econmicamente el uso de material RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) en la fabricacin de nuevas mezclas asflticas para pavimentos flexibles.
La factibilidad ambiental est totalmente demostrada ya que el uso de material RAP evita el uso de material virgen producto de sobreexplotaciones de reservas naturales y mitiga en manejo y acomodo los desechos productos de fresado y demolicin de mezclas asfltica para su reconstruccin.
El uso entre un 30% a 35% de RAP en nuevas mezclas empleando cementos asflticos modificados es una opcin tcnica y econmicamente viable.
Es importante continuar en Mxico con este tipo de investigaciones y evaluar mediante tramos de prueba su aplicacin.
7.REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.
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[4]ASTM D5404-03 Standard Practice for Recovery of Asphalt from Solution Using the Rotary Evaporator. PA 19428-2959, United States. ASTM website (www.astm.org).
[5]Schimmoller, V.E., et al, (2000), Recycled Materials in European Highway Environments: Uses, Technologies, and Policies FHWA-PL-00-025, Office of International Programs, Federal Highway Administration, Washington, DC, USA.
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[12]Mir Recasens, J. R. Metodologa para la caracterizacin de ligantes asflticos mediante el empleo del ensayo Cntabro. Tesis Doctoral. ETSECCPB, Universidad Politcnica de Catalua, Barcelona, Espaa, 1994.
[13]Prez Jimnez, F. & Mir Recasens, R. Caractrisation mcanique de liants asphaltiques: mthode UCL. Proceedings of the Fifth International RILEM Symposium of Mechanical Test for Bituminous Materials, Recent Improvements and Future Prospects, Lyon, France, pp. 41-46.
[14]Fonseca Rodrguez, C., Serment Guerrero, V. y Villalobos Dvila, R., (1999), Estudio Experimental en Laboratorio Aplicando el Mtodo UCL en la Caracterizacin de Cementos Asflticos en Mxico. Aceptado para ser publicado y presentado en el 10 Congreso Iberoamericano del Asfalto. Asociacin Espaola de Carreteras. Sevilla, Espaa.
[15]Fonseca Rodrguez, C., Serment Guerrero, V. y Villalobos Dvila, R., (1999), Dosificacin de Mezclas Asflticas Abiertas y Drenantes Empleando el Mtodo de Ensayo Cntabro de Prdidas por Desgaste. Memorias del Primer Congreso Nacional del Asfalto. Mxico. pp. 145-154.
[16]Fonseca Rodrguez, C., Serment Guerrero, V. y Villalobos Dvila, R., (1999), Empleo del Mtodo UCL en la Caracterizacin de Cementos Asflticos en Mxico. Memorias del Primer Congreso Nacional del Asfalto. Mxico. pp. 221-233.
[17]http://www.gecgr.co.cu/infoconst/bvirtual/carreteras/espanol/0227.pdf
A N E X O S
TABLAS CON VALORES DE
RESULTADOS DE ENSAYOS
VALORES PROMEDIO
DESVIACIN ESTNDAR
Y COEFICIENTE DE VARIACIN
PROPIEDADES DEL MATERIAL RAP
CEMENTO ASFLTICO
MATERIAL PTREO
FABRICACIN DE PROBETAS
COMPACTACIN MARSHALL
RESULTADOS DE
ESTABILIDAD, FLUJO Y
MDULO MARSHALL,
TENSIN INDIRECTA
CONTENIDO PTIMO
CEMENTO ASFLTICO
MTODO MARSHALL
TESTIGOAC-20STY-8222STY-7622SEALOFLEXDUPONTAC-20(8)AC-20(24)76535751575852MEDIAAC-20STY-8222STY-7622SEALOFLEXDUPONTAC-20(8)AC-20(24)69.83333333333327260.83333333333333648.470.66666666666667168.16666666666667154.558.166666666666607AC-20STY-8222STY-7622SEALOFLEXDUPONTAC-20(8)AC-20(24)46515465.563.55254AC-20STY-8222STY-7622SEALOFLEXDUPONTAC-20(8)AC-20(24)46.2549.7559.7556.58333333333333658.58333333333333652.66666666666660751.916666666666579TESTIGOAC-20STY-8222STY-7622SEALOFLEXDUPONTAC-20(8)AC-20(24)512.5738139814372462625737.5MEDIAAC-20STY-8222STY-7622SEALOFLEXDUPONTAC-20(8)AC-20(24)534.68333333333385747.593333333333821494.26666666666761352.51340.75667.70833333333394686.4583333333336TESTIGOAC-20STY-8222STY-7622SEALOFLEXDUPONTAC-20(8)AC-20(24)120.8188370375500143.75162.5MEDIAAC-20STY-8222STY-7622SEALOFLEXDUPONTAC-20(8)AC-20(24)132.61666666666653192.7166666666665379.01666666666671357340.375159.375162.5TESTIGOAC-20STY-8222STY-7622SEALOFLEXDUPONTAC-20(8)AC-20(24)72257463979MEDIAAC-20STY-8222STY-7622SEALOFLEXDUPONTAC-20(8)AC-20(24)6.833333333333338425.16666666666666847.66666666666660743.2547.1666666666666077.83333333333333847.5
Estabilidad Marshall
AC-20STY 76-22800957
Estabilidad (Kg)
Tensin Indirecta
Seco
AC-20STY 76-221619.5Hmedo
AC-20STY 76-2217.519.5
Resistencia a TI (Kg/cm2)
AC-20
100% CalizaMez-70-30Mez-70-30-0.5 RCMez-70-30-0.5 RM800770520550STY 76-22
100% CalizaMez-70-30Mez-70-30-0.5 RCMez-70-30-0.5 RM957990550560
Estabilidad Marshal (Kg)
AC-20
100% CalizaMez-70-30Mez-70-30-1.0 RCMez-70-30-1.0 RM800770550543STY 76-22
100% CalizaMez-70-30Mez-70-30-1.0 RCMez-70-30-1.0 RM957990573590
Estabilidad Marshall (Kg)
AC-20
100% CalizaMez-60-40Mez-60-40-0.5 RCMez-60-40-0.5 RM800783450470STY 76-22
100% CalizaMez-60-40Mez-60-40-0.5 RCMez-60-40-0.5 RM9571000533607
Estabilidad Marshall (Kg)
AC-20
100% CalizaMez-60-40Mez-60-40-1.0 RCMez-60-40-1.0 RM800783537577STY 76-22
100% CalizaMez-60-40Mez-60-40-1.0 RCMez-60-40-1.0 RM9571000540597
Estabilidad Marshall (Kg)
1
Granulometras
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
Mallas (mm)
% PASA
Mezcla 1Mezcla 2Mezcla 3
37.525.4
50
1912.5
9.5
4.75
2.36
1.180.60
0.300.150.075
MezclaRAP
VIRGEN-1VIRGEN-2
----Total
1
30%70%0%
100%
2
40%0%60%
100%
3 0%
Mezcla 1Mezcla 2Mezcla 3
50
100.0100.0100.0 5.8
100.0100.00.0
37.5
100.0100.0100.0 5.1
100.0100.00.0
25.4
100.0100.0100.0 4.3
100.0100.00.0
19.0
100.0100.0100.0 3.8
100.0100.00.0
12.50
97.793.893.2 3.1
95.095.00.0
9.50
91.375.272.5 2.8
80.080.00.0
4.75
59.346.043.8 2.0
50.050.00.0
2.36
39.723.020.2 1.5
28.028.00.0
1.18
23.715.614.2 1.1
18.018.00.0
0.60
11.913.513.7 0.8
13.013.00.0
0.30
9.110.410.6 0.6
10.010.00.0
0.150
6.28.89.2 0.4
8.08.00.0
0.075
3.77.07.5 0.3
6.06.00.0
Porcentajes que pasan las Mallas indicadas
SELECCIN DE LA ESTRUCTURA DEL AGREGADO DE DISEO
MALLA ASTM
(mm)
Granulometras de Prueba
Granulometra con Tamao
Mximo Nominal de 12.5 mm
% PASA% PARCCANT (g)% PARCCANT (g)DIF (g)% PARCCANT (g)DIF (g)
25.0
100.000.0100.000.00.000.00.0
19.0
100.00.00.0100.00.00.00.00.00.00.0
12.50
95.05.060.097.72.38.351.72.311.049.0
9.50
80.015.0180.091.36.423.0157.06.430.7149.3
4.75
50.030.0360.059.332.0115.2244.832.0153.6206.4
2.36
28.022.0264.039.719.670.6193.419.694.1169.9
1.18
18.010.0120.023.716.057.662.416.076.843.2
0.60
13.05.060.011.911.842.517.511.856.63.4
0.30
10.03.036.09.12.810.125.92.813.422.6
0.150
8.02.024.06.22.910.413.62.913.910.1
0.075
6.02.024.03.72.59.015.02.512.012.0
Charola
72 13.358.717.854.2
SUMA 1200.0 360.0840.0480.0720.0
GRAN.
RAP
% PASA
MATERIAL VIRGEN-1 PARA UN
30% DE MATERIAL RAP
MATERIAL VIRGEN-2 PARA UN
40% DE MATERIAL RAP
MALLA
GRANULOMETRA DISEO
Propiedades de la probeta asfltica a fabricar:
W
g
Peso del material ptreo de la probeta, en gramos
W
a
Peso del material asfltico de la probeta, en gramos
CCAContenido de cemento asfltico ptimo de la probeta, en %
Propiedades del material RAP:
W
RAP
Peso del material ptreo de la probeta, en gramos
PRContenido de material RAP, en %
CCRContenido de cemento asfltico recuperado del RAP, en %
CCNContenido de cemento asfltico nuevo, en %
Cantidades de material aportado por el RAP y material nuevo,
tanto ptreo como asftico:
W
ar
Peso de cemento asfltico recuperado del RAP, en gramos
W
gr
Peso de agregado ptreo recuperado del RAP, en gramos
W
aN
Peso de cemento asfltico de aportacin nuevo, en gramos
W
gN
Peso de agregado ptreo nuevo virgen, en gramos
Peso de la probeta a fabricar con sus compornentes:
W
a
= W
g
* (CCA / 100)
W
p
= W
g
+ Wa
W
RAP
= W
g
* (PR / 100)
CCN = CCA - CCR
W
ar
= W
RAP
* (CCR / 100)
W
gr
= W
RAP
* (100 - CCR) / 100
W
aN
= (W
p -
W
RAP)
* CCA / 100
W
gN
= (W
p -
W
RAP)
* (100 - CCA) / 100
W
p
= W
ar
+ W
gr
+
W
aN
+ W
gN
Marshall
Estab.SecoHm.
Flujo5C5C
333
333
333
333
333
333
333
333
333
333
333
333
Total de Probetas108
Tensin indirecta
Con 30%
RAP
Con 30%
RAP
Fabricar probetas con AC-20
Fabricar probetas con STY76-22
Fabricar probetas con AC-20 + 0.5% Rejuvenecedor
Fabricar probetas con AC-20 + 0.5% Rejuvenecedor Modificado
Fabricar probetas con AC-20 + 1.0% Rejuvenecedor
Fabricar probetas con AC-20 + 1.0% Rejuvenecedor Modificado
Mezcla asfltica convencional AC-20
Mezcla asfltica convencional STY76-22
Fabricar probetas con STY76-22 + 0.5% Rejuvenecedor
Fabricar probetas con STY76-22 + 0.5% Rejuvenecedor Modificado
Fabricar probetas con STY76-22 + 1.0% Rejuvenecedor
Fabricar probetas con STY76-22 + 1.0% Rejuvenecedor Modificado
100%
Virgen
Marshall
Estab.SecoHm.
Flujo5C5C
333
333
333
333
333
333
333
333
333
333
90
Con 40%
RAP
Con 40%
RAP
Tensin indirecta
Fabricar probetas con AC-20
Fabricar probetas con STY76-22
Fabricar probetas con AC-20 + 0.5% Rejuvenecedor
Fabricar probetas con AC-20 + 0.5% Rejuvenecedor Modificado
Fabricar probetas con AC-20 + 1.0% Rejuvenecedor
Fabricar probetas con AC-20 + 1.0% Rejuvenecedor Modificado
Total de Probetas
100%
Virgen
Fabricar probetas con STY76-22 + 0.5% Rejuvenecedor
Fabricar probetas con STY76-22 + 0.5% Rejuvenecedor Modificado
Fabricar probetas con STY76-22 + 1.0% Rejuvenecedor
Fabricar probetas con STY76-22 + 1.0% Rejuvenecedor Modificado
Mezcla asfltica convencional AC-20 Ya fueron consideradas
Ya fueron consideradasMezcla asfltica convencional STY76-22
AC-20Sin Rejuv.
800.03.2250.0
ST 76-22Sin Rejuv.
957.03.1308.7
Sin Rejuv.
770.04.7163.8
0.5% RC
520.05.1102.0
0.5% RM
550.05.894.8
1.0% RC
550.02.8196.4
1.0% RM
543.33.3164.6
Sin Rejuv.
990.06.7147.8
0.5% RC
550.07.870.5
0.5% RM
560.06.882.4
1.0% RC
573.33.8150.9
1.0% RM
590.03.6163.9
Sin Rejuv.
783.36.4122.4
0.5% RC
450.07.957.0
0.5% RM
470.08.158.0
1.0% RC
536.73.0178.9
1.0% RM
576.73.0192.2
Sin Rejuv.
1000.06.9144.9
0.5% RC
533.39.059.3
0.5% RM
606.79.265.9
1.0% RC
540.04.0135.0
1.0% RM
596.74.1145.5
Mdulo
Marshall
(Kg/mm)
RC = Rejuvenecedor Convencional; RM = Rejuvenecedor Modificado; Porcentaje de rejuvenecedor en relacin
al peso del agregado ptreo de la mezcla asfltica. Valores promedio de 3 probetas ensayadas.
Cemento
Asfltico
Tipo
Rejuvenecedor
Tipo y Cantidad
Estabilidad
Marshall
(Kg)
Flujo
Marshall
(mm)
AC-20
ST 76-22
AC-20
ST 76-22
30
40
RAP (%)
0
AC-20Sin Rejuv.
16.017.5109.4
ST 76-22Sin Rejuv.
19.519.5100.0
Sin Rejuv.
24.220.886.0
0.5% RC
10.010.2102.0
0.5% RM
18.018.0100.0
1.0% RC
4.34.7109.3
1.0% RM
12.313.0105.7
Sin Rejuv.
23.623.8100.8
0.5% RC
11.610.994.0
0.5% RM
19.017.391.1
1.0% RC
5.55.6101.8
1.0% RM
13.713.397.1
Sin Rejuv.
20.922.6108.1
0.5% RC
8.49.4111.9
0.5% RM
15.516.5106.5
1.0% RC
4.95.7116.3
1.0% RM
14.713.893.9
Sin Rejuv.
21.723.7109.2
0.5% RC
10.59.590.5
0.5% RM
18.113.675.1
1.0% RC
6.26.2100.0
1.0% RM
14.214.5102.1
RC = Rejuvenecedor Convencional; RM = Rejuvenecedor Modificado; Porcentaje de rejuvenecedor en relacin
al peso del agregado ptreo de la mezcla asfltica. Valores promedio de 3 probetas ensayadas.
30
AC-20
ST 76-22
40
AC-20
ST 76-22
RAP (%)
Cemento
Asfltico
Tipo
Rejuvenecedor
Tipo y Cantidad
Tensin
Indirecta Seco
(Kg/cm2)
Tensin
Indirecta
Hmedo
(Kg/cm2)
R.T.I.
(%)
0
Resistencia a Tensin Indirecta
40% RAP
30% RAP
0% RAP
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
20.0
22.0
24.0
26.0
Tipo de Cemento Asfltico
Tensin Indirecta (Kg/cm2)
AC-20
STY 76-22
24.2
23.6
10.0
11.6
18.0
19.0
4.3
5.5
12.3
13.7
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
Tensin Indirecta (Kg/cm2)
Sin Rej0.5% RC0.5% RM1.0% RC1.0% RM
30% Material RAP
AC-20
STY 76-22
30% Material RAP
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
Sin Rej0.5%1.0%
Tensin Indirecta (Kg/cm2)
AC-20 - RC
AC-20 - RM
STY76-22 - RC
STY76-22 - RM
20.9
21.7
8.4
10.5
15.5
18.1
4.9
6.2
14.7
14.2
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
Tensin Indirecta (Kg/cm2)
Sin Rej0.5% RC0.5% RM1.0% RC1.0% RM
40% Material RAP
AC-20
STY 76-22
40% Material RAP
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
Sin Rej0.5%1.0%
Tensin Indirecta (Kg/cm2)
AC-20 - RC
AC-20 - RM
STY76-22 - RC
STY76-22 - RM
Testigo
Ensaye0123456Promedio
Desv.
Estndar
Cv(%)
Pent.
76.060.066.067.069.090.067.069.810.314.8
A. B.
46.048.546.047.544.545.046.046.31.53.3
135C
512.5587.5512.5570.8470.8487.5579.0534.750.79.5
165C
120.8137.5125.0137.5129.1129.1137.5132.65.64.2
Rec%
7.08.08.06.06.07.06.06.81.014.4
Muestras extraidas de solucin de AC-20
Testigo
Ensaye0123456Promedio
Desv.
Estndar
Cv(%)
Pent.
5359576161616661.02.90.05
A. B.
515051474851.55150.01.80.04
135C
738706.5741.6687.5758.3795.83795.83747.644.90.07
165C
188191.6191.6195.8206.5187.5183.3192.77.90.04
Rec%
2228242327222725.02.40.09
Muestras extraidas de solucin de STY-8222
Testigo
Ensaye0123456Promedio
Desv.
Estndar
Cv(%)
Pent.
574550.654.337.5554848.06.50.13
A. B.
545857586560.56060.02.80.05
135C
13981487.31262137517751266.318001494.2241.80.16
165C
370375337.5391.6425350395379.031.90.08
Rec%
5745524739485548.05.50.11
Muestras extraidas de solucin de STY-7622
Testigo
Ensaye0123456Promedio
Desv.
Estndar
Cv(%)
Pent.
5156.5608377.568.578.571.010.70.15
A. B.
65.556.5575458585657.01.40.02
135C
14371462127512751587131612001353.0143.90.1
165C
375382.5365363.5387.5337.5306357.030.50.08
Rec%
4647.5395038483743.05.80.13
Muestras extraidas de solucin de Sealoflex
Testigo
Ensaye0123456Promedio
Desv.
Estndar
Cv(%)
Pent.
57656069.55866.59068.011.50.16
A. B.
63.559.559.56059.5585558.61.80.03
135C
2462128712831400147515371062.51340.8169.50.12
165C
500333358370350343.75287.5340.428.70.08
Rec%
3951493950405447.06.10.13
Muestras extraidas de solucin de DuPont
Testigo
Ensaye0123456Promedio
Desv.
Estndar
Cv(%)
Pent.
58505952.55658.55154.53.80.07
A. B.
525252.552535254.552.70.90.02
135C
625687.5637.5681.25656.3650693.8667.722.90.03
165C
143.8162.5150162.5156.3162.5162.5159.45.20.03
Rec%
77879978.00.90.13
Muestras extraidas de solucin de AC(20)-8h
Testigo
Ensaye0123456Promedio
Desv.
Estndar
Cv(%)
Pent.
525469.561514568.558.29.80.17
A. B.
5451.5505054.55550.551.92.20.04
135C
737.5693.8587.5631.3787.5825593.8686.4100.90.15
165C
162.5162.5150156.25181.25187.5137.5162.518.90.12
Rec%
97869788.01.10.14
Muestras extraidas de solucin de AC(20)-24h
OBRA:
RAP PACCOCSA_ITESM_PETROTEKNO
CEMENTO ASFLTICO TIPO:
AC-20 y STY76-22
FECHA: Octubre 2008
Observaciones:
Las temperaturas entre las que se recomienda fabricar y compactar la mezcla asfltica se muestran en la tabla.
Viscosidad Brookfield a 135 C =
0.513Pa-s1.398Pa-s
Viscosidad Brookfield a 165 C =
0.121Pa-s0.370Pa-s
Rango Temperatura Mezclado =
Rango Temperatura Compact. = Laboratorista:
Ing. Emilio Reyes
Revis:
Dr. Carlos H. Fonseca
INSTITUTO TECNOLGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY
CAMPUS MONTERREY
AC-20STY 76-22
DIVISIN DE INGENIERA Y ARQUITECTURA
CENTRO DE DISEO Y CONSTRUCCIN
INFORME DE ENSAYO DE VISCOSIDAD ROTACIONAL BROOKFIELD
LABORATORIO DE MATERIALES ASFLTICOS
154 - 159 C175 - 180 C
144 - 148 C164 - 168 C
RESULTADOS DE
VISCOSIDADES BROOKFIELD
A 135 Y 165 C
Temperatura, C
0.1
0.2
0.3
0.5
1.0
10
5.0
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
Viscosidad, Pa-s
Rango Compactacin
Rango Mezclado
AC-20
STY 76-22
MezclaRAP
VIRGEN-1VIRGEN-2
----Total
1
30%70%0%
100%
2
40%0%60%
100%
3 0%
Mezcla 1Mezcla 2Mezcla 3
50
100.0100.0100.0 5.8
100.0100.00.0
37.5
100.0100.0100.0 5.1
100.0100.00.0
25.4
100.0100.0100.0 4.3
100.0100.00.0
19.0
100.0100.0100.0 3.8
100.0100.00.0
12.50
97.793.893.2 3.1
95.095.00.0
9.50
91.375.272.5 2.8
80.080.00.0
4.75
59.346.043.8 2.0
50.050.00.0
2.36
39.723.020.2 1.5
28.028.00.0
1.18
23.715.614.2 1.1
18.018.00.0
0.60
11.913.513.7 0.8
13.013.00.0
0.30
9.110.410.6 0.6
10.010.00.0
0.150
6.28.89.2 0.4
8.08.00.0
0.075
3.77.07.5 0.3
6.06.00.0
Observaciones:
Tanto para el material VIRGEN-1 asi como para el material VIRGEN-2 se meustran sus granulometras. Con estas granulometras y con los
porcentajes de RAP del 30% y del 40%, respectivamente, se obtienen la misma granulometra de trabajo para la mezcla asfltica.
Porcentajes que pasan las Mallas indicadas
SELECCIN DE LA ESTRUCTURA DEL AGREGADO DE DISEO
MALLA ASTM
(mm)
Granulometras de Prueba
Granulometra con Tamao
Mximo Nominal de 12.5 mm
INSTITUTO TECNOLOGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY
DIVISIN DE INGENIERA Y ARQUITECTURA
DEPARTAMENTO DE INGENIERA CIVIL
LABORATORIO DE MATERIALES ASFLTICOS
Granulometras
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
Mallas (mm)
% PASA
Mezcla 1Mezcla 2Mezcla 3
37.525.4
50
1912.5
9.5
4.75
2.36
1.180.60
0.30
0.15
0.075
Cem. Asflt. Tipo :VARIOS Penetracin 25C, 100 g, 5 seg : ---0.1 mmAgregado Ptreo Tipo :Caliza
Densidad :
---
g/cm3ndice Penetracin:
#VALUE!
Densidad :---g/cm3
Contenido C.A. (%):4.55Rebland. Anillo y Bola : ---CPeso:1200.0g
NoPeso Alturas de Probetas AlturaVolumenDensidadDensidad
ProbetaProbetah1h2h3PromedioProbetaAparenteApar. Prom.
(g)(mm)(mm)(mm)(cm)(cm3)(g/cm3)(g/cm3)
11243.264.44064.39063.8306.422520.6522.3878
21247.764.24064.98063.9306.438521.9762.3903
31251.964.79064.83064.5906.474524.8412.3853
41248.964.19063.38063.6306.373516.7072.4170
51249.964.59064.98063.7806.445522.5172.3921
61249.964.00064.19064.2406.414520.0312.4035
71248.463.78064.64063.9806.413519.9492.4010
81251.064.19064.84063.6306.422520.6522.4028
91249.664.24064.79064.9806.467524.3002.3834
101242.364.00064.44064.0006.415520.0582.3888
111249.963.83064.59063.4306.395518.4632.4108
121249.764.34063.78064.1906.410519.7062.4046
131251.964.44064.00064.0006.415520.0582.4072
141249.764.44064.59063.8306.429521.1932.3978
151250.965.24064.86065.1606.509527.6782.3706
161250.763.38063.43064.6406.382517.3822.4174
171249.863.83064.19064.2406.409519.5712.4054
181248.364.39063.83064.8306.435521.7062.3927
19
20
21
22
23
24
Datos estadsticos de las probetas fabricadas con el cemento asfltico indicado
Densidad aparente
Valor medio =2.398g/ccm3
Desv. Estndar =0.0123g/ccm3
Coef. de Variacin (%) = 0.5
Comentarios:
El material ptreo es 100% nuevo, caliza de la zona de Monterrey, Nuevo Len.
INSTITUTO TECNOLGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY
DIVISIN DE INGENIERA Y ARQUITECTURA
DEPARTAMENTO DE INGENIERA CIVIL
CENTRO DE DISEO Y CONSTRUCCIN
Sr. Emilio Reyes Sr. Emilio Reyes
REA DE VAS TERRESTRES Y TRANSPORTES
EL LABORATORISTA EL JEFE DE LABORATORIO Vo. Bo.
Observaciones
2.3919
2.4052
Dr. Carlos H. Fonseca Rodrguez
2.3878
2.4042
2.3957
2.4014
FORMA DE REGISTRO DE DENSIDADES APARENTES DE PROBETAS EN LA MEZCLA ASFLTICA
AC-20 Seco
Marshall
AC-20 Seco
Tensin Indirecta
AC-20 Hmedo
Tensin Indirecta
STY 76-22 Seco
Marshall
STY 76-22 Seco
Tensin Indirecta
STY 76-22 Hmedo
Tensin Indirecta
Cem. Asflt. Tipo :AC-20 Penetracin 25C, 100 g, 5 seg : 76.30.1 mmAgregado Ptreo Tipo :CAL-RAP
Densidad :
1.033
g/cm3ndice Penetracin:
-1.14
Densidad :---g/cm3
Contenido C.A. (%):4.55Rebland. Anillo y Bola : 46.3CPeso:1200.0g
NoPeso Alturas de Probetas AlturaVolumenDensidadDensidad
ProbetaProbetah1h2h3PromedioProbetaAparenteApar. Prom.
(g)(mm)(mm)(mm)(cm)(cm3)(g/cm3)(g/cm3)
11238.461.41063.36063.4206.273508.5722.4351
21244.162.57062.67062.3706.254507.0052.4538
31239.864.79064.83064.5906.474524.8412.3622
41244.461.61061.76061.4106.159499.3572.4920
51239.261.56061.76061.7606.169500.1682.4776