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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR.

FACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS FSICAS Y MATEMTICA.

CARRERA DE INGENIERA CIVIL.

COMPORTAMIENTO DE UNA MEZCLA ASFLTICA MODIFICADACON POLMERO ETILENO VINIL ACETATO (EVA).

TRABAJO DE GRADUACIN

PREVIO LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERO CIVIL.

AUTOR: MAILA PAUCAR MANUEL ELAS.

TUTOR: ING. ANBAL VILA MONTERO.

QUITO ECUADOR.

2013

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DEDICATORIA

A Dios quien ha guiado mis pasos con amor, fortaleza y fe para

cumplir uno de mis ms anhelados sueos.

A mis padres Elas Maila y Susana aucar por ser la raz!n de mi

e"istencia, que gracias a sus conse#os, cario, esfuerzo diario y

apoyo incondicional, hicieron posi$le que culminara con %"ito una

etapa ms de mi &ida.

A mis hermanos, por la confianza que han depositado en m, por

estar siempre conmigo durante el tiempo que implica la$rarse una

profesi!n.

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AGRADECIMIENTOS

A Dios por estar en cada momento de mi &ida, por permitirme

concluir esta etapa y compartirla con las personas que quiero y

aprecio.

A la 'ni&ersidad (entral del Ecuador, en especial a la facultad de

)ngeniera (iencias, *sicas y Matemtica, Escuela de )ngeniera

(i&il, a mis profesores quienes en su gran mayora supieron

transmitirme sus conocimientos, mil gracias les recordare siempre.

Al )ng. An$al +&ila Montero tutor de tesis con mucho aprecio, por

su tiempo, ayuda, orientaci!n en el desarrollo y culminaci!n de este

tra$a#o de graduaci!n, a los profesores )ng. -orge zquez, e )ng.

Ernesto /rtiz por su cola$oraci!n para el desarrollo de la misma y

su respecti&a calificaci!n.

Al la$oratorio de Suelos y a&imentos de la EMMOP-Q,a todo su

personal en especial al )ng. ctor Molina y al seor Marcelo

acheco por su cola$oraci!n acti&a en el desarrollo de la presente

in&estigaci!n y la super&isi!n en los ensayos realizados en el

la$oratorio, ya que sus comentarios y sugerencias contri$uyeron a

enriquecer y complementar este tra$a#o.

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INFORME DE APROBACIN DEL TRABAJO DE GRADUACIN

TEMA:COMPORTAMIENTO DE UNA MEZCLA ASFLTICA MODIFICADACON POLMERO ETILENO VINIL ACETATO (EVA).

ANTECEDENTES

Director de la Carrera de Ingeniera Civil, mediante el oficio No. FI-DCIC-2012-328, defecha 11 de Junio del 2012, por disposicin del Decano de la Facultad de IngenieraCiencias Fsicas y Matemticas se autoriza la denuncia de tesis presentado por el seorMAILA PAUCAR MANUEL ELAS, a la vez que se me designa como TUTOR.

DESARROLLO DE LA TESIS

Primero se procedi a la recopilacin, de la informacin necesaria para la investigacinpara el desarrollo adecuado en base a los ensayos, en el asfalto, agregados, diseo demezclas mtodo Marshall y la incorporacin del polmero EVA en la mezcla asfltica.

Se realiz las siguientes actividades para el desarrollo de la tesis.

Determinacin de las propiedades fsicas y mecnicas del ligante asfltico

mediante los ensayos Viscosidad, Penetracin, Punto de Reblandecimiento,

Ductilidad, Prdida por calentamiento, Punto de Inflamacin, Ensayo de la

Mancha y Peso Especifico, los cuales fueron realizados con sus respectivas

normas.

Igualmente se Determinaron las caractersticas y propiedades de los agregados a

utilizarse realizando los ensayos como son: Porcentaje de Caras Fracturadas,

Partculas Alargadas y Planas, Equivalente de Arena, Abrasin, Peso Especfico,

Absorcin y Granulometra los mismos que fueron realizados con sus respectivas

normas descrito y detallado en el desarrollo de la tesis, de cada ensayo.

Se diseo una mezcla asfltica convencional sin ninguna adicin de polmero por

el Mtodo Marshall, la cual sirvi de base para las posteriores modificaciones y

obtener el porcentaje ptimo de asfalto. Una vez realizado este ensayo, se

procedi a incorporar un cierto porcentaje de polmero EVA a diferentes mezclas.

Finalmente se analiz el comportamiento de la mezcla modificada con los fines

de diseo lo cual cumple satisfactoriamente para su aplicacin.

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CONTENIDO

Pg.

DEDICATORIAii

AGRADECIMIENTOSiii

AUTORIZACIN DE LA AUTORIA INTELECTUAL.iv

CERTIFICACIN.....v

INFORME DE APROBACCIN DEL TRABAJO DE GRADUACIN..vi

RESUMEN TCNICO ..xixABSTRACT..xx

CAPITULO 1:

GENERALIDADES..1

1.1.ANTECEDENTES...11.2.INTRODUCCION....21.3.OBJETIVOS.2

1.3.1. OBJETIVO GENERAL.2

1.3.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.31.4.JUSTIFICACION.........................31.5.ALCANCE....31.6.METODOLOGIA.....................41.7.UBICACIN DE LA FUENTE DE MATERIALES A UTILIZARSE...5

CAPITULO 2:

MARCOCONCEPTUAL......6

2.1. CARACTERISTICA DE LOS MATERIALES...........................6

2.1.1. EL ASFALTO....6

2.1.2 PRODUCCIN DEL ASFALTO...6

2.1.3 CARACTERIZACIN DE LOS MATERIALES ASFLTICOS....7

2.1.3.1 ADHESIVIDAD A LOS ARIDOS......8

2.1.3.2 COMPORTAMIENTO REOLOGICO....9

2.1.3.2.1 ENSAYOS EMPRICOS DE CONSISTENCIA..92.1.3.2.2 RESISTENCIA AL ENVEJECIMIENTO..13

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2.1.4 DISEO DE MEZCLAS ASFLTICAS...........17

2.1.4.1 MTODO DE DISEO MARSHALL.18

2.1.5 CARACTERIZACIN DE MATERIALES GRANULARES....19

2.1.5.1 AGREGADO GRUESO....19

2.1.5.2 AGREGADO FINO...23

2.1.6 EL POLMERO26

2.2 COMPORTAMIENTO DE LAS MEZCLAS ASFLTICAS28

2.2.1 MEZCLAS MODIFICADAS...31

2.3 ENSAYOS DINMICOS....32

2.3.1MDULO DINMICO ELSTICO....33

2.4 TENSIN INDIRECTA..34

2.5. ENSAYO CNTABRO O DE PRDIDA POR DESGASTE..36

CAPITULO 3:ENSAYOS EN LIGANTE ASFLTICO...37

3.1. ENSAYO DE VISCOSIDAD SAYBOLT-FUROL (ASTM E-102).....37

3.2. ENSAYO DE PENETRACION (ASTM D-5).......39

3.3.ENSAYO DE DUCTILIDAD (ASTM D-113)41

3.4. ENSAYO DE PUNTO DE REBLANDECIMIENTO ANILLO Y BOLA (ASTM D-36)..............................................................................................................44

3.5. ENSAYO DE PUNTO DE INFLAMACIN (ASTM D-92).46

3.6. ENSAYO DE PRDIDA POR CALENTAMIENTO (ASTM D-6).48

3.7.ENSAYO DE LA MANCHA (AASHTO T-102)...51

3.8. ENSAYO DE PESO ESPECFICO (ASTM D-2419)......54

3.9. INDICE DE PENETRACIN DEL ASFALTO57

CAPITULO 4:

ENSAYOS EN LOS AGREGADOS...59

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4.1. POCENTAJE DE CARAS FRACTURADAS EN LOS AGREGADOS (ASTM D5821-95).....59

4.2. EQUIVALENTE DE ARENA (ASTM D-2419).......60

4.3. ABRASIN DE AGREGADO GRUESO MQUINA DELOS NGELES64

4.4. PESO ESPECFICO AGREGADO FINO (ASTM D-128)...66

4.5. PESO ESPECFICO Y ABSORCIN AGREGADO GRUESO (ASTM D-127)69

4.6. PARTICULAS PANAS Y ALARGADAS (ASTM D-4791)....70

CAPITULO 5:

ENSAYOS SOBRE LA MEZCLA ASFLTICA.74

MEZCLA ASFLTICA....74

5.1.1. GRANULOMETRA Y MEZCLA DE AGREGADOS......74

5.1.1.1. GRANULOMETRA (ASTM C-71)....74

5.1.1.2.MEZCLA DE AGREGADOS...76

5.1.2.DISEO DE MEZCLA ASFLTICA........................78

5.1.2.1. METODO MARSHALL (ASTM D-1559)...78

5.1.2.2 PREPARACIN DE LAS PROBETAS....79

5.1.2.3PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO..83

5.1.2.3.1 DETERMINACIN DE LA DENSIDAD APARENTE....83

5.1.2.3.2 ENSAYO DE ESTABILIDAD Y FLUJO..83

5.1.2.3.3 DETERMINACIN DE LA DENSIDAD MXIMA TERICA.84

5.1.2.4 DETERMINACIN DEL PORCENTAJE PTIMO DE ASFALTO..87

5.2. ENSAYO DE CONTENIDO ASFLTICO (ASTM D-2172)...92

5.3. ENSAYO DE RECUBRIMIENTO Y PELADURA DE ASFALTO ENAGREGADOS (ASTM D-3625)..94

5.4. ENSAYO CNTABRO DE PRDIDAPOR DESGASTE (NLT-159/86)........97

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5.4.1. ENSAYO CNTABRO DE PRDIDA POR DESGASTE PARA MEZCLA CONPOLIMERO EVA..99

5.5. ENSAYO DE MDULO DINMICO ELSTICO (ASTM D-3497)....101

5.5.1. MODO DE USO DEL SOFTWARE....................................103

5.5.2. DESCRIPCIN DEL FORMATO DE RESULTADOS...113

5.6. TENSIN INDIRECTA (ASTM D-4123).......120

CAPITULO 6:

ANALISIS DE RESULTADOS....123

6.1. RESULTADOS ENSAYO MARSHALL.....123

6.2. RESULTADOS ENSAYO CNTABRO O PERDIDA POR DESGASTE129

6.3. RESULTADOS MDULO DINMICO ELSTICO O RESILIENTE.130

6.4. RESULTADOS TENSIN INDIRECTA....132

CAPITULO 7:

ANALISIS DE COSTOS DE PRODUCCIN EN PLANTA PARA LA MEZCLA

CONVENCIONAL Y LA MEZCLA DE INVESTIGACIN...134

7.1 INTRODUCCIN E IMPORTANCIA..134

7.2 COSTOS DIRECTOS.....134

7.2.1 DEFINICIN DE RECURSOS Y COMPONENTES..........134

7.2.1.1

CLCULO DE LA DOSIFICACIN PARA MEZCLA

CONVENCIONAL.135

7.2.1.2 COSTOS DIRECTO PARA MEZCLA CONVENCIONAL...138

7.2.1.3 COSTOS DIRECTO PARA MEZCLA MODIFICADA...........140

7.3 COSTOS INDIRECTOS Y JUSTIFICACIN.......141

7.4 COSTO UNITARIO..142

7.5 EQUIPO NECESARIO..143

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7.6

DETERMINACIN DEL RENDIMIENTO....143

7.7 COMPARACIN DE COSTOS ENTRE LAS DOS MEZCLAS...144

EJEMPLO 1: DISEO DE ESPESOR DE CARPETA ASFLTICA PARA

PAVIMENTO FLEXIBLE CON MEZCLA CONVENCIONAL..144

EJEMPLO 2: DISEO DE ESPESOR DE CARPETA ASFLTICA PARA

PAVIMENTO FLEXIBLE CON MEZCLA MODIFICADA....149

CAPITULO 8:

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.......158

8.1 CONCLUSIONES DE LA INVESTIGACIN.......158

8.2 RECOMENDACIONES PARA EL USO...................160

BIBLIOGRAFA..161

LISTA DE ANEXOS

Pg.

ANEXOS 1...................................163

ANEXOS 2.......165

ANEXOS 3...................................................166

LISTA DE TABLAS

Pg.

Tabla 1: Requisitos de los Cementos Asfalticos Segn especificaciones del MTOP17

Tabla 2: Tipos de abrasin.21

Tabla 3: Cantidades mnimas para ensayo segn el tamao nominal....21

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Tabla 4: Requisitos Granulomtricos para mezclas asflticas en Planta Segnespecificaciones del MTOP25

Tabla 5 : Caracterizacin del Ligante Asfltico AC-20 de ndice de Penetracin

60/70...58

Tabla 6. Resultados de los Ensayos en los Agregados...73

Tabla 7: Anlisis granulomtrico de la mezcla de agregados77

Tabla 8: mezcla asfltica (40% de agregado fino de Mulal y el 60% agregado grueso deCashapamba), Mtodo Marshall90

Tabla 9. Propiedades fsicas del aditivo REDICOTE AP.....96

Tabla 10. Resultados del Ensayo Cntabro para mezcla con polmero EVA y para mezcla

convencional.100

Tabla 11: Resultados del Mdulo Dinmico en mezcla modificada para 10c, 20c y40c...........................................................................................................................117

Tabla 12: Resultados del Mdulo Dinmico en mezcla convencional para 10c, 20c y40.119

Tabla 13 : Resultados del ensayo de Tensin Indirecta en la mezcla modificada..122

Tabla 14. Anlisis de Resultados de Diseo Marshall segn Criterios del Instituto del

Asfalto

(USA)...125

Tabla 15. Porcentaje de Vacos en el Agregado Mineral...125

Tabla 16. Resultados de Estabilidad y Flujo del ensayo Marshall......126

Tabla 17. Resumen de Resultados...133

Tabla 18: Valores de mi recomendados para modificar los coeficientes de capas de base y

sub-base granulares..145

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LISTA DE GRFICOS

Pg.

Grfico N 1: Anlisis granulomtrico de la mezcla de agregados (40% de agregado fino

de Mulal y el 60% de agregado grueso de Cashapamba).....78

Grfico N 2: Curvas de diseo de la primera mezcla asfltica (40% de agregado fino de

Mulal y el 60% de agregado grueso de Cashapamba) - Carpeta (faja 3/4") Mtodo

Marshall..91

Grfico N 3: Comparacin de resultados de la estabilidad entre las mezclas modificadas

y la convencional..................................................................127

Grfico N 4: Comparacin de resultados del flujo entre las mezclas modificadas y la

convencional.....128

Grfico N 5.Comparacin de resultados del ensayo de Tensin Indirecta entre las

mezclas modificadas y la convencional...129

Grfico N 6: Comparacin de resultados del ensayo de Mdulo dinmico entre las

mezclas modificadas y la convencional...131

Grfico N 7.Comparacin de resultados del ensayo cntabro entre las mezclas

modificadas y la convencional.....132

LISTA DE FOTOGRAFAS

Pg.

Fotografa 1: Planta de asfalto del Ing.: MARCO NARANJO...5

Fotografa 2.Stock Agregado Grueso Planta de asfalto del Ing. MARCO NARANJO25

Fotografa 3.Stock Agregado fino Planta de asfalto del Ing. MARCO NARANJO.26

Fotografa 4.Polmero Etileno Vinil Acetato (EVA) ....27

Fotografa 5: llevando la muestra a la temperatura constante de 135C....38

Fotografa 6: Ensayo de viscosidad Saybolt-Furol39Fotografa 7: Preparacin de las Muestras.40

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Fotografa 8: Penetracin en las Muestras.41Fotografa 9: Preparacin de las probetas..42

Fotografa 10: Muestras Estiradas Antes de que se

Rompan..43

Fotografa 11: Preparacin de la Muestra en los Anillos de Bronce..45

Fotografa 12: Bajando todo el conjunto del aparato y muestras a 0C.45

Fotografa 13: Punto de Ablandamiento (Mtodo Anillo y Bola) .46

Fotografia14: Preparacin del equipo y muestra...............................47

Fotografa 15: Ejecucin del Ensayo.48

Fotografa 16: Peso de las Muestras..49

Fotografa 17.- Calentando las muestras en el horno....50

Fotografa 18: Agregando gasolina a la muestra...52

Fotografa 19: Muestra en bao de agua52

Fotografa 20: Tomando muestra para dejar caer en el papel filtro...53

Fotografa 21: Pesando el conjunto picnmetro + asfalto..55

Fotografa 22: Bao de agua a 25C conjunto picnmetro + asfalto +agua...56

Fotografa 23: Separando las partculas fracturadas y no fracturadas...60

Fotografa 24: Agitando la muestra..61

Fotografa 25: Adicin de cloruro de calcio hasta 15"..62

Fotografa 26: Tomando lectura de arcilla.63

Fotografa 27: Tomando lectura de arena..63

Fotografa 28: Colocando el material en la Maquina de los ngeles65

Fotografa 29: Separando el materia fino con tamiz No.12.65

Fotografa 30: Preparando la muestra67

Fotografa 31: Peso Especifico Aparente..68

Fotografa 32: Peso de la muestra en Estado SSS.69

Fotografa 33: Peso de la muestra sumergido70

Fotografa 34: Cuarteo de Muestras..71

Fotografa 35: Pasando las partculas por el calibrador metlico..72

Fotografa 36: Cuarteo de muestras...74

Fotografa 37: Serie de tamices(a); movimientos circulares (b) ...75

Fotografia 38 : Preparacin de la muestra .81

Fotografa 39: Fabricando briquetas mecnicamente........82

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Fotografa 40: Extraccin de las briquetas.82Fotografa 41: Ensayo Marshall Diales de Estabilidad y Flujo.84

Fotografa 42: Ensayo Rice....86

Fotografa 43: Ensayo del contenido asfltico.110

Fotografa 44: Material Cubierto Totalmente con Asfalto.112

Fotografa 45: Incremento de temperatura de 5C por minuto.112

Fotografa 46: Estimacin del porcentaje de asfalto que cubre las partculas.113

Fotografa 47: (a) Briqueta Marshall antes del ensayo, (b) despus de ser sometida a

Ensayo Cntabro..115

Fotografa 48: Ensayo Dinmico utilizando el equipo de tecnologa COOPER

TECHNOLOGY (CRT-HYD25-II Universal Servo Hydraulic Testing

Machine). 119

Fotografa 49: Montaje de Equipo para el ensayo de Tensin Indirecta..138

Fotografa 50: Aplicando carga hasta que falle la briqueta138

LISTA DE FIGURAS

Pg.

Figura 1: Proceso de refinacin del petrleo para obtencin del asfalto.7

Figura 2: Determinacin de la viscosidad de Saybolt-furol...........10

Figura 3: Ensayo normal de penetracin....11

Figura 4: Ensayo punto de reblandecimiento mtodo anillo y bola...11

Figura 5: Diagrama reolgico Newtoniano....12

Figura 6: Ensayo de ductilidad...13Figura 7: Ensayo de perdida por calentamiento.15

Figura 8: Ensayo del punto de inflamacin...15

Figura 9. Ensayo de la mancha, valoracin visual.16

Figura 10. Representacin de los Volmenes en una Briqueta Compactada de Mezcla

Asfltica........................................................................................................................29

Figura 11. (a) Configuracin de Carga y (b) Rotura del Ensayo de Traccin indirecta

Figura 12. Distribucin de Tensiones Terica sobre los Planos Diametral y Vertical para

el Ensayo de Traccin Indirecta.35

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xviii

Figura 13. Ventana 2121Figura 14. Ventana 3121

Figura 15. Ventana 4122






Figura 21. Ventana 10..125



Figura24. Ventana 13...126






Figura 30. Ventana 19.129

Figura 31. Funciones de Carga y Deformacin Versus Tiempo.131

En la figura 32 se muestra la conformacin de las capas para un pavimento

flexible..169

Figura 33: Grfica para hallar a1 en funcin del mdulo resiliente del concreto

asfltico............................................................................................................170

Figura 34: Variacin de los Coeficientes a2, con diferentes parametros de resistencia

de la Base Granular.....171

Figura 35: Variacin de los Coeficientes a3, con diferentes parametros de resistencia

de la Sub-Base Granular..172

Figura 36: Nomograma de Diseo de Pavimentos Flexibles...173

Figura 37: Promedio de Factores de Carga Equivalente..174

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xix

RESUMEN TCNICO

COMPORTAMIENTO DE UNA MEZCLA ASFLTICA MODIFICADA CONPOLMERO ETILENO VINIL ACETATO (EVA).

El presente trabajo de investigacin, fue realizado con el fin de mejorar las propiedades

fsico-mecnicas de las mezclas asflticas mediante la incorporacin del polmero Etileno

Vinil Acetato (EVA)

Se realizaron ensayos para caracterizar las propiedades de los materiales utilizados, de

acuerdo a procedimientos y especificaciones indicados con su respectiva norma, se

efectuaron ensayos sobre las mezclas convencional y modificada como son Marshall,

Cntabro, Tensin indirecta y Mdulo Dinmico Elstico, siendo este el ms

representativo de la investigacin ya que mide las deformaciones de las mezclas a

diferentes temperaturas mediante tecnologa moderna COOPER TECHNOLOGY (CRT-

HYD25-II).

Los resultados obtenidos muestran mejoras significativas en las propiedades de la mezcla

asfltica lo cual permiti concluir que la incorporacin del polmero EVA dentro de unamezcla convencional le da caractersticas de durabilidad e incrementa sus propiedades

fsico-mecnicas para disminuir el deterioro y daos viales producidos por cargas de

trfico.

DESCRIPTORES:

MEZCLAS ASFLTICAS/ POLMERO EVA/ ENSAYOS EN LIGANTE

ASFLTICO/ AGREGADOS PETREOS / ANALISIS DE COSTOS.

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xx

ABSTRACT

BEHAVIOR OF A MIXTURE ASPHALTIC MODIFIED WITH POLYMER

ETHYLENE VINYL ACETATE (EVA).

The present investigation was carried out in order to improve the physical-mechanical

properties of asphalt mixtures through the incorporation of the polymer Ethylene Vinyl

Acetate (EVA).

Tests were conducted to characterize the properties of materials used, according toprocedures and specifications set out with their respective rule, were made tests on the

mixtures conventional and amended as are Marshall, Cantabrian, Tension Indirect and

Module Dynamic Elastic, this being the most representative of the investigation, as

measured the deformations of the mixtures at different temperatures through modern

technology COOPER TECHNOLOGY (CRT-HYD25-II).

The obtained results show significant improvements in the properties of the asphalt

mixture which led it to conclude that the incorporation of the EVA polymer within a

conventional mixture gives characteristics of durability and increases their physical-

mechanical properties to decrease the deterioration and damage caused by road traffic

loads.

DESCRIPTORS:

MIXTURE ASPHALTIC/ POLYMER EVA/ TEST IN THE ASPHALT/

AGGREGATES PETREOS/ ANALYSIS OF COSTS.

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2

1.2. INTRODUCCIN.

Tomando en cuenta que da a da las reservas de petrleo en el Ecuador y en el mundo tienden a

disminuir, por consiguiente la obtencin de sus derivados como lo es el asfalto, por ello nace la

necesidad de buscar nuevos materiales que mejoren las mezclas asflticas.

La tecnologa de los asfaltos y las mezclas asflticas modificadas ha sido una tcnica ampliamente

estudiada y utilizada. Con la adicin de polmeros al asfalto se modifican las propiedades

mecnicas, qumicas y reolgicas de las mezclas asflticas. Cuando se utiliza esta tecnologa se

pretende mejorar el comportamiento que experimentan las mezclas tradicionales cuando son

sometidas a diferentes condiciones de carga y del medio ambiente.

Siendo el objetivo principal del ingeniero diseador de mezclas asflticas mejorar el

comportamiento estructural de los pavimentos y ofrecer comodidad y seguridad al usuario, serequiere buscar la forma de modificar las propiedades mecnicas de la carpeta asfltica, lo que se

consigue con la adicin del polmero Etileno Vinil Acetato ms conocido como EVA.

El grado de aporte de la incorporacin del polmero EVA, en la mejora de las propiedades de las

mezclas asflticas, depende de factores dentro de las cuales podemos mencionar: la tecnologa de

la incorporacin (va seca o va hmeda)2, estructura qumica del polmero, y para el caso la

incorporacin por va hmeda, el tiempo de digestin.

El propsito de esta investigacin es contribuir al mejoramiento de las mezclas asflticas con la

adicin del polmero EVA, que ayude a optimizar la calidad de la capa de rodadura.

El principal resultado a obtenerse es el diseo ptimo de una mezcla asfltica con adicin del

polmero EVA con la utilizacin de agregados y asfaltos de buena calidad y una dosificacin

adecuada en el laboratorio.

1.3.

OBJETIVOS.

1.3.1.OBJETIVO GENERAL.

Disminuir el deterioro y daos viales con el diseo de una mezcla asfltica

modificada, con el polmero EVA.

2M. Ocampo, B.Caicedo& D.Gonzlez.Mezclas Asflticas Mejoradas con Polmeros

.Bogot D.C Universidad de Los Andes.

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3

1.3.2.OBJETIVOS ESPECIFICOS.

1. Mejorar las caractersticas fsico-mecnicas de las mezclas asflticas

convencionales, utilizando el polmero EVA.

2. Determinar el porcentaje de polmero EVA para obtener la mezcla

modificada ptima.

3. Evaluar los cambios en las propiedades fsico-mecnicas de la mezcla

convencional frente a la mezcla modificada.

4. Realizar un anlisis econmico comparativo, entre la mezcla convencional y

la mezcla modificada, para su produccin en planta.

1.4. JUSTIFICACIN.

Es cada vez mayor el dilema: para lograr menores deformaciones y por consiguiente mayor

rigidez, los porcentajes de asfalto en las mezclas deben disminuir, pero por otra parte para lograr

menores fisuraciones los porcentajes deben aumentar3

Esta investigacin es importante, en razn de que es necesario estudiar y mejorar la preparacin,

cuanto tambin el uso y la durabilidad de los pavimentos, obteniendo mezclas resistentes a las

deformaciones permanentes y fisuramientos , para lo cual se requiere la modificacin de estas con

la adicin de elementos , como el polmero EVA que mediante una correcta dosificacinpresentaran mayores ventajas que los asfaltos convencionales de uso intensivo en nuestro medio y

en las carreteras y caminos a nivel nacional ,adems que por la gran demanda de viajes vehiculares

,las superficies se deterioran con mucha facilidad .

1.5. ALCANCE.

La presente investigacin se va a realizar para que se pueda aplicar en la ciudad de Quito puesto

que los agregados a utilizarse para la mezcla asfltica en este proyecto son los mismos de la

localidad ,para la aplicacin en otros sectores se deber realizar los respectivos ensayos y diseosde mezclas utilizando los materiales disponibles de cada zona.

Para el desarrollo y ejecucin se utilizar las instalaciones del laboratorio de suelos y pavimentos

de la EMMOP-Q ubicado al sur de la ciudad, donde se proporcionar el equipo necesario para

realizar los ensayos. Los materiales para la mezcla provienen de la planta de asfalto del Ing.

MARCO NARANJO, ubicada al oriente de la ciudad en el sector de Cashapamba, esta planta

3

C.P.A (Comisin Permanente del Asfalto).Boletn 096.Jornadas Tcnicas del Asfalto. Ciudad dela Plata Argentina.

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4

trabaja con el agregado fino de la mina de Mulal, y con agregado grueso de la mina de

Cashapamba . El polmero Etileno Vinil Acetato ser proporcionado por la empresa BOBEMA

NEDERLAN. B.V, ubicada en la ciudad de Quito.

El tiempo de duracin de esta investigacin es aproximadamente de seis meses, tiempo en el cualse va a obtener como resultado final el diseo de mezcla asfltica modificada con el polmero

EVA, por ltimo se determinar el costo de produccin en planta de esta mezcla modificada y se

comparar con el costo de produccin de las mezclas convencionales.

1.6. METODOLOGIA.

La investigacin abarca desde la caracterizacin de los materiales, el diseo y estudio de las

propiedades mecnicas de las mezclas asflticas mejoradas con polmero Etileno Vinil Acetato, y la

evaluacin de las mejoras en la vida til del pavimento. Para el mejoramiento de las mezclasasflticas se estudiara la incorporacin del polmero en el ligante asfltico.

Para llegar a obtener la mezcla ptima se proceder de la siguiente manera:

1. Determinar las propiedades fsicas y mecnicas del ligante asfltico mediante los ensayos

Viscosidad, Penetracin, Punto de Reblandecimiento, Ductilidad, Prdida por

calentamiento, Punto de Inflamacin, Ensayo de la Mancha y Peso Especifico, los cuales

sern realizados con sus respectivas normas.

2.

Determinar las caractersticas y propiedades de los agregados a utilizarse realizando los

ensayos como son: Porcentaje de Caras Fracturadas, Partculas Alargadas y Planas,

Equivalente de Arena, Abrasin, Peso Especfico, Absorcin y Granulometra los mismos

que sern realizados con sus respectivas normas.

3. Se diseara una mezcla asfltica convencional sin ninguna adicin de polmero por el

Mtodo Marshall4, la cual servir de base para las posteriores modificaciones y obtener el

porcentaje ptimo de asfalto.

4. Luego se proceder a realizar el ensayo de peladura el mismo que nos permitir evaluar si

es o no necesario la utilizacin de algn de aditivo de adherencia.

5. Una vez realizado este ensayo, se proceder a incorporar un cierto porcentaje de polmero

EVA a diferentes mezclas.

6. En las mezclas obtenidas tanto convencional como modificadas se procedern a realizar los

siguientes ensayos: Marshall, Extraccin de Asfalto, Prdida por desgaste (Mtodo

Cntabro), Dinmico Elstico, Tensin Indirecta los mismos que estarn regidos por sus

respectivas normas.

4Asphalt Intitute Serie de Manuales No 22(MS-22).Principios de Construccin de Construccin deMezcla Asfltica en Caliente.

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5

7. Con los resultados en los ensayos realizados en las mezclas asflticas se proceder a

realizar un anlisis, para determinar la mezcla ptima modificada, se revisar los cambios

en las propiedades mecnicas de la mezcla modificada para compararlos con los de la

mezcla convencional.

8.

Por ltimo se realizar un anlisis econmico comparativo entre la mezcla convencional y

modificada para evaluar el costo de produccin en planta por metro cbico.

1.7. UBICACIN DE LA FUENTE DE MATERIALES A UTILIZARSE.

Los materiales componentes a utilizarse en el diseo de la mezcla asfltica con adicin del

polmero EVA provienen de la planta de asfalto del Ing. MARCO NARANJO (ver Fotografa 1),

que dispone de estos materiales, los agregados son de buena calidad los que se verificaran alrealizar los ensayos correspondientes.

La planta de produccin de mezcla asfltica se encuentra en un sitio estratgico, que facilita el

transporte de la mezcla hacia cualquier lugar de trabajo.

Fotografa 1: Planta de asfalto del Ing.: MARCO NARANJO.

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6

CAPITULO 2: MARCO CONCEPTUAL.

2.1 CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES.

2.1.1 EL ASFALTO

El asfalto es un material que puede ser encontrado en la naturaleza en yacimientos naturales o a

travs de la destilacin del crudo de petrleo. Cuando se calienta lo suficiente, el asfalto se ablanda

y se vuelve lquido, lo cual permite cubrir las partculas de agregado durante la produccin de la

mezcla en caliente que se va a producir en esta investigacin.

El asfalto es un material altamente impermeable, adherente y cohesivo, capaz de resistir altos

esfuerzos instantneos y fluir bajo la accin de cargas permanentes.

En su constitucin qumica el asfalto bsicamente est compuesto por varios hidrocarburos

(combinaciones moleculares de hidrogeno y carbono) y algunas trazas de azufre, oxigeno,

nitrgeno y otros elementos. El asfalto, cuando es diluido en un solvente como el heptano, puede

separarse en dos partes principales: asfaltenos y maltenos.

Los asfaltenos no se disuelven en el heptano. Los asfaltenos una vez separados de los maltenos, son

usualmente de color negro o pardo obscuro y se parece al polvo grueso de grafito. Los asfaltenos le

dan al asfalto su color y dureza.

Los maltenos se disuelven en el heptano. Son lquidos viscosos compuestos de resinas y aceites.Las resinas son, por lo general, lquidos pesados de color mbar o pardo obscuro, mientras que los

aceites son de color ms claro. Las resinas proporcionan las cualidades adhesivas en el asfalto,

mientras que los aceites actan como un medio de transporte para los asfaltenos y las resinas .La

proporcin de los asfaltenos y maltenos en los asfaltos puede variar debido a un sin nmero de

factores ,incluyendo altas temperaturas, exposicin a la luz y el oxigeno, tipo de agregado usado en

la mezcla del pavimento y espesor de la pelcula de asfalto en las partculas de agregado.

2.1.2 PRODUCCIN DEL ASFALTO

El asfalto se obtiene de la refinacin por destilacin del crudo de petrleo (ver Figura. 1). Es un

proceso en el cual las diferentes fracciones (productos) son separadas fuera del crudo, por medio de

un aumento en etapas de la temperatura. Existen dos procesos de destilacin con los cuales puede

ser producido despus de haber combinado los crudos de petrleo:

Destilacin por vaco

Extraccin con solventes

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Las fracciones livianas se separan por destilacin simple. Los destilados ms pesados, mejor

conocidos como gasleos, pueden ser separados solamente mediante una combinacin de calor y

vaco. Puede ser producido usando destilacin por vaco a una temperatura aproximada de 480C

(900F), esta puede variar un poco dependiendo del crudo de petrleo que se est refinando, o del

grado de asfalto que se est produciendo. En el proceso de extraccin con solventes, se remueven

mas gasleos del crudo, dejando as un asfalto residual.

Dependiendo del uso, es el tipo de asfalto. En las refineras se deben tener maneras de controlar las

propiedades de los asfaltos que se producen para poder cumplir con ciertos requisitos. Esto se logra

la mayor parte de las veces, mezclando varios tipos de crudos de petrleo antes de procesarlos, para

producir grados intermedios. As un asfalto muy viscoso y uno menos viscoso, pueden ser

combinados para obtener un asfalto con viscosidad intermedia.

Figura 1: Proceso de refinacin del petrleo para obtencin del asfalto.

2.1.3 CARACTERIZACIN DE LOS MATERIALES ASFLTICOS.

Las propiedades y caractersticas de los materiales asflticos dependen de su estructura y

composicin qumica; pero dada su gran complejidad, estos materiales se caracterizan mediante

ensayos empricos para valorar las propiedades que tiene que poseer para emplearse como ligantes

en obra de carreteras.

Las propiedades fundamentales que tiene que poseer los asfaltos para su empleo en carretera son:

Carcter termoplstico: por accin de la temperatura su consistencia debe disminuir de manera

que sean capaces de "mojar" y envolver los ridos. Al enfriarse debe adquirir la consistenciaprimitiva y dar cohesin a la mezcla.

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Buen comportamiento mecnico y reolgico para resistir las tensiones impuestas por el trfico

y poder mantener a las temperaturas de servicio, la estructura de la mezcla asfltica.

Resistir al envejecimiento frente a los agentes atmosfricos y condiciones ambientales para

conservar sus propiedades con el tiempo.

Es decir, que las propiedades fundamentales que deben poseer los asfaltos para emplearse en

carreteras son: adhesividad a los ridos, buen comportamiento reolgico y resistencia al

envejecimiento.

2.1.3.1 ADHESIVIDAD A LOS ARIDOS

Para que el asfalto se adhiera a los ridos es necesario en primer lugar, que haya un buen contacto

entre la superficie del rido y el asfalto, en segundo lugar, que existan fuerzas de atraccin entre

ambos.

La adhesividad rido-ligante es un fenmeno muy complejo que depende de la naturaleza tanto del

rido como del asfalto, as como de las condiciones especficas de estos materiales en la obra

(limpieza y contenido de humedad del rido, temperatura de mezclado, etc.).

Para valorar la adhesividad se emplean numerosos procedimientos lo que da idea de la complejidad

del problema entre algunos de los ensayos los ms significativos son, Ensayo de recubrimiento y

peladura de asfalto en agregados, Ensayo Vialit, Ensayo de Inmersin-compresin, Ensayo en Pista

con inmersin.

En esta investigacin se realizara solo el ensayo ms representativo que es el Ensayo de

recubrimiento y peladura.

Ensayo de recubrimiento y peladura de asfalto en agregados.- Este ensayo describe el

procedimiento que debe seguirse para valorar, en forma emprica, el efecto de la accin del agua

sobre la pelcula asfltica que recubre un agregado, mediante un ensayo de adhesividad pasiva

(stripping), que intenta poner de manifiesto la afinidad recproca entre ambos materiales.

Tambin, podr utilizarse para juzgar un agregado con respecto a un ligante asfltico tipo o para

juzgar un asfalto con respecto a un agregado tipo. As mismo, se puede emplear para valorar la

accin de los aditivos que se utilicen para mejorar la adhesividad (cubrimiento).

Este ensayo consiste bsicamente en realizar una mezcla con 100 gramos de agregado seco con un

tamao de 3/8 de pulgada y 5 gramos de asfalto, el material asfltico se mezcla vigorosamente

hasta que las partculas de agregado queden totalmente recubiertas. Se deja enfriar esta mezcla

durante 1 o 2 horas aproximadamente a temperatura ambiente, luego de esto se la coloca en un vaso

de vidrio con agua con capacidad de 500 cm3.

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Se procede a hervir el agua con la mezcla con un incremento de temperatura de 5C por minuto,

una vez que hierva el agua dejamos que se mantenga as por 10 minutos.

El resultado de este ensayo es de caracterizacin visual de acuerdo a la cantidad de asfalto

desprendido de las partculas de agregado. El procedimiento a seguir en la realizacin del ensayo seexplica con detalle en el mtodo ASTM D-3625.

En el presente estudio se utilizara este ensayo para ver si es necesario la adicin de algn tipo de

aditivo adherente.

2.1.3.2 COMPORTAMIENTO REOLOGICO

El comportamiento reolgico de los asfaltos es de fundamental importancia para su empleo en

carreteras, tanto para conseguir una correcta manipulacin y puesta en obra, como para valor su

comportamiento en servicio.

Los asfaltos presentan un comportamiento reolgico muy complejo que depende de la temperatura,

de carga y tiempo de aplicacin .A bajas temperaturas y durante intervalos pequeos de tiempo el

asfalto tiene un carcter elstico, mientras que a temperatura moderadamente elevadas o tiempos de

aplicacin muy largos, la elasticidad prcticamente desaparece, y el asfalto se deforma

permanentemente y fluye .El mayor o menor grado de elasticidad depende de la composicin y

estructura coloidal .

Para caracterizar el complejo comportamiento reolgico de los asfaltos se realizan ensayos

empricos de consistencia.

2.1.3.2.1 ENSAYOS EMPRICOS DE CONSISTENCIA

La caracterizacin de las propiedades reolgicas de los asfaltos, se realizan habitualmente mediante

una serie de ensayos empricos de fcil ejecucin .A continuacin se expone muy brevemente los

ms usuales.

Viscosidad.- La finalidad del ensayo de viscosidad es determinar el estado de fluidez de los

asfaltos a la temperatura que se emplea durante su aplicacin. La viscosidad o consistencia del

asfalto se mide en el ensayo de viscosidad Saybolt-Furol , se emplea un viscosmetro Saybolt con

orificio furol . Se coloca en un tubo normalizado cerrado con un tapn de corcho una cantidad

especfica de asfalto .Como la temperatura a que se determina la viscosidad de los asfaltos son

frecuente mente superior a los 100C, el bao de temperatura constante del viscosmetro se llena

con algn tipo de aceite. Cuando el asfalto a alcanzado una temperatura establecida, se quita el

tapn y se mide el tiempo necesario en segundos para que pasen a travs del orificio Furol 60 ml

del material.

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Cuanto ms viscoso son los materiales ms tiempo es necesario para que pasen a travs del orificio.

La figura 2 representa el procedimiento del ensayo. Los valores

obtenidos se expresan como segundos Saybolt-Furol (SSF). Los aparatos y procedimientos para la

realizacin de este ensayo se describen detalladamente en el mtodo ASTM E-102.

Figura 2: Determinacin de la viscosidad de Saybolt-furol.

Penetracin.-El ensayo de penetracin determina la dureza o consistencia relativa de un asfalto,

midiendo la distancia que una aguja normalizada penetre verticalmente en una muestra del asfalto

en condiciones especificadas de temperatura, carga y tiempo. Cuando no se mencionan

especficamente otra condiciones, se entiende que la medida de la penetracin se hace a 25C, que

la aguja est cargada con 100 gr y que la carga se aplica durante 5 s ( ver Figura 3) ,La penetracin

determinada en estas condiciones se llama penetracin normal .Es evidente que cuanto ms blando

sea el asfalto mayor ser la cifra que indique su penetracin .

Los asfaltos se clasifican en grados segn su dureza o consistencia por medio de la penetracin.

El Instituto de Asfalto ha adoptado cuatro grados de asfalto para pavimentacin con penetraciones

comprendidas dentro de los mrgenes siguientes 60-70, 85-100, 120-150 y 200-300 Adems, el

Instituto tiene especificaciones para un asfalto de penetracin comprendida en el margen 40-50,

que se usa en aplicaciones especiales e industrias. Los aparatos y procedimientos para realizar el

ensayo de penetracin se describen en el Mtodo ASTM D-5.

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Figura 3: Ensayo normal de penetracin.

Punto de reblandecimiento.- Los asfaltos de diferentes tipos reblandecen a temperaturas

diferentes .El punto de reblandecimiento se determina usualmente por el mtodo de ensayo

arbitrario de anillo y bola .Aunque este ensayo no se incluye en las especificaciones para los

asfaltos de pavimentos , se emplea frecuentemente para caracterizar los materiales ms duros

empleados en otras aplicaciones e indica la temperatura a que estos asfaltos se hacen fluidos

.Consiste en llenar de asfalto fundido dos anillos de latn de dimensiones normalizadas .Las

muestras as separas se suspende de un bao de agua destilada y sobre el centro de la muestra se

sita una bola de acero de dimensiones y peso especificados (ver Figura 4). A continuacin se

calienta el bao a una velocidad de 5 C por minuto y se anota la temperatura en el momento en

que la bola de acero caiga desde una distancia de 25 mm. Esta temperatura se llama punto de

reblandecimiento del asfalto. Los procedimientos y aparatos necesarios para la realizacin del

ensayo se describen con detalle en el mtodo ASTM D-36.

Figura 4: Ensayo punto de reblandecimiento mtodo anillo y bola.

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ndice de penetracin .- Establecido por Pfeiffer y Van Doormal a partir de los valores de

penetracin a 25C y del punto de reblandecimiento, es una medida de la susceptibilidad con la

temperatura .Su valor da una indicacin de la estructura coloidal y del comportamiento reolgico

Asfaltos con ndice de penetracin bajos (IP>-1) presentan un comportamiento newtoniano (ver

Figura 5) y son muy susceptibles a la temperatura mientras que los asfaltos con ndices elevados

(IP>+1) son poco susceptibles a la temperatura y presentan un comportamiento de flujo no

newtoniano con cierta elasticidad y tixotropa .Los asfaltos empleados en carretera tienen ndices

de penetracin comprendidos entre +1 y -1 y presentan caractersticas de flujo intermedias a los

anteriores.

Figura 5: Diagrama reolgico Newtoniano.

NOTAS:(*) El ndice de penetracin (IP) se determina a partir del valor de la penetracin en mm/10, a 25

C, 100 gramos y 5 segundos (Pen) y del punto de ablandamiento, C, por el mtodo de anillo y

bola (Tab) , segn las expresiones siguientes:

50. IP .

(**) Deber indicarse el tipo de solvente. Si se usan solventes con xileno debe especificarse el

porcentaje a emplear.

Ductilidad.-Es una caracterstica de los asfaltos importante en muchas aplicaciones .La presencia

o ausencia de ductilidad, sin embargo, tiene usualmente mayor importancia que el grado de

ductilidad existente. Los asfaltos dctiles tienen normalmente mejores propiedades aglomerantes

que aquellos que les falta esta caracterstica .Por otra parte ,los asfaltos con una ductilidad muy

elevada son usualmente ms susceptibles a los cambios de temperatura .En algunas aplicaciones

,como las mezclas para pavimentacin, tienen gran importancia la ductilidad y el poder

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aglomerante, mientras que en otras , como la inyeccin bajo losas de hormign y el relleno de

grietas, la propiedad ms esencial es una baja susceptibilidad a los cambios de temperatura .

La ductilidad del asfalto se mide en un ensayo de extensin del tipo representado en la figura 6. El

ensayo consiste en moldear en condiciones y con dimensiones normalizadas una probeta de asfaltoque despus se somete a la temperatura normalizada del ensayo y se somete a alargamiento con una

velocidad especificada hasta que el hilo que une los dos extremos rompe. La longitud (en cm) a la

que el hilo de material se rompe define la ductilidad. Las condiciones normalizadas para este

ensayo se determinan detalladamente en el mtodo ASTM D-113.

Figura 6: Ensayo de ductilidad

2.1.3.2.2

RESISTENCIA AL ENVEJECIMIENTO

Envejecimiento es el nombre genrico dado a una serie de cambios en las propiedades de los

materiales que ocurre durante periodos de tiempo ms o menos largos, y que originan la

degradacin parcial o total de los mismos.

Los asfaltos presentan una gran resistencia al envejecimiento como consecuencia de su naturaleza

fundamentalmente hidrocarbonado de baja reactividad; pero durante su manipulacin y periodo de

servicio estn sometidos a una serie de factores y agentes externos que originan cambios en su

composicin y repercuten negativamente sobre sus propiedades.

En pavimentacin, los asfaltos estn sometidos a diferentes procesos de envejecimiento. En primer

lugar hay que considerar el envejecimiento producido durante el transporte en las cisternas y el

almacenamiento en los tanques de la planta ,donde el factor principal que causa el envejecimiento

es la temperatura .Durante la fabricacin de la mezcla asfltica en caliente el ligante est sometido

a altas temperaturas en presencia del oxigeno atmosfrico, ,siendo por tanto la temperatura y el

oxigeno los factores ms importantes a considerar, aunque tambin hay una adsorcin de algunas

fracciones de asfalto por los ridos ,especialmente por el filler.

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Finalmente, durante el periodo de servicio estn expuestos a los agentes ambientales (radiacin

solar, oxigeno, agua, temperatura, microorganismos, etc.) y a contaminacin por los lubricantes y

carburantes que arrojan los vehculos a su paso por el firme.

El envejecimiento es un fenmeno fsico qumico muy complejo, que consiste fundamentalmenteen una prdida de los componentes ms voltiles y en un proceso de oxidacin; por tanto, depende

de la composicin y estructura qumica del asfalto y de otros parmetros inertes a la mezcla

asfltica (huecos de la mezcla, espesor de la pelcula de asfalto, etc.), as como las condiciones

ambientales (temperatura, radiacin solar, humedad, etc.).

De forma general, el oxigeno atmosfrico reacciona con los constituyentes ms reactivos del betn,

dando lugar a reaccin de oxidacin, deshidrogenacin, condensacin y polimerizacin, lo que

provoca alteraciones en su composicin qumica .Estas reacciones son activas por efecto de la

temperatura, asi como por efectos de la radiacin solar; el agua de lluvia contribuye al

envejecimiento al solubilizar algunos de los compuestos de oxidacin.

Los cambios de composicin qumica dan lugar a alteraciones en su estructura coloidal, ya que

como consecuencia de estas reacciones se produce un aumento del contenido de asfaltenos , y una

disminucin del contenido de resinas y de los compuestos ms aromticos, lo que conduce a una

gelificacin progresiva del sistema coloidal.

Estas variaciones de composicin qumica y estructura coloidal se traduce en un endurecimientodel asfalto (disminucin de la penetracin, aumento del punto de reblandecimiento A y B, aumento

de la fragilidad, etc.), una prdida del poder aglomerante.

El nmero de mtodos existentes para valorar el envejecimiento de los asfaltos es muy elevado,

posiblemente debido a la imposibilidad de recoger en un solo mtodo la simulacin de todos los

procesos de manipulacin a que estn sometidos estos materiales desde su fabricacin hasta su

puesta en obra, as como el envejecimiento posterior producido su periodo de servicio.

A continuacin se exponen los principios bsicos de los mtodos ms representativos y de mayoruso, utilizados para envejecer de forma acelerada en el laboratorio de asfaltos.

Perdida por calentamiento.- Con este ensayo se determina la prdida por calentamiento del

ligante asfltico expresada en porcentaje de peso. Estos ensayos no son verdaderas pruebas,

solamente son procedimientos que exponen una muestra de asfalto a unas condiciones que

aproximan las ocurridas durante las operaciones de las plantas de mezclado en caliente.

Este ensayo consiste en colocar 50 gramos de ligante asfltico en un recipiente de forma cilndrica,

fondo plano con un dimetro de 5.5cm y una altura de 3.5cm. Sometiendo a las muestras a unatemperatura constante de 1631C durante 5 horas en un horno con base giratoria (ver Figura 7),

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las revoluciones de la base sern de 5 a 6 rev/minuto. El procedimiento a seguir en la realizacin

del ensayo se explica con detalle en el mtodo ASTM D-6.

Figura 7: Ensayo de perdida por calentamiento

Punto de inflamacin.-El punto de inflamacin de un ligante asfltico es la temperatura ms baja

a la cual se separan materiales voltiles de la muestra, y crean un destello en presencia de una

llama abierta. El punto de inflamacin no debe ser confundido con el punto de combustin, el cual

es la temperatura ms baja a la cual el ligante asfltico se inflama y se quema. El punto de

inflamacin consiste, tan solo, en la combustin instantnea de las fracciones voltiles que se estn

separando del asfalto.

El punto de inflamacin de un asfalto se mide por el ensayo en vaso abierto Cleveland .segn

condicin normalizada prescrita en el mtodo ASTM D-92. En la figura 8 se representa

esquemticamente el ensayo. Un vaso abierto de latn se llena parcialmente con asfalto y se

calienta a una velocidad establecida .Se hace pasar peridicamente sobre la superficie de la muestra

una pequea llama, y se define punto de llama la temperatura a la que se han desprendido vapores

suficientes para producir una llamarada repentina.

Figura 8: Ensayo del punto de inflamacin.

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Ensayo de la mancha.-El ensayo de la mancha o de "Oliensis" es un procedimiento que permite

comprobar si un asfalto ha sido sometido a temperaturas capaces de originar procesos de

descomposicin trmica (cracking) o si ha sido contaminado con productos que los hayan tenido.

Para la realizacin de este ensayo el solvente utilizado es gasolina. El resultado de esta prueba tiene

una valoracin visual (ver Figura 9). El procedimiento a seguir en la realizacin del ensayo se

explica con detalle en el mtodo AASHTO T-102.

Figura 9. Ensayo de la mancha, valoracin visual.

Peso especifico.- Aunque normalmente no se especifica, es deseable conocer el peso especfico del

asfalto que se emplea. Este conocimiento es til para hacer las correcciones de volumen cuando

este se mide a temperaturas elevadas .Se emplea tambin como uno de los factores para la

determinacin de los huecos en las mezclas asflticas para pavimentacin compactadas. El peso

especifico es la relacin del peso de un volumen determinado del material al peso de igual

volumen de agua, estando ambos materiales a temperaturas especificadas .As, un peso

especificado de 1.05 significa que el material pesa 1.05 veces lo que pesa el agua a temperatura

fijada. Todos los lquidos y la mayor parte de los slidos sufren cambios de volumen cuando varia

la temperatura .Se expansionan cuando se calientan y se contraen cuando se enfran. Para fijar

condiciones determinadas aplicables a un valor dado del peso especifico, debe indicarse la

temperatura del material y la del agua. As por ejemplo P.E. a 25/25 C indica que la determinacin

se ha hecho con ambos materiales a una temperatura de 25 C. El peso especfico del asfalto se

determina normalmente por el mtodo del picnmetro, descrito en los mtodos ASTM D-70.

En Ecuador PETROECUADOR, produce cementos asflticos en la refinera de Esmeraldas, que

por sus caractersticas fsicas de penetracin (segn el MTOP 60-70 u 85-100 mm/10) es utilizado

como un asfalto AP-3 .Los resultados de los ensayos antes indicados comparados con sus

respectivas especificaciones de la Tabla 1, nos lleva a concluir si este asfalto es apto o no para

tal uso.

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ENSAYOS 60-70 85-100

Betn original

Viscosidad a 135C Saybolt-Furol,SSFPenetracin (25C,100gr,5s)mm/10

Punto de ablandamiento A y B, C

ndice de penetracin(*)

Ductilidad (25C,5 cm/min),cm

Contenido de agua(en volumen),%

Solubilidad en Tricloroetileno,%

Punto de inflamacin, Copa Clevelan, C

Densidad relativa, 25C /25CEnsayo de la mancha(**)

Contenido de parafinas,%

MINIMO MAXIMO

100 _60 70

48 57

-1.5 +1,5

100 _

_ 0,2

99 _

232 _

1,00 _NEGATIVO

_ 2,2

MINIMO MAXIMO

85 _85 100

45 63

-1.5 +1,5

100 _

_ 0,2

99 _

232 _

1,00 _NEGATIVO

_ 2,2

Tabla 1: Requisitos de los Cementos Asfalticos Segn especificaciones del MTOP.

2.1.4 DISEO DE MEZCLAS ASFLTICAS

El objetivo principal del diseo mezclas asflticas de pavimentacin, consiste en determinar una

combinacin y graduacin econmica de asfalto y agregados (dentro de los lmites de las

especificaciones del proyecto) que produzcan una mezcla con:

Suficiente asfalto para proporcionar un pavimento durable.

Buena estabilidad para satisfacer las demandas de trnsito sin producir deformaciones o

desplazamientos.

Suficiente trabajabilidad para evitar la segregacin al momento de colocacin.

Un contenido de vacos lo suficientemente alto, para permitir una ligera cantidad de

compactacin adicional bajo las cargas producidas por el paso de vehculos sin que se

produzca exudacin.

El diseo de mezcla adecuado, es generalmente el ms econmico y que cumple satisfactoriamente

los criterios mencionados anteriormente.

Se han desarrollado algunos mtodos de proporcionamiento de asfalto y agregado para una mezcla

asfltica en caliente. Siendo los ms conocidos los siguientes: Marshall, Hveem, Hubbard-Field y

Triaxial de Smith.

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En esta investigacin se utilizara el mtodo Marshall siendo un diseo de mezcla adecuado,

generalmente el ms econmico y que cumple satisfactoriamente los criterios mencionados

anteriormente.

2.1.4.1

MTODO DE DISEO MARSHALL

El concepto de este mtodo fue desarrollado por Bruce Marshall, ingeniero del estado de

Mississipi. En su forma actual surgi de una investigacin iniciada por el Cuerpo de Ingenieros del

Ejrcito de los Estados Unidos en 1943. Su propsito es determinar el contenido ptimo de asfalto

para una combinacin especfica de agregados. El mtodo tambin provee informacin sobre

propiedades de la mezcla asfltica en caliente y establece densidades y contenidos ptimos de

vacos que deben ser cumplidos durante la construccin del pavimento. El mtodo Marshall solo se

aplica a mezclas asflticas (en caliente) de pavimentacin, que usan cemento asfltico clasificadopor penetracin o viscosidad y que contienen agregados con tamao mximo de 25 mm (1

pulgada). Puede ser usado para el diseo en laboratorio o para el control de campo de pavimentos.

Se deben utilizar probetas 64 102 mm de dimetro. Una serie de muestras, cada una con la misma

combinacin de agregados pero con diferente contenido de asfalto, son preparadas de acuerdo a

procedimientos especficos.

Los dos datos ms importantes del diseo de mezclas del mtodo Marshall son:

Anlisis de la relacin vacos- densidad Prueba de estabilidad- flujo de las muestras compactadas.

A continuacin se presenta la metodologa seguida en el diseo realizado.

Caracterizacin de agregados

Porcentaje de caras fracturadas en los agregados (ASTM D 5821-95).

Equivalente de arena (ASTM D-2419).

Abrasin de agregado grueso maquina de los ngeles (ASTM-131).

Determinacin del peso especfico del agregado fino (ASTM D-128).

Determinacin del peso especfico y absorcin del agregado grueso (ASTM D-127).

Anlisis granulomtrico (ASTM D-422).

Partculas planas y alargadas (ASTM D-4791).

Caracterizacin de asfaltos

Trabajado de acuerdo a lo indicado en la tabla 1.

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Elaboracin de probetas de ensayo.

Cada una contiene una diferente cantidad de asfalto, las muestras son preparadas de la siguiente

manera:

El asfalto y los agregados se calientan y se mezclan hasta que todas las partculas estn

revestidas de asfalto. Para simular el proceso de calentamiento y mezclado que ocurre en

la planta.

Luego de haber mezclado, es colocada en los moldes Marshall para despus compactarlas

con el martillo.

Las probetas son compactadas mediante golpes del martillo. El nmero de golpes que se

darn para este caso en esta investigacin ser de 75 ya que se trata de modificar una

mezcla asfltica para trfico pesado. Luego de esto, se deja enfriar las briquetas y

posteriormente son extradas de los moldes.

Despus de que las probetas han sido preparadas se procede a determinar el peso

especifico total, medir la estabilidad, la fluencia Marshall, analizar la densidad y el

contenido de vacos de cada una.

2.1.5 CARACTERIZACIN DE MATERIALES GRANULARES

Agregado mineral: Conocido como roca, material granular o agregado mineral es cualquier

material duro e inerte utilizado en forma de partculas graduadas o fragmentos, como parte de unpavimento asfltico. Los agregados tpicos incluyen arena, grava, piedra triturada, escoria y polvo

de roca.

2.1.5.1 AGREGADO GRUESO

Porcentaje de caras fracturadas en los agregados (ASTM D 5821-95). El propsito de este

ensayo es de maximizar la resistencia al esfuerzo cortante con el incremento de la friccin entre las

partculas. Otro propsito es dar estabilidad a los agregados empleados para carpeta o afirmado; ydar friccin y textura a agregados empleados en pavimentacin.

La forma de las partculas de los agregados puede afectar la trabajabilidad durante su colocacin;

as como la cantidad de fuerza necesaria para compactarla a la densidad requerida y la resistencia

de la estructura del pavimento durante su vida de servicio.

Las partculas irregulares y angulares generalmente resisten el desplazamiento en el pavimento,

debido a que se entrelazan al ser compactadas. El mejor entrelazamiento se da, generalmente, con

partculas de bordes puntiagudos y de forma cbica, producidas, casi siempre por trituracin.

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20

Este ensayo describe la determinacin del porcentaje, en peso, de una muestra de agregado grueso

que presenta una, dos o ms caras fracturadas.

El nmero especificado de caras fracturadas, se calcula de acuerdo a la siguiente frmula:

Ecuacin N1: Porcentaje de partculas con el nmero especificado de caras fracturadas.

100*2/

++

+=

NQF

QFP

Donde:

P = Porcentaje de partculas con el nmero especificado de caras fracturadas.

F =Peso o cantidad de partculas fracturadas con al menos el nmero especificado de carasfracturadas.

Q =Peso o cantidad de partculas cuestionables.

N =Peso o cantidad de partculas en la categora de no fracturadas que no cumplen el criterio de

fractura.

Abrasin de agregado grueso maquina de los ngeles (ASTM-131).El mtodo se emplea para

determinar la resistencia al desgaste de agregados naturales o triturados, empleando la mquina de

Los ngeles.

Los agregados deben ser capaces de resistir el desgaste irreversible y degradacin durante la

produccin, colocacin y compactacin de las obras de pavimentacin, y sobre todo durante la vida

de servicio del pavimento.

Por otro lado, los agregados transmiten los esfuerzos a travs de los puntos de contacto donde

actan presiones altas. El Ensayo de Desgaste de Los ngeles,

ASTM C-131 AASHTO T-96 y ASTM C-535, mide bsicamente la resistencia de los puntos de

contacto de un agregado al desgaste y/o a la abrasin.

El resultado del ensayo se expresa en porcentaje de desgaste, calculndose como la diferencia entre

el peso inicial y final de la muestra de ensayo con respecto al peso inicial.

Ecuacin N2: Porcentaje de Desgaste.

100*%Pinicial

PfinalPinicialdeDesgaste

=

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Entre menor sea el porcentaje de desgaste obtenido en el ensayo, mayor ser la resistencia de los

materiales para soportar la abrasin producida por efecto de las cargas del trnsito vehicular.

El desgaste mximo permisible es de 35%. De acuerdo a la graduacin del material existen 4 tipos

de abrasin (ver Tabla 2).

Tabla 2: Tipos de abrasin

Determinacin del peso especfico y absorcin del agregado grueso (ASTM D-127).

El ensayo tiene por objeto la determinacin del peso especfico aparente y del peso especfico

bulk, lo mismo que la cantidad de agua que se absorbe en el agregado grueso cuando se sumerge

en agua por un periodo de 24 horas, expresada como un porcentaje en peso.

Las cantidades mnimas para ensayo se indican en la Tabla 3, en funcin del tamao mximo

nominal del agregado.

Tamao mximo Cantidad

nominal mnima de muestramm (pulg) kg

hasta 12.5 1/2 2

19.0 3/4 325.0 1 4

37.5 1 1/2 5

50.0 2 8

63.0 2 1/2 12

75.0 3 18

90.0 3 1/2 25

Tabla 3: Cantidades mnimas para ensayo segn el tamao nominal.

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Las ecuaciones utilizadas para calcular el peso especfico y la absorcin :

Ecuacin N3: Peso Especfico Bulk.

CB

A

PEbulk =

Ecuacin N4: Peso Especfico Aparente.

CA

APEa

=

Ecuacin N5: Peso Especfico Saturado.

CB

B

PEs =

Ecuacin N6: Porcentaje de Absorcin.

A

ABAbsorcin

=%

Donde:

A = Peso del material seco en horno.

B = Peso del material saturado con superficie seca.

C = Peso del material en el agua.

Partculas planas y alargadas (ASTM D-4791).-Las partculas planas y alargadas son definidas

respectivamente, como aquellas partculas cuya dimensin ltima es menor que 0.6 veces su

dimensin promedio y aquellas que son mayores 1.8 veces la dimensin promedio. Para el

propsito de esta prueba, la dimensin promedio se define como el tamao medio entre las dos

aberturas 1 a , a , a 3/8, etc. entre las que los agregados son retenidos al ser

tamizados.

Despus de haber sido cribados por la malla de abertura cuadrada y de dos mallas respectivamente,

las partculas planas pueden ser separadas rpidamente pasndolas por cribas con ranuras, pero en

este caso, se necesita un tipo de criba para cada tamao. El porcentaje por peso de las partculas

planas y alargadas se le designa con el nombre de ndice de aplanamiento e ndice de alargamiento.

Ecuacin N7: ndice de Aplanamiento.

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100*(%)Wi

PiIAP =

Ecuacin N8: ndice de Alargamiento.

100*Wi

RiIAL =

Donde:

Pi = Peso de las partculas que pasan por la ranura correspondiente.

Wi = Peso inicial de esa fraccin.

Ri = Peso de las partculas que se retienen en la ranura correspondiente.

El valor correspondiente al ndice de alargamiento e ndice de aplanamiento se redondeara al

inmediato entero superior.

2.1.5.2 AGREGADO FINO

Equivalente de arena (ASTM D-2419). Este mtodo de ensayo asigna un valor emprico a la

cantidad relativa, finura y caractersticas del material fino presente en una muestra de ensayo

formado por suelo granular que pasa el tamiz N4 (4.75 mm). El trmino Equivalente de Arena

transmite el concepto que la mayora de los suelos granulares y agregados finos son mezcla de

partculas gruesas, arenas y generalmente finos.

Para determinar el porcentaje de finos en una muestra, se incorpora una medida de suelo y solucin

de cloruro de calcio (Ca Cl2) en una probeta plstica graduada que luego de ser agitada separa el

recubrimiento de finos de las partculas de arena; despus de un perodo de tiempo, se pueden leer

las alturas de arcilla y arena en la probeta. El equivalente de arena es la relacin de la altura de

arena respecto a la altura de arcilla, expresada en porcentaje.

Determinacin del peso especfico del agregado fino (ASTM D-128).Este ensayo tiene como

objetivo la determinacin del peso especfico aparente, lo mismo que la cantidad de agua que se

absorbe en el agregado fino cuando se sumerge en agua por un periodo de 24 horas, expresada

como un porcentaje en peso.

El peso especfico aparente es la relacin entre el peso al aire del slido y el peso del agua

correspondiente a su volumen aparente.

El procedimiento para realizar este ensayo es el descrito en la norma ASTM D-128.

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Las ecuaciones utilizadas para calcular el peso especfico y la absorcin:

Ecuacin N9: Peso especfico Aparente.

CBA

A

PE +=

Ecuacin N10: Absorcin.

A

AAbsorcin

=

500%

Donde:

PE = Peso especfico.

A = Peso del material seco en horno.

B = Peso del matraz lleno con agua a 20 C.

C = Peso del matraz + agregado + agua a 20C.

Anlisis granulomtrico (ASTM D-422). El anlisis granulomtrico tiene como objeto, que las

partculas de agregado estn dentro de un cierto margen de tamaos y que cada tamao de partculas est

presente en la mezcla de pavimentacin en ciertos porcentajes.

Esta distribucin de varios tamaos de partculas dentro del agregado es comnmente llamada

graduacin del agregado o graduacin de la mezcla.

El mtodo utilizado para determinar la graduacin de los agregados es por tamizado seco, el mismo que

tiene las siguientes caractersticas:

Las muestras para el tamizado son reducidas por medio de un cuarteador de muestras.

Los materiales finos y gruesos son separados utilizando un tamiz de 2.36 mm (N8).

Las muestras son secadas en el horno hasta un peso constante.

Las muestras finas y las muestras gruesas son tamizadas separadamente.

El peso de las fracciones (porciones) retenidas en cada tamiz, y el platn que esta al final

de los tamices, es registrado, as como la graduacin de cada muestra (parte fina y parte

gruesa).

Para la elaboracin de la mezcla asfltica de investigacin se va a trabajar con los agregados de la

planta de asfalto del Ing. MARCO NARANJO (ver Fotografa 2 y 3). Los agregados son de tipo

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A5, los mismos que sern sometidos a las exigencias de calidad requeridas en las especificaciones

del MTOP. La granulometra a utilizarse est expuesta de acuerdo a la Tabla 4.

TAMIZ Porcentaje en peso que pasa a travsde los tamices de malla cuadrada

3/8 N4

1 (25.4 mm.) (19.0 mm.) (12.7 mm.)3/8 (9.50 mm.)N 4 (4.75 mm.)N 8 (2.36 mm.)N 16 (2.36 mm.)N 30 (0.60 mm.)

N 50 (0.30 mm.)N 100 (0.15 mm.)N 200 (0.075 mm.)

10090-100

__56-8035-6523-49

____

5-19__2-8

__100

90-100__

44-7428-58

____

5-21__2-10

____

10090-10055-8532-67

____

7-23__2-10

______

10080-10065-10040-8025-65

7-403-202-10

Tabla 4: Requisitos Granulomtricos para mezclas asflticas en Planta Segn especificaciones del

MTOP.

Fotografa 2.Stock Agregado Grueso Planta de asfalto del Ing. MARCO NARANJO.

5MOP-001-F-2002.Tomo II. Especificaciones Generales para la Construccin de Caminos yPuentes

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Fotografa 3.Stock Agregado fino Planta de asfalto del Ing. MARCO NARANJO.

2.1.6 EL POLMERO.

Los polmeros son sustancias de alto peso molecular formada por la unin de cientos de miles de

molculas pequeas llamados monmeros (compuestos qumicos con molculas simples). Se

forman as molculas 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.

Hoy en da, el uso de los polmeros se ha expandido a varias aplicaciones debido a su baja

densidad, alta resistencia a la corrosin, alta resistencia mecnica y otras propiedades importantes.

La utilizacin comercial de un nuevo producto como el caso de los polmeros depende del costo y

sus propiedades. El costo, depende bsicamente de su proceso de polimerizacin y la

disponibilidad de los monmeros. As, las principales fuentes de materia prima para la produccin

de monmeros son:

Productos Naturales.

Hulla o Carbn Mineral.

Petrleo

Produccin de los polmeros

Los polmeros al igual que muchos materiales se obtienen a partir de materia prima en plantas

especializadas. El proceso para producir un polmero es llamado polimerizacin, existen dos tipos:

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Polimerizacin en cadena: el material inicial para la polimerizacin en cadena con frecuencia es

un monmero, en el que hay un enlace doble que se puede abrir con la ayuda de un compuesto

llamado iniciador (sustancia orgnica o inorgnica o tambin puede ser un catalizador que no se

consume en la reaccin). Se lleva a cabo utilizando temperatura elevada y presin baja, este

proceso es conocido tambin como polimerizacin por adicin. Las estructuras ms frecuentes para

llevar a cabo este tipo de reaccin son los hidrocarburos, en los que el carbono y el hidrogeno

pueden formar cadenas rectas (hidrocarburos alifticos) y anillos de benceno (hidrocarburos

aromticos).

Polmeros de reacciones por pasos: en este caso se unen dos monmeros en grupos cortos que

crecen gradualmente, pero tambin se libera un derivado de bajo peso molecular, por ello se le

llama tambin reaccin por condensacin. En estos polmeros, la longitud promedio de la partcula

es controlada cuando se lleva a cabo la reaccin, esto significa que el grado de polimerizacin onmero de meros es controlado.

Polmeros utilizados en la modificacin de asfaltos

Actualmente los cementos asflticos son modificados con elastmeros, SBR y SBS, o con

plastmeros (EVA), los nombres completos para estos compuestos son los siguientes: Etileno-

Vinil-Acetato (EVA), Estireno- Butadieno- Latex (SBR) y Estireno-Butadieno-Estireno (SBS).

Para el desarrollo de este proyecto se utilizara cmo polmero de adicin a la mezcla el Etilenovinil Acetato (Fotografa 4.) proporcionado por la empresa BOBEMA NEDERLAND B.

Fotografa 4.Polmero Etileno Vinil Acetato (EVA).

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Una de las principales caractersticas que presenta el cemento asfltico modificado con el polmero

EVA es el aumento en la viscosidad de la mezclas resultante, hacindola la flexible a bajas

temperaturas y menos plstica a altas .Entre los principales beneficios en los pavimentos estn las

mejoras a la deformacin permanente, a la fatiga y la resistencia al fisuramiento a bajas

temperaturas.

El proceso que se utilizara para la incorporacin del polmero EVA en la mezcla asfltica ser por

medio del proceso hmedo, en el cual el polmero acta modificando el cemento asfltico.

2.2COMPORTAMIENTO DE LAS MEZCLAS ASFLTICAS.

Una muestra de mezcla de pavimento preparada en el laboratorio puede ser analizada para

determinar su posible desempeo en la estructura del pavimento .El anlisis est enfocado hacia

cuatro caractersticas de la mezcla (ver figura 10), y la influencia que estas puedan tener en elcomportamiento de la mezcla. Las cuatro caractersticas son:

Densidad de la mezcla.

Vacos de aire, o simplemente vacos.

Vacos en el agregado mineral.

Contenido de asfalto.

Densidad.La densidad de la mezcla compactada est definida como su peso unitario (el peso de un

volumen especfico de mezcla).La densidad es una caracterstica muy importante debido a que es

esencial tener una alta densidad en el pavimento terminado, para obtener un rendimiento duradero.

En las pruebas y el anlisis de diseo de mezclas, la densidad de la muestra compactada se expresa,

generalmente, en kilogramos por metro cbico (kg/m3) o libras por pie cbico (Lb/ft3).

La densidad se calcula al multiplicar la gravedad especfica total de la mezcla por la densidad del

agua (1000Kg/m3 62.416Lb/ft3).La densidad obtenida en el laboratorio se convierte en la

densidad patrn, y es usada como referencia para determinar si la densidad del pavimento

terminado es, o no adecuado. Las especificaciones usualmente requieren que la densidad del

pavimento sea un porcentaje de la densidad del laboratorio. Esto se debe a que muy rara vez la

compactacin in-situ logra las densidades que se obtienen usando los mtodos normalizados de

compactacin del laboratorio.

Vacios de aire,(o simplemente vacos).Los vacos de aire son espacios pequeos de aire, o bolsas

de aire, que estn presentes entre los agregados revestidos en la mezcla final compactada. Es

necesario que todas las mezclas densamente graduadas contengan cierto porcentaje de vacos para

permitir alguna compactacin adicional bajo el trfico, y proporcionar espacios a donde pueda fluir

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el asfalto durante esta compactacin adicional. El porcentaje permitido de vacos (en muestra de

laboratorio) para capas de base y capas superficiales est entre 3 y 5 por ciento, dependiendo del

diseo especifico.

La durabilidad de un pavimento asfltico es funcin del contenido de vacos. La razn de esto esque entre menor sea la cantidad de vacos, menos va a ser la permeabilidad de la mezcla. Un

contenido demasiado alto de vacos proporciona pasajes a travs de la mezcla, por los cuales puede

entrar el agua y el aire, y causar deterioro. Por otro lado, un contenido demasiado bajo de vacos

puede producir exudacin de asfalto; una condicin en donde el exceso de asfalto es exprimido

fuera de la mezcla hacia la superficie.

La densidad y el contenido de vacos estn directamente relacionados. Entre ms alta la densidad,

menor es el porcentaje de vacos en la mezcla, y viceversa. Las especificaciones de la obra

requieren, usualmente, una densidad que permita acomodar el menor posible (en la realidad) de

vacos; preferiblemente menos del 8 por ciento.

Vacos en el agregado mineral. Los vacos en el mineral (VAM) son los espacios de aire que

existen entre las partculas del agregado en una mezcla compactada de pavimentacin, incluyendo

los espacios que estn llenos de asfalto.

El VAM representa el espacio disponible para acomodar el volumen efectivo de asfalto (todo el

asfalto menos la porcin que se pierde, por absorcin en el agregado)

Y el volumen de vacos necesario en la mezcla. Cuando mayor sea el VMA, mas espacio Habr

disponible para las pelculas de asfalto. Existen valores mnimos para VAM los cuales estn

recomendados y especificados como funcin del tamao del agregado. Estos valores se basan en el

hecho de que cuanto ms gruesa sea la pelcula de asfalto que cubre las partculas de agregado, ms

durable ser la mezcla.

Figura 10. Representacin de los Volmenes en una Briqueta Compactada de Mezcla Asfltica.

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Para que pueda lograrse un espesor durable de pelcula de asfalto, se debe tener valores mnimos de

VAM. Un aumento en la densidad de la graduacin del agregado, hasta el punto donde se obtengan

valores VAM por debajo del mnimo especificado, puede resultar en pelculas delgadas de asfalto y

en mezclas de baja durabilidad y apariencia seca. Por lo tanto, es contra prudente y perjudicial, para

la calidad del pavimento, disminuir el VAM para economizar en el contenido de asfalto.

Contenido de asfalto.La proporcin de asfalto en la mezcla es importante y debe ser determinada

exactamente en el laboratorio, y luego controlar con precisin en la obra. El contenido de asfalto de

una mezcla particular se establece usando los criterios dictados por el mtodo de diseo

seleccionado.

El contenido ptimo de asfalto de una mezcla depende, en gran parte, de las caractersticas del

agregado, tales como la granulometra y la capacidad de absorcin.

La granulometra del agregado est directamente relacionada con el contenido ptimo de asfalto.

Entre ms finos contenga la graduacin de la mezcla, mayor ser el rea superficial total, y mayor

ser la cantidad de asfalto requerida para cubrir uniformemente todas las partculas .Por otro lado,

las mezclas ms gruesas (agregados ms grandes) exigen menos asfalto debido a que poseen menos

rea superficial total.

La relacin entre el rea superficial del agregado y el contenido ptimo de asfalto es ms

pronunciada cuando hay relleno mineral. Los pequeos incrementos en la cantidad de rellenomineral, pueden absorber literalmente gran parte del contenido de asfalto resultando en una mezcla

inestable y seca .Las pequeas disminuciones tienen el efecto contrario; poco relleno mineral

resulta en una mezcla muy rica (hmeda).

Cualquier variacin en el contenido de relleno mineral, causa cambios en las propiedades de la

mezcla, hacindola variar de seca a hmeda. Si una mezcla contiene poco o demasiado relleno

mineral cualquier ajuste arbitrario para corregir la situacin, probablemente la empeora. En vez de

hacer ajustes arbitrarios, se deber efectuar un muestreo en unas pruebas apropiadas para

determinar las causas de las variaciones y si es necesario establecer otro diseo de mezcla.

La capacidad de absorcin (habilidad para absorber asfalto) del agregado utilizado en la mezcla es

importante para determinar el contenido ptimo de asfalto. Esto se debe a que se tiene que agregar

suficiente asfalto a la mezcla para permitir absorcin, y para que adems se pueda cubrir las

partculas con una pelcula adecuada de asfalto.

Los tcnicos hablan de dos tipos de asfalto cuando se refieren al asfalto absorbido y al no

absorbido; contenido total de asfalto y contenido efectivo de asfalto.

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El contenido total de asfalto es la cantidad de asfalto que debe ser adicionada a la mezcla para

producir las cualidades deseadas en la mezcla. El contenido efectivo de asfalto es el volumen de

asfalto no absorbido por el agregado, es la cantidad de asfalto que forma una pelcula ligante

efectiva sobre las superficies de los agregados.

El contenido efectivo de asfalto se obtiene al restar la cantidad absorbida de asfalto del contenido

total de asfalto.

La capacidad de absorcin de un agregado es, obviamente, una caracterstica importante en la

definicin del contenido de asfalto de una mezcla. Generalmente se conoce la capacidad de

absorcin de las fuentes comunes de agregado, pero es necesario efectuar ensayos cuidadosos

cuando son usadas fuentes nuevas.

2.2.1

MEZCLAS MODIFICADAS.

La modificacin de asfalto es una nueva tcnica utilizada para el aprovechamiento efectivo de

asfaltos en la pavimentacin de vas. Esta tcnica consiste en la adicin de polmeros a los asfaltos

convencionales con el fin de mejorar sus caractersticas mecnicas, es decir, su resistencia a las

deformaciones por factores climatolgicos y del trnsito.

Los agentes modificadores utilizados en los asfaltos, mejoran el comportamiento reolgico de los

mismos. Se puede decir que un asfalto modificado es un ligante hidrocarbonado resultante de la

interaccin fsica y/o qumica de los polmeros con un ligante asfltico.

Un asfalto puede modificarse con rellenos minerales, cauchos, plsticos o hidrocarburos. Los

asfaltos se caracterizan por variar su comportamiento segn la temperatura a la que se encuentren;

es por ello que a distintas temperaturas el asfalto posee distintas consistencias, propiedad que se

denomina susceptibilidad trmica, la cual debera ser lo ms baja posible, de modo que a bajas

temperaturas y tiempos cortos de aplicacin de cargas, sean lo suficientemente flexibles para evitar

el fisuramiento y a tiempos prolongados de aplicacin de cargas, sean resistentes a las

deformaciones.

La situacin ideal es aquella de aquel asfalto que mantiene su consistencia en un amplio intervalo

de temperatura.

Los polmeros son sustancias orgnicas de alto peso molecular que logran hidratarse e hincharse

dentro del asfalto. As por ejemplo tenemos los cauchos, de comportamiento elastomrico. Algunos

polmeros generan cadenas lineales, otros en bloque pero en general la macrodispersin lograda

consta de un sistema de dos fases en donde

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El polmero se dispersa sin ejercer efecto alguno.

Absorben los aceites maltenos y se hinchan.

Se dispersan en forma molecular. El grado de dispersin depende de la temperatura de trabajo, del

esfuerzo de corte ejercido, de la aromaticidad de los maltenos del asfalto base y de la cantidad deasfaltenos presentes.

En general un agente modificador logra:

Disminuir la susceptibilidad trmica.

Aumentar la cohesin interna.

Mejorar la elasticidad y flexibilidad a bajas temperaturas.

Mejorar el comportamiento a fatiga.

Aumentar la resistencia al envejecimiento.

Los asfaltos modificados quedan as constituidos por dos fases diferenciables:

1) Polmero

2) Ligante Asfltico.

Cuando hay bajas concentraciones de polmeros existe una matriz continua de ligante asfltico en

la que se encuentra disperso el polmero, a altas concentraciones de ligante asfltico se invierten las

fases. Esta estructura da origen al cambio de comportamiento de los asfaltos modificados.

Los ensayos que se realizan a un asfalto modificado sirven para evaluar:

Elasticidad.

Propiedades mecnicas.

Compatibilidad.

Estabilidad del almacenamiento. Envejecimiento.

2.3 ENSAYOS DINMICOS.

Estos ensayos evalan las caractersticas dinmicas de las mezclas, su estabilidad remanente y su

comportamiento a la traccin indirecta para tener una idea del comportamiento del sistema ante las

cargas repetitivas.

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2.3.1 MDULO DINMICO ELSTICO.

Mdulo Dinmico.-Es el valor absoluto del Mdulo complejo que define las propiedades elsticas

de un material de viscosidad lineal sometido a una carga sinusoidal |E*|.

Mdulo Complejo.-Es un nmero complejo que define la relacin entre esfuerzo y deformacin

para un material viscoelstico lineal, E*.

Material lineal.-Es un material cuya relacin esfuerzo deformacin es independiente del esfuerzo

de carga aplicada.

Los mdulos dinmicos se usan para establecer la rigidez de la mezcla asfltica. Las leyes de fatiga

permiten determinar su vida remanente.6

La rigidez describe la relacin esfuerzo deformacin en las mezclas asflticas en trminos derigidez y de las propiedades del agregado. El mdulo de rigidez es la informacin mediante la cual

se determina cuanto se deforma el material bajo la accin de una carga dada, por tal motivo se

puede considerar como una de las propiedades fundamentales a la hora de hacer un diseo de

mezclas asflticas.

El mdulo est relacionado al fisuramiento por fatiga, a la deformacin permanente

(Ahuellamiento) y a la capacidad de propagacin de las cargas. Adems, depende bsicamente de

la temperatura y de la velocidad a la cual se aplica el esfuerzo.

El factor ms influyente en el mdulo dinmico a temperaturas bajas y en cortos tiempos de

aplicacin de la carga, es el asfalto; pero por otro lado, para altas temperaturas y largos tiempos de

aplicacin de carga son:

1. La forma del agregado.

2. La graduacin del material.

3. El grado de compactacin de la mezcla.

El mdulo dinmico es un dato muy importante, que puede emplearse tanto para el diseo de lamezcla asfltica para pavimento como para el diseo del espesor de la capa de pavimento asfltico.

Este mdulo se puede determinar en un amplio intervalo tanto de temperatura como de frecuencia

de carga. El equipo utilizado para determinar el valor del mdulo dinmico ser mediante

tecnologa moderna COOPER TECHNOLOGY (CRT-HYD25-II). En esta investigacin este

6ASOPAC (Asociacin de Productores y Pavimentadores Asflticos de Colombia). Cartilla del

Pavimento Asfltico.

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34

ensayo se lo realizara sobre la mezcla convencional y modificada, a las temperaturas de 10, 20 y

40C a la misma frecuencia de carga.

2.4TENSIN INDIRECTA.

La determinacin de la resistencia a Tensin Indirecta en las mezclas asflticas representa un

parmetro mecnico, que puede resultar una herramienta sumamente til para evaluar la calidad del

proceso constructivo de la capa asfltica, valorando la cohesin de la mezcla, adems permitir

complementar los conocimientos adquiridos con los diseos convencionales y analizar nuevos

diseos. El ensayo7de traccin indirecta reproduce el estado de tensiones en la fibra inferior de la

capa de asfalto o zona de traccin. Es un mtodo prctico y sencillo para caracterizar las

propiedades de las mezclas asflticas o evaluar el fallo provocado por tensiones de traccin.

El ensayo consiste en cargar una probeta cilndrica, igual a la definida para el ensayo Marshall, conuna carga de compresin diametral a lo largo de dos generatrices opuestas figura 11 (a). Esta

configuracin de carga, que puede ser sencilla o repetida, provoca un esfuerzo de traccin

relativamente uniforme en todo el dimetro del plano de carga vertical y esta traccin es la que

agota la probeta y desencadena la rotura en el plano diametral figura 11 (b).

Figura 11. (a) Configuracin de Carga y (b) Rotura del Ensayo de Traccin indirecta.

En el ensayo esttico, la carga se aplica a una velocidad relativamente baja, generalmente 50,8

mm por minuto, aunque puedan usarse velocidades ms lentas an, situacin conveniente a

temperaturas ms bajas, considerando que el material se comporta ms elsticamente y que la

deformacin asociada con la fisuracin trmica se desarrolla lentamente.

7Carlos Wahr. Control de Calidad de Mezclas.

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35

En una probeta cilndrica sometida a una carga diametral, tal y como sucede en el ensayo de

traccin indirecta, la distribucin terica de tensiones a lo largo de los ejes horizontales y

verticales para una carga concentr

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