Tesis Reciclado de Pavimentos Asfálticos y Su Reutilización en El Diseño de Mezclas Asfalticas en Caliente

PROYECTO DE TESIS: RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN FACULTAD DE INGENIERIA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

PROYECTO DE TESIS

RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE

Autores:

PAIVA IPANAQUE, GERMAN RAMOS VILCARROMERO, GREYSSI MILAGROS

Pimentel, 27 de Mayo del 2013

PAIVA IPANAQUE GERMAN RAMOS VILCARROMERO GREYSSI MILAGROS

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PROYECTO DE TESIS: RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE

INFORMACION GENERAL

1. Título del proyecto de investigación:RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS DE ASFALTO EN CALIENTE 2. Autores:

PAIVA IPANAQUE GERMAN RAMOS VILCARROMERO, GREYSSI MILAGROS

3. Asesor:

ING. NEPTON RUIZ SAAVEDRA

4. Tipo de investigación:Investigación Experimental 5. Facultad y Escuela Profesional:Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Urbanismo. Escuela de Ingeniería Civil 6. Duración del proyecto: 4 MESES 7. Fecha de inicio: 8. Presentado por:

____________________________ Paiva Ipanaque German Autor

____________________________ Ramos Vilcarromero Greyssi Milagros Autora

_____________________________ Ing. Nepton Ruiz Saavedra Asesor

9. Aprobador por:

____________________________ Jurado (presidente)

____________________________ Jurado (secretario)

____________________________ Jurado (vocal)

10. Fecha de presentación


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PROYECTO DE TESIS: RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE I.

PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1 Descripción del proyecto El reciclado de pavimentos constituye una alternativa de rehabilitación de firmes más competitivay sostenible que la actuación convencional de refuerzo, ya que permite minimizar la utilización de recursos no renovables, áridos naturales y ligantes hidrocarbonados de origen petrolífero ypreviene la creación de residuos y la ocupación de botaderos, disminuyendo por consiguiente lanecesidad de transportar estos materiales desde y hacia la obra. Sin embargo, en la actualidad, las técnicas de reciclado no están suficientemente implantadas. En este proyecto se utilizará el método de diseño de mezclas Marshall con material reciclado de pavimentos asfálticosy así obtendremos mezclas bituminosas en caliente con altas tasas de reciclado con prestacionesiguales o superiores a las de una mezcla en caliente convencional, de alta calidad. 1.2 Descripción de la realidad problemática El pavimento de una carretera está sujeto a la acción continua del tráfico y de la meteorología. Estos dos factores, junto con el envejecimiento natural de los materiales, hacen que el pavimento sufra un proceso de progresivo deterioro. Este envejecimiento y deterioro del pavimento asfáltico conlleva una disminución paulatina en los niveles de seguridad y confort del tráfico, que al sobrepasar ciertos valores hacen necesaria una operación de conservación. La conservación de la red viaria es en la actualidad un aspecto de gran importancia debido a los recursos que moviliza. El presupuesto necesario para el mantenimiento, así como los problemas ambientales que de él se derivan, justifican la búsqueda de nuevas técnicas que permitan reducir costes y sean respetuosas con el medio. En este contexto, el reciclado de firmes, como medio de racionalizar los recursos, toma un renovado protagonismo y se convierte en una necesidad. La creciente sensibilización social acerca de la necesidad de preservar el medio ambiente ha hecho que la legislación sea hoy mucho más proteccionista que en el pasado. Esto dificulta la obtención de materias primas adecuadas, aumentando su coste y el de su transporte hasta la obra, ya que casi nunca se producen en el lugar donde se necesitan. De igual manera, es creciente la dificultad para encontrar un botadero para los materiales retirados del firme a precio razonable. Estos problemas son especialmente ciertos en ámbitos urbanos. El desecho de los materiales envejecidos del firme, además de provocarproblemas relacionados con la adquisición de nuevas materias y con su vertido,resulta contraproducente desde el punto de vista técnico, ya que pese a estarenvejecidos, conservan buena parte de sus cualidades. El fresado yreutilización del conglomerado asfáltico comporta un gran ahorro, ya querequiere sólo de un 1% a un 3% de betún adicional, mientras que un nuevoconcreto asfáltico puede necesitar más del 6%. Este aspecto, junto con elreducido coste de transporte y la escasa energía necesaria para la producciónde un firme reciclado, hacen que el ahorro energético sea importante respectode la construcción convencional de pavimentos.

1.3 Formulación dela pregunta de Investigación ¿Es posible obtener nuevas mezclas que tengan las mismas características mecánicas originales incorporando diferentes cantidades de asfalto líquido y agregados de aportación a pavimentos reciclados de asfalto?


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PROYECTO DE TESIS: RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE 1.4 Justificación e importancia Permitirá determinar la relación costo – beneficio, mediante un análisis para asegurar la factibilidad económica de la utilización del reciclado en los diferentes proyectos de construcción y rehabilitación de pavimentos asfalticos. Como una alternativa para disminuir el consumo de materiales nuevos y al mismo tiempo reducir la explotación de canteras y el consumo de betún. La conservación de la red viaria es en la actualidad un aspecto de gran importancia debido a los recursos que moviliza. El presupuesto necesario para el mantenimiento, así como los problemas ambientales que de él se derivan, justifican la búsqueda de nuevas técnicas que permitan reducir costos y sean respetuosas con el medio. En este contexto, el reciclado de pavimentos, como medio de racionalizar los recursos, toma un renovado protagonismo y se convierte en una necesidad.

1.5 Objetivos 1.5.1

Objetivo general 

1.5.2

Preparar y ensayar la dosificación de mezcla para determinar la proporción adecuada de mezcla bituminosa a reciclar, áridos y asfalto.

Objetivos específicos      

Caracterizar la mezcla bituminosa a reciclar. Determinar las proporciones del árido de aportación. Determinar la cantidad y tipo de betún nuevo de aportación. Realizar el Análisis granulométrico del material disgregado. Indagar sobre la recuperación de materiales de los pavimentos asfálticos deteriorados para su reciclaje. Estudiar el contenido de ligante en las mezclas asfálticas.

1.6 Alcances y Limitaciones Este trabajo consiste en una prueba piloto con el acopio y utilización de materiales disgregados de capas asfálticas de pavimentos en servicio o excedentes de una mezcla asfáltica no utilizada; la preparación de una nueva mezcla asfáltica en caliente mezclando dichos materiales con agregados pétreos y con cemento asfáltico nuevos.

II.

MARCO TEORICO 2.1 Antecedentes de otras investigaciones El reciclado de pavimentos asfálticos en caliente no es una idea nueva ya que en Estados Unidos se comenzó a utilizar desde 1915, aunque las obras con esta técnica fueron muy escasas durante varias décadas debido al bajo precio del asfalto y a que los equipos no estaban adaptados para utilizar esta técnica.


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PROYECTO DE TESIS: RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE Fue a principios de los años 70's cuando el reciclado de pavimentos comenzó a tener gran importancia debido principalmente a la crisis del petróleo, al aumento de los precios del betún y al creciente interés por la conservación de la energía y del medio ambiente. Algunos países dieron gran impulso a estas técnicas, principalmente Estados Unidos que pasó de 50.000 toneladas de mezcla bituminosa reciclada en el año 1975 a 25 millones de toneladas en 1980. De acuerdo con Anderson (1996), en el estado de Washington se han utilizado mezclas bituminosas con MBR para la construcción y rehabilitación de firmes desde el año 1977, lográndose reutilizar entre 1977 y 1981 más de 23,000 toneladas de MBR. En 1991 el WSDOT (Washington State Department of Transportation) comenzó a estudiar el material recuperado de las carreteras que rehabilitaban para su reutilización y cinco años más tarde publicó una serie de recomendaciones para el uso de material reciclado en las mezclas bituminosas, entre las más relevantes tenemos las siguientes: Se permite la utilización de hasta un 20% de MBR en la fabricación de mezclas nuevas sin necesidad de un diseño específico. -

Se permite la utilización de hasta un 80% de MBR en la fabricación de mezclas nuevas siempre que se cumplan con los mismos criterios de diseño empleados para las mezclas convencionales.

Después de haberse realizado dichos estudios y del impulso que significaron para el reciclado de mezclas, se logró alcanzar, en el estado Washington, unos volúmenes de reutilización de entre 100.000 y 200.000 toneladas de MBR cada año. Casi todas las administraciones de los Estados Unidos presentan una situación similar en cuanto a la utilización de MBR para la fabricación de mezclas recicladas en caliente en planta, sin embargo, cada estado cuenta con sus especificaciones en cuanto al porcentaje de MBR permitido dependiendo del tipo de planta que se utilice para su fabricación. Queda claro entonces, que la mayoría de las administraciones de los Estados Unidos consideran el reciclado de pavimentos asfálticos en caliente en planta como una práctica habitual para la rehabilitación de firmes. Además han logrado obtener resultados tan satisfactorios como los que se consiguen con las mezclas convencionales gracias a un adecuado control de todo el proceso de fabricación y puesta en obra de las mezclas recicladas y al gran apoyo de las administraciones, de la Federal Highwqy Administration y de la National Asphall Pavement Association entre otros organismos. Al igual que los Estados Unidos, Canadá empezó a trabajar con el reciclado de pavimentos asfálticos hace varias décadas y por tanto es uno de los países punteros en la utilización de estas técnicas. Con todos estos años de experiencia, las administraciones canadienses han llegado a establecer una serie de especificaciones para el uso del MBR en la fabricación de mezclas nuevas, y el Ministerio de Transportes de Ontario ha definido parámetros que deben cumplir el MBR y la mezcla final mediante el empleo del ensayo Marshall. En 1990 los canadienses reciclaron 530,000 toneladas de MBR y 788.000 fueron acumuladas para su posterior reutilización, y al año siguiente, solamente en la provincia de Ontario se «utilizaron 1.3 millones de toneladas de MBR de los cuatro millones de toneladas obtenidas.


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PROYECTO DE TESIS: RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE De acuerdo con Emery (1993). Los técnicos Canadienses han dejado de considerar el MBR como un residuo, ya que trabajado correctamente puede sustituir grandes porcentajes de material nuevo. El reciclado en planta en caliente ha presentado un significativo crecimiento en Canadá y muchas agencias y empresas se están especializando en esta industria para lograr mejores rendimientos, y no se descarta que en un futuro las mezclas recicladas sustituyan a las convencionales. Las técnicas de reciclado de mezclas en caliente desarrolladas en Estados Unidos a comienzos de los años 70's llegaron a Europa a finales de esa década, y hay numerosos países europeos, especialmente Alemania, Austria, Holanda y Dinamarca, que las han utilizado con regularidad logrando mezclas recicladas con un comportamiento equivalente al de las mezclas convencionales fabricadas en caliente. Desde hace años, algunos países europeos como Bélgica, están investigando y trabajando en la reutilización de los materiales provenientes del fresado o escarificado de pavimentos. De acuerdo con Van Heystraeten et. al. (1991 y 1993), el reciclado en planta se inició en este país en 1980, pero fue entre 19S3 y 1985 cuando presentó un mayor desarrollo. Ya para 1986 se contaba en Bélgica con 65 centrales preparadas para el reciclado, de las cuales, 5 eran continuas y el resto discontinuas, sin embargo en ese año el precio del betún cayó, y se perdió en gran medida el interés por reciclar, pero en 1989 las tasas por concepto de vertido de residuos aumentaron drásticamente y desde entonces el reciclado de pavimentos no ha dejado de ser una práctica habitual en la construcción y rehabilitación de carreteras en este país.

En la actualidad, los daneses cuentan con una amplia red de plantas asfálticas que se encargan de recibir y reciclar el material bituminoso de pavimentos envejecidos y utilizan las mismas especificaciones para las mezclas recicladas que para las convencionales, basando el diseño de los firmes fabricados con mezclas recicladas en el método Marshall. Durante los últimos años, el uso de materiales reciclados para la construcción de carreteras se ha venido incrementando en todo el mundo. Esto se debe, a que cada día más gobiernos adoptan políticas para minimizar el empleo de materiales nuevos, y promover el empleo de materiales reciclados, además de los grandes avances tecnológicos que en este campo se han logrado en los últimos años y que facilitan cada vez más su empleo. Por otra parte, el almacenamiento de los residuos es cada vez más costoso, debido al espacio necesario y a las limitaciones ambientales que se incrementan cada día. Este problema, ha llegado a puntos insostenibles en algunos países con gran densidad de población, y aunque España cuenta aún con suelo abundante para vertederos, la preocupación por el medio ambiente y las regulaciones de la Comunidad Europea, restringen cada vez más su utilización. De acuerdo con la Federal Highway Administration (2000). Holanda. Dinamarca, Alemania, Suecia y Estados Unidos son algunos de los países que tienen actualmente los mayores porcentajes de mezclas fabricadas con materiales reciclados y cuentan con la tecnología y experiencia suficiente para considerar una práctica normal el reciclado de pavimentos. En la figura se muestra los volúmenes anuales estimado actualmente, de producción y utilización de MBR en algunos de los países con mayor experiencia en el reciclado de pavimentos en el mundo.


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La estrategia comunitaria se dirige a reducir la cantidad de residuos en origen, reutilizando y reciclando todo lo que sea factible para eliminar únicamente lo que no sea posible tratar de otra manera, y es por esto que se está presionando a las diferentes administraciones europeas para que fomenten el reciclado del material fresado de los pavimentos envejecidos y lo reutilicen en la fabricación de nuevas mezclas. En España se presentó a principios de los 80's un interés inicial por el reciclado en central y parte del impulso de estos años en las centrales de tambor-secador-mezclador fue debido a las posibilidades que ofrecían para el reciclado de mezclas. De acuerdo con Ruiz (2001), las principales experiencias se dieron en Cataluña, impulsadas por ACESA, pero la bajada de precios del betún que se produjo en la primera mitad de los 80 llevó a que el reciclado perdiese interés al poco tiempo de que se empezasen a hacer los primeros tramos. Según Del Pozo (2001), la concesionaria ACESA ha venido utilizando tímidamente el reciclado de mezclas asfálticas en caliente desde 1983, utilizando porcentajes menores al 20% de MBR para capas de base e intermedias en obras de rehabilitación de firmes en las autopistas A-2 y A-7. En 1986 ACESA llevó a cabo un proyecto de investigación en colaboración con REPSOL para poner a punto un rejuvenecedor que compensara las alteraciones en la composición química y estructura coloidal del betún envejecido contenido en el MBR. A estos efectos se construyó un tramo de ensayo de aproximadamente 1.5 km en la autopista A-2 para estudiar el proceso de envejecimiento del ligante y la degradación de la mezcla sometida a condiciones reales, obteniéndose resultados satisfactorios. Posteriormente aunque hubo un nuevo impulso en el reciclado en los años 90, se ha referido principalmente al reciclado in situ en frío, por las ventajas económicas que ofrece, de cualquier forma hay indicios de que en los próximos años se puede ver un importante desarrollo del reciclado en caliente en central con la aparición de la normativa específica para la fabricación


PROYECTO DE TESIS: RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE de mezclas recicladas en caliente en planta, además de que se cuenta con experiencias muy recientes de la aplicación de esta técnica en Cataluña y Andalucía. En 1999 se inició en Andalucía la rehabilitación estructural de la autovía A-92 por parte de GIASA (Gestión de infraestructuras de Andalucía. S.A.). En la provincia de Granada se rehabilitó un tramo de 15 km de firme utilizando una capa de base tipo G-25 que contenía un 25% de MBR (Belmonte et.al., 2001). La mezcla reciclada se llevó a cabo en una planta de tambor-secador-mezclador con anillo central para incorporación de MBR, utilizándose un total de 160.000 toneladas de mezcla reciclada con unos resultados satisfactorios. En Cataluña, la empresa RUBAU S.A. después de realizar numerosos ensayos y consultas y tras el informe favorable que emitió el Centro de Estudios de Carreteras, decidió iniciar a principios de 1998 el montaje de la primera planta discontinua de España adaptada expresamente para el reciclado de mezclas asfálticas en caliente. Según Pellicé (2001), a mediados de 199S ya estaba preparada la planta para fabricar mezclas recicladas, y se extendieron experimentalmente este tipo de mezclas en 500 metros de la variante de Palamós, desde entonces. RUBAU está fabricando mezclas recicladas en caliente en planta con buenos resultados. A principios de 1999 otra empresa catalana. PABASA, adaptó su planta discontinua para el reciclado de mezclas asfálticas en caliente en planta, convirtiéndose de esta forma en la segunda empresa de Cataluña y de España con la infraestructura suficiente para realizar grandes volúmenes de mezclas de este tipo. De acuerdo con Moreno (2001), después de algunos ajustes. PABASA consiguió, en diciembre de 1999, fabricar 3.000 toneladas de mezcla reciclada tipo G-25 con un 10% de MBR, extenderlas y compactarlas en un polígono industrial próximo a Barcelona. El resultado inicial fue satisfactorio y se dará seguimiento a la evolución de la mezcla en función del tráfico y del tiempo. En el año 2000 PABASA realizó dos tramos de prueba, el primero en varios polígonos del Maresme, donde se extendieron casi 12.000 toneladas de mezcla G-25 con un 30% de MBR en capas de base. El segundo tramo se ejecutó en la obra "Conexión de la A-18 con la N-150 en Sabadell", donde se extendieron unas 3,000 toneladas en capa de base de mezcla tipo G20 con un 30% de MBR e intermedia con mezcla S-20 y también 30% de MBR. Analizando todo lo anterior, se puede decir con certeza, que el reciclado de mezclas asfálticas en planta en caliente es una técnica adecuada y con un gran potencial de futuro a nivel mundial, para la reutilización de los materiales recuperados de pavimentos envejecidos en la fabricación de mezclas nuevas. 2.2 Base teórica-científica Las normas de ensayos de materiales y especificaciones generales de construcción para carreteras del año 2007 publicado por el Instituto Nacional de Vías de Colombia en su artículo 462 – 07 RECICLADO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO EN PLANTA Y EN CALIENTE manifiesta la posibilidad de utilizar materiales disgregados de capas asfálticas depavimentos en servicio o excedentes de una mezcla asfáltica no utilizada, para la preparación de unanueva mezcla asfáltica en caliente mezclando dichos materiales con agregados pétreos y concemento asfáltico nuevos y, de ser necesario, agentes rejuvenecedores y otros aditivos, normas que nos sirven de base pararealizar el proyecto de tesis buscando ensayar una dosificación de mezclas


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PROYECTO DE TESIS: RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE bituminosas en caliente con altas tasas de reciclado con prestaciones iguales o superiores a las de una mezcla en caliente convencional, de alta calidad 2.3 Definiciones de términos técnicos Adhesión:Es la propiedad de la materia por la cual se unen dos superficies desustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares. Abrasión: Desgaste mecánico de agregados y rocas resultante de la fricción y/o impacto. Absorción: Fluido que es retenido en cualquier material después de un cierto tiempo de exposición (suelo, rocas, maderas, etc.). Agente rejuvenecedor.-Material orgánico cuyas características químicas y físicas permitan devolverle al asfalto envejecido las condiciones necesarias para el buen comportamiento de la nueva mezcla. Aglomerante: Material capaz de unir partículas de material inerte por efectos físicos o transformaciones químicas o ambas. Aglutinante: Sustancia usualmente líquida, que se usa para disolver las sustancias que componen el pigmento. Agregado: Material granular de composición mineralógica como arena, grava, escoria, o roca triturada, usado para ser mezclado en diferentes tamaños. Agregado Angular: Agregados que poseen bordes bien definidos formados por la intersección de caras planas rugosas. Agregado Fino: Material proveniente de la desintegración natural o artificial de partículas cuya granulometría es determinada por las especificaciones técnicas correspondientes. Por lo general pasa la malla N° 4 (4,75 mm) y contiene finos. Agregado Grueso: Material proveniente de la desintegración natural o artificial de partículas cuya granulometría es determinada por las especificaciones técnicas correspondientes. Por lo general es retenida en la malla N°4 (4,75 mm). Asfalto: Material cementante, de color marrón oscuro a negro, constituido principalmente por betunes de origen natural u obtenidos por refinación del petróleo. El asfalto se encuentra en proporciones variables en la mayoría del crudo de petróleo. Asfalto De Imprimación: Asfalto fluido de baja viscosidad (muy líquido) que por aplicación penetra en una superficie no bituminosa. Bitumen: Un tipo de sustancia cementante de color negro u oscuro (sólida, semisólida, o viscosa), natural o fabricada, compuesta principalmente de hidrocarburos de alto peso molecular, siendo típicos los asfaltos, las breas (o alquitranes), los betunes y las asfaltitas Cemento Asfáltico: Un asfalto con flujo o sin flujo, especialmente preparado en cuanto a calidad o consistencia para ser usado directamente en la construcción de pavimentos asfálticos.


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PROYECTO DE TESIS: RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE Concreto Asfáltico: Mezcla procesada, compuesta por agregados gruesos y finos, material bituminoso y de ser el caso aditivos de acuerdo a diseño y especificaciones técnicas. Es utilizada como capa de base o de rodadura y forma parte de la estructura del pavimento. Ensayo Marshall: Procedimiento para obtener el contenido de asfalto y diferentes parámetros de calidad de una mezcla bituminosa. Exudación Del Asfalto: Flujo de asfalto hacia arriba en un pavimento asfáltico, resultando en una película de asfalto sobre la superficie. Filler: Material proveniente por lo general de la caliza pulverizada, polvos de roca, cal hidratada, cemento Portland, y ciertos depósitos naturales de material fino, empleado en la fabricación de mezclas asfálticas en caliente como relleno de vacíos, espesante de la mezcla ó como mejorador de adherencia Fisura: Fractura fina, de varios orígenes, con un ancho igual o menor a 3 milímetros. Flexibilidad: Propiedad de un pavimento asfáltico para ajustarse a asentamientos en la fundación. Generalmente, un alto contenido de asfalto mejora la flexibilidad de una mezcla. ´ Granulometría: Representa la distribución de los tamaños que posee el agregado mediante el tamizado según especificaciones técnicas. Grieta: Fractura, de variados orígenes, con un ancho mayor a 3 milímetros, pudiendo ser en forma transversal o longitudinal al eje de la vía. Impermeabilidad: Capacidad de un pavimento asfáltico de resistir el paso de aire y agua dentro o a través del mismo. Imprimación: Aplicación de un material bituminoso, de baja viscosidad, para recubrir y aglutinar las partículas minerales, previamente a la colocación de una capa de mezcla asfáltica. Mezcla bituminosa a Reciclar (MBR/RAP).- Es el material recuperado de pavimentos envejecidos.

asfálticos

Muestreo: Investigación de suelos, materiales, asfalto, agua etc., con la finalidad de definir sus características y/o establecer su mejor empleo y utilización. Pavimento Flexible: Constituido con materiales bituminosos como aglomerantes, agregados y de ser el caso aditivos. Reciclado en caliente de capas bituminosas Se define como reciclado a la técnica consistente en la utilización del material resultante de la disgregación (mediante fresado, o demolición y trituración) de capas de mezcla bituminosa de pavimentos envejecidos en la fabricación de mezclas bituminosas en caliente. Testigo: Una muestra cilíndrica de concreto endurecido, de mezcla bituminosa compactada y endurecido usualmente obtenida por medio de una broca diamantina de una máquina extractora. Vida Útil: Lapso de tiempo previsto en la etapa de diseño de una obra vial, en el cual debe operar o prestar servicios en condiciones adecuadas bajo un programa de mantenimiento establecido. Viscosidad: Medida de la resistencia al flujo. Es un método usado para medir la consistencia del asfalto.


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Volumen de Vacíos: Cantidad total de espacios vacíos en una mezcla compactada.

2.6 Siglas y Abreviaturas AASHTO: Asociación Americana de Autoridades Estatales de Carreteras y Transporte (American Association of StateHighway and Transportation Officials) ASTM: Asociación Americana para el Ensayo de Materiales (American SocietyforTestingMaterials) MBR/RAP: Es el material recuperado de pavimentos asfálticos envejecidos.

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MARCO METODOLOGICO 3.6 Tipo de Investigación: Investigación Experimental 3.7 Hipótesis “Con la incorporación de diferentes cantidades de asfalto líquido y agregados de aportación a pavimentos reciclados de asfalto es posible obtener nuevas mezclas que tengan las mismas características mecánicas originales” 3.8 Variables e indicadores Objeto de Estudio: Mezcla asfáltica reciclada. 3.8.A Variable independiente: Incorporación de asfalto liquido adicional Incorporación de agregados adicionales 3.8.B

Variable dependiente: Características mecánicas de mezclas asfálticas recicladas en caliente.

3.9 Operacionalización de las variables:

VARIABLE Variable Independiente (x) Incorporación de agregados de aportación y asfalto liquido adicional

INDICADOR

MEDICIÓN

RANGO DE VARIABILIDAD 10%, 20%, 30%

Cantidad de asfalto

% en peso % en volumen Lt/m3

Agregado grueso

%

20%, 30%

Arena

%

20%, 30%

Densidad de la mezcla Vacíos de aire, o simplemente vacíos

Kg/m3 %

-----

%

Variable Dependiente: Características mecánicas de mezclas


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PROYECTO DE TESIS: RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE asfálticas recicladas en caliente.

Vacíos en el agregado mineral.

EEs Estabilidad E Densidad Fluencia

%

---

lb

---

Pulg

---

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3.10 Estrategia para la demostración de la hipótesis (Diseño de Contrastación de la hipótesis) La comprobación de la hipótesis será realizada y descrita de manera ordenada y secuencial, comparando resultados obtenidos en el laboratorio con los márgenes y tolerancias establecidos en la normatividad vigente. La calidad de la mezcla asfaltica se verá reflejada en sus componentes, los cuales son: asfalto y agregados, estos tienen sus indicadores que señalarán el cumplimiento de los requisitos mínimos que establece la normatividad.

r equer imient o INDICADORES

ensayo

Estabilidad

calidad de la mezcla asfaltica

fluencia , 0.25mm (0.01 plg.) Porcentaje de vacios

Metodo Marshall

Porcentaje de vacios en el agregado mineral Porcentaje de vacios llenos de asfalto.

Transito liviano Min Max. 3336 N ………….. 750 Lb.

…………..

8 3

18 5

referente al tamaño maximo nominal 70

80

La contrastación de Hipótesis se realizara conel diseño de mezclas con material reciclado proveniente de pavimentos asfálticos, variando la cantidad de MBR; de agregados pétreos de adición y de material bituminoso, hasta obtener la dosificación de mezclas bituminosas en caliente con altas tasas de reciclado con prestaciones iguales o superiores a las de una mezcla en caliente convencional y de alta calidad.

3.11

Población y Muestra Población: Mezcla asfáltica reciclada. Unidad del objeto de estudio: Número de Probetas Muestra: 60 Muestras



Incorporación de 10% de asfalto Incorporación de 20% de agregados grueso

Incorporación de 20% de asfalto

Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3 Probeta 4 Probeta 5 n=5


n=5


n=5


n=5


n=5

Incorporación de 20% de agregados fino

Incorporación de 30% de agregados grueso

Diseño de Mezcla N° de ensayos 5

Incorporación de 20% de agregados grueso Incorporación de 30% de agregados fino

Incorporación de 30% de agregados grueso

N = número de probetas por ensayo



n=5


n=5


n=5


n=5


n=5


n=5

13 “n”=5


14 3.12

Ensayos, técnicas y formatos para la recolección de datos 3.12.A Ensayos Ensayo Marshall. Este ensayo nos permitirá evaluar las mezclas ya existentes; facilitándonos conocer la estabilidad y fluencia. También se determinará el peso específico total y el análisis de la densidad y el contenido de vacios.

A.

Estabilidad y fluencia Marshall Mediante el equipo Marshall obtendremos la estabilidad, la cual medirá la resistencia a la deformación de la mezcla. La fluencia mide la deformación, bajo carga, que ocurre en la mezcla. Para encontrar estos resultados primeramente se procederá a calentar el agua del baño a 140ºF (60ºC) y colocar los testigos a ser ensayados por un período de 30 a 40 minutos. Los testigos se ubicarán de manera escalonada para que todos sean calentados el tiempo especificado antes de ser ensayados. Se limpian perfectamente las superficies interiores de las mordazas de rotura y se engrasan las barras guía con una película de aceite de manera que la mordaza superior se deslice libremente. Luego de calentarlos el tiempo necesario, se irán sacando uno a la vez, quitarles el exceso de agua con una toalla y colocarlo rápidamente en la mordaza Marshall. Se Colocará el medidor de flujo sobre la barra guía marcada y comprobará la lectura inicial. La carga se Aplicará a una velocidad de deformación de 2 pulg/min (50.8 mm/minuto) hasta que ocurra la falla, es decir cuando se alcanza la máxima carga y luego disminuye según se lea en el dial respectivo. El punto de rotura se define como la carga máxima obtenida y se registra como el valor de estabilidad Marshall, expresado en Newtons (lbf). Mientras se está determinando la estabilidad se mantendrá firmemente el medidor de deformación en su posición sobre la barra guía; éste se liberará cuando comience a decrecer la carga y se anote la lectura. Este será el valor del “flujo” para la muestra expresado en centésimas de pulgada. Por ejemplo si la muestra se deformó 3.8 mm (0.15”) el valor de flujo será de 15. Este valor expresa la disminución de diámetro que sufre la probeta entre la carga cero y el instante de la rotura; Flujo en 0.01 pulgadas (0.25 mm). El ensayo se realiza en un minuto contado desde que se saca el espécimen del baño. Se tendrá encuenta lo siguiente:  

El tiempo total transcurrido entre sacar el testigo del baño y aplicar la carga es de 60 segundos como máximo. El tiempo total en el agua de baño para cada juego de tres testigos es entre 30 a 40 minutos.

Nota: La estabilidad de la probeta de ensayo: Es la carga máxima en newton que ésta alcanza a 60 °c La fluencia: Es la deformación, en décimas de milímetros, que ocurre desde el instante que se aplica la carga hasta lograr la carga máxima.



En la imagen se observa el equipo en proceso de medir Estabilidad y Fluencia

B.

Determinación del Peso Específico Total. Esta medición de peso específico se aplicará a los testigos extraídos de la capa de rodadura, siendo esencial para un análisis preciso de densidad-vacíos. El peso específico total de los testigos extraídos se determina pesándolos en aire y en agua.; este procedimiento es descrito en la norma AASHTOT 166. El peso unitario promedio para cada muestra se determina multiplicando el peso específico total de la mezcla por la densidad del agua 1000 kg/m3.

fig. Testigos para ensayar en prueba Marshall.

C.

Análisis de Densidad y Vacíos El propósito del análisis es el de determinar el porcentaje de vacíos en la mezcla compactada. Después de completar las pruebas de estabilidad y flujo, se realiza el análisis de densidad y vacíos para cada serie de especímenes de prueba. Resulta conveniente determinar la gravedad específica teórica máxima (ASTM D2041) para al menos dos contenidos de asfalto, preferentemente aquellos que estén cerca del contenido óptimo de asfalto. Un valor promedio de la gravedad específica efectiva del total del agregado se calculará de estos valores. Utilizando la gravedad específica y la gravedad específica efectiva del total del agregado; el promedio de las gravedades específicas de las mezclas compactadas; la gravedad específica del asfalto y la gravedad específica teórica máxima de la mezcla asfáltica, se calcula el porcentaje de asfalto absorbido en peso del agregado seco, porcentaje de vacíos (Va); porcentaje de vacíos llenados con asfalto (VFA) y el porcentaje de vacíos en el agregado mineral (VMA).

D.

Porcentaje de Vacíos en el Agregado Mineral (VMA) El porcentaje VMA es calculado con base en el peso específico total del agregado y se expresa como un porcentaje del volumen total de la mezcla compactada. Por lo tanto, el VMA puede ser calculado al restar el volumen del agregado (determinado mediante el peso específico total del agregado) del volumen total de la mezcla compactada.


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E.

Porcentaje de Vacíos Llenos de Asfalto (VFA) El porcentaje de VFA, es el porcentaje de vacíos ínter granulares entre las partículas de agregado (VMA) que se encuentran llenos de asfalto. El VMA abarca asfalto y aire, y por lo tanto, el VFA se calcula al restar los vacíos de aire del VMA, y luego dividiendo por el VMA, y expresando el valor final como un porcentaje.

Nota: Es preciso señalar que el procedimiento de trabajo se realizará con los Equipos necesarios del laboratorio de la USS facultad de ingeniería, arquitectura y urbanismo; escuela profesional de ingeniería civil – laboratorio de pavimentos. 3.12.B Técnicas Fresado para obtención de muestras de material de pavimentos asfáltico 3.12.C Formatos de recolección de datos En esta parte de la investigación se realizará la evaluación de la información de campo para luego darle una confiabilidad a dicha investigación, para tal efecto se utilizará software como Excel. Las mezclas que tienen valores bajos de fluencia y valores muy altos de estabilidad Marshall son consideradas demasiado frágiles y rígidas para un pavimento flexible en servicio. Aquellas que tienen valores altos de fluencia son consideradas demasiado plásticas y tienen tendencia a deformarse fácilmente bajo las cargas del tránsito (ensayo Marshall), comprobando de esta manera la calidad de la mezcla asfáltica en caliente. Una vez encontrados los resultados del porcentaje de asfalto y los resultados del ensayo Marshall; analizamos los datos graficando, tabulando y corrigiendo los valores de estabilidad


PROYECTO DE TESIS: RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE para cada testigo ensayado (ASTM D1559), se calculará el promedio de cada tres juegos de testigos ensayados. Las graficas estarán comprendidas de acuerdo a lo que se detalla: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Contenido de asfalto Vs. Densidad (por unidad de peso) Contenido de asfalto Vs. Estabilidad Marshall Contenido de asfalto Vs. Flujo Contenido de asfalto Vs. Porcentaje de vacíos, VTM Contenido de asfalto Vs. Porcentaje de vacíos del agregado mineral, VMA Contenido de asfalto Vs. Porcentaje de vacíos llenos de asfalto, VFA

 Una vez que se grafiquen los resultados se revisará la tendencia de cada gráfico, es decir se analizarán los resultados obtenidos en cada gráfica. 1. La estabilidad versus el contenido de asfalto puede tener dos tendencias: 1.1. La estabilidad crece a medida que el contenido de asfalto se aumenta, alcanza un pico y luego decrece. 1.2. La estabilidad decrece a medida que el contenido de asfalto se aumenta y no presenta un pico. Esta curva es común en mezclas asfálticas en caliente. 2. El flujo crece con el incremento del contenido de asfalto. 3. La densidad crece con el incremento de asfalto, alcanza un pico, y luego decrece. La densidad pico usualmente ocurre a un contenido de asfalto mayor que la estabilidad pico. 4. El porcentaje de vacios de aire decrecerá con el crecimiento del contenido de asfalto. 5. Elporcentaje de vacíos del agregado mineral, VMA, decrece con el crecimiento del contenido de cemento asfáltico, alcanza un mínimo, y luego crece. 6. El porcentaje de vacíos llenos de asfalto, VFA, crece con el incremento de asfalto. 

3.13

Mediante los resultados que se obtendrán en los ensayos; se compararán con la normatividad, analizando si estos cumplen o no con los requisitos especificados en la norma; estableciendo la calidad de la mezcla asfáltica en caliente elaborada con material reciclado de pavimentos asfálticos..

Materiales, herramientas y equipos 3.8.1 Materiales: Agregados pétreos de adición Agregados recuperados del pavimento Asfalto 3.8.2 Herramientas: Tamiz Bandejas Moldes Marshall Probetas Martillo Marshall 3.8.3 Equipos: Computadora e impresora Horno Balanza


17

PROYECTO DE TESIS: RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS Y SU REUTILIZACIÓN PARA EL DISEÑO DE MEZCLA DE ASFALTO EN CALIENTE Aparato Marshall 3.14

4

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Análisis de datos (Análisis de resultados de ensayos de laboratorio) Los resultados se presentarán a través de: Estadística descriptiva para las variables, tomadas individualmente. Frecuencias y porcentajes. Para contrastar la hipótesis se va utilizar el T – STUDEN para comparar las diferencias en los promedios de las diferencias de los resultados del ensayo.

ASPECTO ADMNISTRATIVO 4.6 Cronograma de actividades

4.7 Presupuesto ITEM A.- RECURSOS FISICOS Utiles de escritorio Refrigerios por trabajo de campo Materiales

Unidad

Metrado

Costounitario

Presupuesto

Glb Und Glb

1 15 1

200 15 250

200 225 250

B.- RECURSOS HUMANOS Personal de campo Digitación de datos Asistentestecnicos Asesoramiento de expertos

Und Glb Und Und

10 1 10 5

35 200 50 20

350 200 500 100

C.- SERVICIOS Accesoa internet Movilidad de campo Comunicaciones Fotografias e impresiones.

mes Und Glb Glb

4 5 1 1

120 150 200 150

480 750 200 150

TOTAL DE PRESUPUESTO DIRECTO


3,405.00


19 4.8 Fuentes de financiamiento El presente trabajo de investigación, será financiado por recursos de los estudiantes de Ingeniería Civil encargados del desarrollo del proyecto.



20 5

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Quesada Vallejo. 2009. 2.1 Introducción Reciclado de Pavimentos. UPC. 03 Mayo 2013. Disponible en: http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/6624/7/06.pdf. ARTÍCULO 462 – 07 RECICLADO DE PAVIMENTO ASFÁLTICO EN PLANTA Y EN CALIENTE. 06 Mayo 2013. Disponible en: http://ftp.unicauca.edu.co/Facultades/FIC/IngCivil/Especificaciones_Normas_INV07/Especificaciones/Articulo462-07.pdf Alarcón Ibarra Jorge, 2003. Capítulo 3 Reciclado de Pavimentos asfálticos en planta y en caliente. 06 Mayo 2013. Disponible en: http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/5906/10CAPITULO3.pdf;jsessionid=29352636E8 E4E8A2A8CF0E18418F36DC.tdx2?sequence=10 Capítulo IV DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS . 08 Mayo 2013. Disponible en: http://www.biblioteca.udep.edu.pe/BibVirUDEP/tesis/pdf/1_130_181_83_1181.pdf Disponible en: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/caceres_m_ca/capitulo1.pdf

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ANEXOS -

Fotografías de situación problemática



FOTOGRAFÍAS DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA

Vista Nº 01 Fresado de capa de rodadura

Vista Nº 02 Rehabilitación de pavimentos asfálticos


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Vista Nº 03 Corte de estructura de pavimento con maquinaria

Vista Nº 04 Corte de carpeta asfáltica y recolección para eliminarlo en botadero.


Tesis Reciclado de Pavimentos Asfálticos y Su Reutilización en El Diseño de Mezclas Asfalticas en Caliente

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