rehabilitación de pavimentos fisurados por reflexión implementado

REHABILITACIN DE PAVIMENTOS FISURADOS POR REFLEXIN IMPLEMENTADO SISTEMAS DE MEMBRANA ANTIFISURA S.A.M.I.

ANA MARA FORERO RONDN

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERA

INGENIERA CIVIL 2012

REHABILITACIN DE PAVIMENTOS FISURADOS POR REFLEXIN IMPLEMENTADO SISTEMAS DE MEMBRANA ANTIFISURA S.A.M.I.

ANA MARA FORERO RONDN

Proyecto de grado para optar al ttulo de Ingeniera Civil

Director:

MANUEL SANTIAGO OCAMPO TERREROS Ingeniero Civil, M.Sc., Ph.D.

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERA

INGENIERA CIVIL 2012

A mis padres por ser las personas ms importantes en mi vida, por su

incondicional apoyo perfectamente mantenido a travs del tiempo. A mi

hermano, a mis abuelitos, tos y primos por su compaa y

colaboracin. A Andrs Felipe por su paciencia y dedicacin.

Todo este trabajo ha sido posible gracias a ellos.

AGRADECIMIENTOS

A Dios por haberme permitido culminar satisfactoriamente esta etapa de mi vida,

por haberme dado salud para lograr todas mis metas.

A mis padres el apoyo que me brindaron en todo momento, por ser ejemplos de

perseverancia y constancia, por haberme apoyado en todo momento, por sus

consejos, sus valores, por la motivacin constante que me ha permitido ser una

persona de bien, pero ms que nada, por su amor y compaa.

Al ingeniero Andrs Felipe Camelo, por todo el cario y apoyo dado durante la

realizacin de este trabajo. Por ser un novio incondicional, confidente, complice, y

ms sincero amigo.

A mi hermano Carlos, a mis abuelitos, Mara Robayo, Silenia Montaez, Silverio

Rondn, Arnulfo Forero, Jacinta Silva por quererme, mimarme y apoyarme

siempre, a mis tos y tas, a mis primas, y a todos aquellos que participaron directa

o indirectamente en la elaboracin de esta tesis.

Gracias a ustedes!

A mis profesores de carrera, a mi director de trabajo de grado, al ingeniero Manuel

Ocampo, por su gran apoyo y motivacin para la culminacin de mis estudios

profesionales y para la elaboracin de esta tesis. Al ingeniero Leonel Armando

Hernndez y al ingeniero Leonardo Gomz, por el apoyo ofrecido en este trabajo.

A mis amigos y compaeros, Lili Estefany Crdoba, Nicols Barn, lvaro

Hernndez, Vanesa Mojica, Jeisson Pinzn, Cristina Peralta, Ivana Jara y todos

aquellos que por alguna razn ya no estn, gracias por su compaa y ayuda en la

realizacin de este trabajo.

RESUMEN

Segn el Instituto de Desarrollo Urbano IDU (2008), el procedimiento ms utilizado

en la rehabilitacin de pavimentos flexibles y rgidos ha sido la colocacin de

sobre-carpetas de concreto asfltico; sin embargo, no ha sido una alternativa

totalmente eficiente puesto que en muchas ocasiones no se ha considerado

adecuadamente el estado y la capacidad estructural del pavimento fisurado y la

calidad de la mezcla asfltica a utilizarse como sobre-carpeta de rehabilitacin, lo

que conlleva a la aparicin de fallas prematuras, afectando el desempeo y vida

til del pavimento restaurado.

Debido a los daos de fatiga por reflexin que puede sufrir la estructura de un

pavimento, en esta investigacin se analiz el comportamiento en laboratorio de

diferentes membranas antifisura S.A.M.I. combinadas con dos tipos de mezcla

asfltica como sobre-carpeta. La resistencia a la fatiga se evalu utilizando el

equipo Overlay Tester que permite simular los daos por oclusin y apertura de

las losas de concreto debido a los movimientos de las losas. En este trabajo se

comprob la eficiencia que tiene el uso de los sistemas antifisura S.A.M.I. en la

rehabilitacin de pavimentos fisurados por reflexin.

Palabras claves:

Rehabilitacin, fatiga por reflexin, membranas antifisura S.A.M.I., geosintticos,

geotextil, geomalla de fibra de vidrio, asfalto modificado con GCR.

ABSTRACT

According to the IDU (Instituto de Desarrollo Urbano Urban Development

Institute) (2008) the most commonly used procedure for rehabilitation of flexible

and rigid pavements has been the pouring of an overlay of asphalt concrete.

Nevertheless, this has not been a completely efficient alternative because the

structural condition and capacity of the cracked pavement as well as the quality of

the asphalt mix are usually not taken into consideration. This can lead to the

premature appearance of new cracks which affects the performance and life of the

restored pavement.

To investigate fatigue and reflective cracking resulting in damage to pavement

structures we analyzed the behavior of various Stress Absorbing Membrane

Interlayers (S.A.M.I.). Different geo-synthetic membranes were combined with hot

mix asphalt modified with rubber and also with conventional hot mix asphalt.

Fatigue resistance was evaluated using an Overlay Tester which simulates

damage caused by the opening and closing of cracks due to movements of

pavement blocks. This study evaluated the efficiency of different S.A.M.I. variations

for rehabilitation of pavement damaged by reflecting cracking.

Keywords:

Rehabilitation, fatigue reflection, stress absorbing membrane interlayer S.A.M.I.,

geosynthetics, geotextile, geogrid fiberglass, modified asphalt GCR.

Rehabilitacin de pavimentos fisurados por reflexin implementado Sistemas de Membrana Antifisura S.A.M.I.

i

CONTENIDO

Pg.

1 INTRODUCCIN 1

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIN 1

1.2 OBJETIVO GENERAL 4

1.3 OBJETIVOS ESPECFICOS 4

2 MARCO CONCEPTUAL 5

2.1 PAVIMENTO 5 2.1.1 Pavimentos flexibles 6 2.1.2 Pavimentos rgidos 7 2.1.3 Pavimentos semi-rgidos 9 2.1.4 Pavimentos en afirmado 9 2.1.5 Pavimentos articulados 9

2.2 DAOS EN PAVIMENTOS 10 2.2.1 Rehabilitacin superficial 13 2.2.2 Rehabilitacin estructural 14

2.3 FISURAS POR REFLEXIN 18

2.4 TRATAMIENTOS PARA PAVIMENTOS FISURADOS POR REFLEXIN 22 2.4.1 Geosintticos 22 2.4.2 Sistema de Membranas Antifisura S.A.M.I. 24

3 MATERIALES Y MTODOS 33

3.1 CARACTERIZACIN AGREGADOS 33 3.1.1 Caractersticas del agregado ptreo utilizado 33 3.1.2 Ensayos de caracterizacin para el agregado ptreo 34


ii

3.2 CARACTERIZACIN DEL ASFALTO 36 3.2.1 Caractersticas del ligante asfltico utilizado 37 3.2.2 Ensayos realizados al ligante asfltico 37

3.3 CARACTERIZACIN DEL ASFALTO MODIFICADO CON CAUCHO 39 3.3.1 Caractersticas del ligante asfltico modificado con caucho utilizado 40 3.3.2 Ensayos realizados al ligante asfltico modificado con caucho 41

3.4 DISEO VOLUMTRICO DE LA MEZCLA ASFLTICA CONVENCIONAL 43 3.4.1 Seleccin de los materiales 45 3.4.2 Seleccin de la estructura del agregado de diseo 47 3.4.3 Determinacin del porcentaje inicial de asfalto 51 3.4.4 Seleccin del porcentaje de ligante asfltico de diseo 64 3.4.5 Evaluacin de la sensibilidad a la humedad de la mezcla diseada 69

3.5 DISEO VOLUMTRICO DE LA MEZCLA ASFLTICA MODIFICADA CON CAUCHO 71 3.5.1 Seleccin de los materiales 72 3.5.2 Determinacin del porcentaje inicial de asfalto 72 3.5.3 Seleccin del porcentaje de ligante asfltico de diseo 73 3.5.4 Evaluacin de la sensibilidad a la humedad de la mezcla diseada 78

3.6 ENSAYOS DE FATIGA POR REFLEXIN 80 3.6.1 Ensamble de la probeta de ensayo 82 3.6.2 Parmetros del ensayo 85 3.6.3 Resultados de ensayo de fatiga por reflexin 87

4 ANLISIS DE RESULTADOS 93

4.1 DAO POR FATIGA EN CADA SISTEMA DE MEMBRANA ANTIFISURA S.A.M.I. 93

4.2 PROBABILIDAD DE FALLA DE CADA SISTEMA DE MEMBRANA ANTIFISURA S.A.M.I. 97

4.3 ANLISIS DE PRECIOS UNITARIOS 109

4.4 RELACIN BENEFICIO-COSTO 117

5 CONCLUSIONES 121

5.1 RESPECTO A LA RESISTENCIA A LA FATIGA 121


iii

5.2 RESPECTO AL DAO POR FATIGA 122

5.3 RESPECTO A LA PROBABILIDAD DE FALLA 122

5.4 RESPECTO AL ANLISIS DE PRECIOS UNITARIOS 122

5.5 RESPECTO A LA RELACIN BENEFICIO-COSTO 123

6 RECOMENDACIONES 125

7 BIBLIOGRAFA 127

ANEXOS 131


iv


v

LISTA DE ANEXOS

Anexo A Tipos de daos en pavimentos flexibles. Anexo B Tipos de daos en pavimentos rgidos Anexo C Tcnicas de rehabilitacin Anexo D Uso de los geosintticos en proyectos de pavimentacin Anexo E Especificaciones Geosintticos Anexo F Ensayos de caracterizacin agregados Anexo G Ensayos de caracterizacin ligante asfltico convencional Anexo H Ensayos de caracterizacin ligante asfltico modificado con GCR Anexo I Ficha Tcnica Riego de Liga

Anexo J Resultados del ensayo de reflexin por fatiga para ligante asfltico convencional

Anexo K Resultados del ensayo de reflexin por fatiga para ligante asfltico modificado con GCR

Anexo L Dao y probabilidad de falla para la mezcla convencional y la modificada con GCR, en funcin del nmero del nmero de ciclo para cada desplazamiento actuante d

Anexo M Anlisis de precios unitarios Anexo N Relacin beneficio-costo


vi


vii

LISTA DE FIGURAS

Pg.

Figura 1. Estructura pavimento flexible ................................................................... 7

Figura 2. Diagrama de distribucin de carga en un pavimento flexible ................... 7

Figura 3. Estructura pavimento rgido ..................................................................... 8

Figura 4. Diagrama de distribucin de carga en un pavimento rgido ..................... 8

Figura 5. Estructura pavimento articulado ............................................................. 10

Figura 6. Comportamiento de las fisuras en la sobre-carpeta ............................... 18

Figura 7. Esquema desarrollo de las fisuras ......................................................... 19

Figura 8. Equipo Overlay Tester del Instituto de Transporte de Texas ................. 20

Figura 9. SAMI para controlar el reflejo de grietas ................................................ 25

Figura 10. Franjas granulomtricas para la mezcla asfltica tipo MDC-2 ............. 34

Figura 11 Curva reolgica para el ligante asfltico convencional .......................... 38

Figura 12 Curva reolgica para el ligante asfltico modificado con GCR .............. 42

Figura 13 Granulometra de la mezcla MDC-2 ...................................................... 50

Figura 14 Grfico de la densificacin para la mezcla asfltica MDC-2 .................. 58

Figura 15 Curvas de densificacin promedio para la mezcla asfltica MDC-2 ...... 65

Figura 16 Vacos de aire versus el contenido de ligante asfltico para una mezcla

asfltica MDC-2 ..................................................................................................... 67

Figura 17 VAM versus el contenido de ligante asfltico para una mezcla asfltica

MDC-2 ................................................................................................................... 67

Figura 18 VFA versus el contenido de ligante asfltico para una mezcla asfltica

MDC-2 ................................................................................................................... 68

Figura 19 %Gmm@Ninicial versus el contenido de ligante asfltico para una mezcla asfltica MDC-2 ........................................................................................ 68

Figura 20 %Gmm@N versus el contenido de ligante asfltico para una mezcla asfltica MDC-2 ........................................................................................ 69


viii

Figura 21 Ensayo de susceptibilidad. Resistencia a la traccin mezcla asfltica

convencional ......................................................................................................... 70

Figura 22 Ensayo de susceptibilidad mezcla asfltica convencional ..................... 71

Figura 23 Curvas de densificacin promedio para la mezcla asfltica modificada

con GCR................................................................................................................ 74

Figura 24 Vacos de aire versus el contenido de ligante asfltico para la mezcla

asfltica modificada con GCR ............................................................................... 76

Figura 25 VAM versus el contenido de ligante asfltico para la mezcla asfltica

modificada con GCR ............................................................................................. 76

Figura 26 VFA versus el contenido de ligante asfltico para la mezcla asfltica


Figura 27 %Gmm@Ninicial versus el contenido de ligante asfltico para la mezcla asfltica modificada con GCR ............................................................................... 77

Figura 28 %Gmm@N versus el contenido de ligante asfltico para la mezcla asfltica modificada con GCR ................................................................... 78

Figura 29 Ensayo de susceptibilidad. Resistencia a la traccin mezcla asfltica


Figura 30 Ensayo de susceptibilidad mezcla asfltica modificada con GCR ........ 80

Figura 31. Corte de la probeta ............................................................................... 81

Figura 32 Esquema estructural de las probetas .................................................... 84

Figura 33 Relacin entre el perodo ptimo y la deformacin ............................... 86

Figura 34 Comparacin leyes de fatiga en Equipo de Reflexin sin S.A.M.I. ........ 89

Figura 35 Comparacin leyes de fatiga en Equipo de Reflexin S.A.M.I.1 ........... 89




Figura 39 Relacin dao por fatiga y el desplazamiento para mezcla asfltica

convencional MDC-2 ............................................................................................. 95

Figura 40 Relacin dao por fatiga y el desplazamiento para mezcla asfltica



ix

Figura 41 Relacin del incremento de nmero ciclos de apertura y oclusin de los

sistemas S.A.M.I. respecto al sistema convencional (sin sistema S.A.M.I) con

sobre-carpeta asfltica convencional .................................................................. 102

Figura 42 Relacin del incremento de nmero ciclos de apertura y oclusin de los

sistemas S.A.M.I. respecto al sistema convencional (sin sistema S.A.M.I) con

sobre-carpeta asfltica modificada con GCR ...................................................... 103

Figura 43 Probabilidad de falla de la mezcla convencional y la modificada con

GRC con un desplazamiento 1 mm ..................................................................... 104


GRC con un desplazamiento 3 mm ..................................................................... 105


GRC con un desplazamiento 10 mm ................................................................... 106





Figura 48 Relacin de precios unitarios para el equipo, los materiales y la mano de

obra necesarios para la colocacin de los sistemas S.A.M.I. .............................. 111

Figura 49 Anlisis de precios unitarios para de la mezcla convencional y la

modificada con GRC con un desplazamiento 1 mm ............................................ 112


modificada con GRC con un desplazamiento 3 mm ............................................ 113


modificada con GRC con un desplazamiento 10 mm .......................................... 114





Figura 54 Valor de los costos por nmero de ciclos para la colocacin de los

sistemas S.A.M.I. con mezcla asfltica convencional como sobre-carpeta ......... 118


x

Figura 55 Valor de los costos por nmero de ciclos para la colocacin de los

sistemas S.A.M.I. con mezcla asfltica modificada con GCR como sobre-carpeta

............................................................................................................................ 119


xi

LISTA DE TABLAS

Pg.

TABLA 1. Ensayos de caracterizacin agregado ptreo ....................................... 36

TABLA 2. Ensayos de caracterizacin al ligante asfltico convencional ............... 39

TABLA 3 Especificacin internacional ASTM D 6114-97 ...................................... 41

TABLA 4 Ensayos de caracterizacin ligante asfltico modificado con GCR ........ 43

TABLA 5. Propiedades agregados ptreos ........................................................... 46

TABLA 6 Criterio granulomtrico tamao mx. Nominal 12.5 mm ........................ 48

TABLA7 Granulometra de diseo- mezcla asfltica MDC-2 ................................. 49

TABLA 8 Propiedades de los agregados ptreos para la mezcla asfltica MDC-2 50

TABLA 9 Esfuerzos del compactador giratorio SUPERPAVE ............................... 54

TABLA 10 Condiciones de diseo mezcla asfltica MDC-2 .................................. 55

TABLA 11 Variables para el clculo de la densificacin para la mezcla asfltica

MDC-2 ................................................................................................................... 57

TABLA 12 Datos de la densificacin para la mezcla asfltica MDC-2 ................... 57

TABLA13 Valores de densificacin y del criterio para la mezcla asfltica MDC-2 59

TABLA 14 Resumen de la compactacin de la mezcla asfltica con 6.0% de

asfalto .................................................................................................................... 59

TABLA 15 Resumen de la compactacin de la mezcla asfltica con 6.43% de

asfalto .................................................................................................................... 62

TABLA 16 Criterios volumtricos y de densificacin para la mezcla asfltica ....... 62

TABLA 17 Resumen de los valores de compactacin de la mezcla asfltica MDC-2

.............................................................................................................................. 66

TABLA 18 Resumen de las propiedades volumtricas de la mezcla asfltica MDC-

2 ............................................................................................................................ 66

TABLA 19. Propiedades de la mezcla de diseo con 6.2% de ligante .................. 69

TABLA 20 Parmetros de la mezcla con un porcentaje inicial de asfalto modificado

.............................................................................................................................. 73


xii

TABLA 21 Resumen de los valores de compactacin de la mezcla asfltica


TABLA 22 Resumen de las propiedades volumtricas de la mezcla asfltica


TABLA 23 Propiedades de la mezcla de diseo con 7.7% de ligante modificado

con GCR................................................................................................................ 78

TABLA 24 Membrana antifisura S.A.M.I con mezcla asfltica convencional (MDC-

2). .......................................................................................................................... 85

TABLA 25 Membrana antifisura S.A.M.I con mezcla asfltica tipo IDU modificada

con Grano de caucho reciclado GCR. ................................................................... 85

TABLA 26 Relacin entre el perodo ptimo y la deformacin .............................. 87

TABLA 27 Nmero de ciclos para la falla mezcla asfltica convencional MDC-2 . 87

TABLA 28 Nmero de ciclos para la falla mezcla asfltica modificada con GCR .. 88

TABLA 29 Comparacin entre las pendientes de fatiga obtenidas para las mezclas

asfltica convencional y modificada con GCR ....................................................... 88

TABLA 30 Dao por fatiga para mezcla asfltica convencional MDC-2 ................ 95

TABLA 31 Dao por para mezcla asfltica modificada con GCR .......................... 96

TABLA 32 Desviacin estndar de la ley de fatiga ................................................ 99

TABLA 33 Desviacin estndar de los espesores de las capas .......................... 100

TABLA 34 Resumen del anlisis de precios unitarios para el equipo, los materiales

y la mano de obra necesarios para la colocacin de los sistemas S.A.M.I. ........ 109

TABLA 35 Resumen del anlisis de precios unitarios para el equipo, los materiales

y la mano de obra necesarios para la colocacin de los sistemas S.A.M.I. ........ 110

TABLA 36 Probabilidad de falla en funcin del trfico y del material .................. 117


xiii

LISTA DE CUADROS

Cuadro 1-A Especificaciones tcnicas del geotextil no tejido. PAVCO REPAV 450 (en ANEXO A) Cuadro 1-B Especificaciones tcnicas del geotextil no tejido. PAVCO NT1800 Cuadro 2 Requerimientos de la geomalla de polister. FORTGRID BX65

Cuadro 3 Especificaciones tcnicas de la geomalla de fibra de vidrio. PAVCO R-100


xiv


xv

LISTA DE FOTOGRAFAS

Pg.

Fotografa 1. Red vial de carreteras, pavimentos rgido y flexible. Departamento de

Risaralda ............................................................................................................... 12

Fotografa 2. Obras de rehabilitacin Ocaa, Norte de Santander ........................ 17

Fotografa 3. Equipo Overlay Tester. Pontificia Universidad Javeriana ................. 21

Fotografa 4. Geotextil no tejido referencia PAVCO REPAV450 ........................... 27

Fotografa 5. Geomalla de polister, Geomatrix Fortgrid BX .............................. 28

Fotografa 6. Geomalla fibra de vidrio referencia PAVCO R100 ........................... 29

Fotografa 7. Corte de las probetas para la simulacin de fisuras ......................... 82

Planteamiento del Problema y Justificacin

1

1 INTRODUCCIN

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIN

De acuerdo el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU), el subsistema vial de Bogot

est compuesto por la malla vial arterial, la intermedia, y la local, que

corresponden al 94.6% de la malla vial de la ciudad, de la cual el 43% del sistema

se encuentran en mal estado segn el ndice de Condicin del Pavimento PCI

(Instituto de Desarrollo Urbano IDU, 2009). El esquema para optimizar las

condiciones del corredor vial se basa en la ejecucin de obras de mantenimiento,

rehabilitacin, reconstruccin, y construccin, para la cual se destina un

presupuesto limitado, debido a la gran demanda de proyectos que requieren

mejoras.

La prolongacin de la vida til de las vas ha sido una permanente preocupacin

por parte de las entidades pblicas a nivel nacional e internacional, las cuales se

encargan de la construccin y del posterior mantenimiento de las mismas (Kleman

J., 1998). Por esta razn, es de gran importancia la utilizacin de materiales que

refuercen y mejoren las caractersticas de los pavimentos. En el caso de las capas

de conformacin de pavimentos con materiales no ligados, la necesidad de

reforzarlas, cada vez encuentra mayor aplicacin debido a las altas demandas de

carga, calidad y disponibilidad de materiales, tanto que en 1926 se implement el

uso de fibras sintticas para reforzar las estructuras de pavimento (Mejia Flores

L.E. y Caro Spinel S., 2008). Con la aparicin de los geosintticos, los

investigadores han hecho un aporte significativo a la ingeniera, destacando su

desempeo en aplicaciones especficas, y logrando cuantificar su beneficio en

proyectos de repavimentacin (Kleman J., 1998).


2

Usualmente, la tcnica empleada para la recuperacin de las capas fisuradas de

pavimento, es la colocacin de sobre-carpetas asflticas; sin embargo, este tipo

de rehabilitacin presenta dificultades, ya que no es capaz de evitar o retardar la

reflexin de grietas en los pavimentos producto de las fisuras y discontinuidades

en el pavimento a rehabilitar. Dadas las condiciones en las que se encuentra la

estructura, se puede optar por dos posibles soluciones, en donde se establece

aumentar el espesor de la capa asfltica y la utilizacin de asfaltos modificados en

las mezclas asflticas para sobre-carpeta (Pardo Rojas M.A. y Canata Zaror M.T.,

2002).

Ante el agrietamiento por reflexin, estudios han destacado el uso de S.A.M.I (por

sus siglas en ingls de Stress Absorbing Membrane Interlayer). La S.A.M.I es una

membrana absorbente de esfuerzos mecnicos combinados, los cuales se

concentran debido a las fisuras y grietas en pavimentos existentes deteriorados, y

que se desean rehabilitar para prolongar su vida til (Botasso G. et al., 2010).

Existen diferentes sistemas de materiales que componen la S.A.M.I, y que son

ampliamente utilizados en la rehabilitacin de pavimentos deteriorados. En la

implementacin de S.A.M.I. se ha planteado el uso de geosintticos como

geomallas, geotextiles y geocompuestos.

Cabe destacar que los geosintticos tienen una amplia gama de funciones, ya que

no slo se implementan para contrarrestar el fisuramiento del pavimento, sino que

tambin, en el caso los geotextiles no tejidos, funcionan como una barrera que

protege las capas inferiores de la estructura del pavimento evitando el ingreso del

agua superficial. Por otra parte, las geomallas contribuyen a resistir los esfuerzos

de tensin producidos en la base de la sobre-carpeta incrementando la vida til del

Planteamiento del Problema y Justificacin

3

pavimento al lograr disminuir o evitar la propagacin de las fisuras (Rodrguez

Peralta J.A., 2004).

Al igual que el uso de los geosintticos, incorporar caucho molido de llantas a la

mezcla asfltica empleada como S.A.M.I. (proceso por va hmeda o seca) se

mejoran las propiedades de la mezcla aumentando su resistencia al fisuramiento.

En el 2002 y 2003, la Universidad de Los Andes desarroll para el IDU una serie

de estudios para determinar el comportamiento que presenta el caucho molido

proveniente de llantas al ser adicionado a una mezcla asfltica, en donde se

concluy que este material mejora la resistencia al fisuramiento por fatiga,

aumentado de tal forma la competitividad de la estructura (Universidad de los

Andes, 2002).

Han sido muchos los estudios para establecer qu tipo de materiales son mejores

para conformar las membranas antifisuras S.A.M.I; sin embargo, en muchos de los

casos estudiados no se ha implementado un tipo de ensayo adecuado para

determinar la efectividad de estos materiales (p. ej. un equipo que simule

realmente el mecanismo de reflexin de fisuras que experimenta la estructura del

pavimento). Por esta razn se considera necesario realizar una investigacin

sobre el comportamiento del pavimento con capas S.A.M.I. ante el efecto de la

fisuracin por reflexin, utilizando un equipo de fatiga que permita reproducir en

laboratorio ste fenmeno.

En la Universidad Javeriana, como trabajo de grado en la Maestra de Ingeniera

Civil, se desarroll una investigacin para caracterizar la resistencia de las

mezclas asflticas ante la fisuracin por reflexin, mediante el uso del Overlay

Tester. Este equipo permite simular la apertura y cierre de las discontinuidades en


4

una capa rgida fisurada, mecanismo que es la principal fuente para inducir las

grietas de reflexin (Zhou F. y Scullion T., 2004b).

1.2 OBJETIVO GENERAL

Evaluar el comportamiento ante el fenmeno de fisuracin por reflexin de dos

clases de mezclas asflticas (INVIAS tipo MDC-2 y asfalto modificado con grano

de caucho reciclado GCR), cada una combinada con cuatro sistemas diferentes de

membranas antifisuras S.A.M.I.

1.3 OBJETIVOS ESPECFICOS

Caracterizar las mezclas asflticas combinadas con las membranas

antifisuras S.A.M.I propuestas, de acuerdo a su resistencia a la fatiga por

reflexin.

Determinar la viabilidad del uso de las diferentes membranas antifisuras

S.A.M.I. analizadas en este trabajo de acuerdo a su relacin beneficio-costo

a partir del nmero de ciclos de apertura y oclusin.

Evaluar el costo de fabricacin y colocacin en la va de las diferentes

membranas antifisuras S.A.M.I. analizadas en este trabajo.

Marco Conceptual

5

2 MARCO CONCEPTUAL

2.1 PAVIMENTO

El pavimento es una estructura vial constituida por un conjunto de capas

superpuestas, relativamente horizontales, que se disean y construyen con

materiales seleccionados, adecuadamente compactados, y que se apoyan sobre

la subrasante. El pavimento debe ser capaz de resistir los esfuerzos que las

cargas impuestas por el trnsito y la accin del medioambiente le imponen durante

el perodo de diseo, as como soportar las deformaciones mximas admisibles

por los materiales que lo conforman (Instituto Nacional de Vas INVIAS, 2007);

adems de proporcionar circulacin de los vehculos con rapidez, comodidad,

seguridad y economa (Fernndez Ordoez H.O., 1985).

De acuerdo con Montejo (2006), algunas de las caractersticas que debe tener el

pavimento para satisfacer adecuadamente sus funciones son:

Ser resistente a la accin de las cargas impuestas por el trnsito.

Ser resistente ante los agentes de intemperismo.

Presentar una textura superficial adecuada a las velocidades previstas de

circulacin de los vehculos, por cuanto esta tiene una influencia decisiva en la

seguridad vial. Adems, debe ser resistente al desgaste producido por el

efecto abrasivo de las llantas de los vehculos.

Presentar una regularidad superficial, tanto transversal como longitudinal, que

permita una adecuada comodidad a los usuarios en funcin de las longitudes

de onda de las deformaciones y de la velocidad de circulacin.


6

Ser durable y econmico.

Presentar condiciones adecuadas de drenaje.

Poseer el color adecuado para evitar reflejos y deslumbramientos y ofrecer

una adecuada seguridad del trnsito.

El ruido generado por el paso de los vehculos en la va debe ser moderado

tanto en el interior de los vehculos como en el exterior, de tal forma que no se

vea afectado el entorno.

Los pavimentos han sido clasificados en flexibles, rgidos, semi-rgidos, en

afirmado y articulado.

2.1.1 Pavimentos flexibles

Este tipo de pavimento (Figura 1) est constituido por una capa asfltica apoyada

sobre una o varias capas de gran flexibilidad, denominadas como base y subbase

granular. Debido a la alta flexibilidad de la carpeta asfltica (capacidad de gran

deformacin sin rotura bajo la accin de una carga), el peso del vehculo que

transita sobre la superficie es prcticamente una carga concentrada, cuyo efecto

se disminuye a travs del espesor de las capas subyacentes, hasta llegar

distribuido y atenuado a la subrasante, como se muestra en la Figura 2 (Instituto

Colombiano de Productores de Cemento ICPC, 1975).

Marco Conceptual

7

Figura 1. Estructura pavimento flexible

Fuente: Stephen T. Muench (2010)

Figura 2. Diagrama de distribucin de carga en un pavimento flexible


2.1.2 Pavimentos rgidos

El pavimento rgido (Figura 3) est constituido por una losa de concreto hidrulico,

apoyado sobre la subrasante o sobre una capa de material seleccionado, la cual

se denomina subbase granular. En este tipo de pavimentos, la alta rigidez del

concreto y el elevado coeficiente de elasticidad hacen que la distribucin de


8

esfuerzos se produzca en una zona muy amplia (Figura 4); adems, el concreto

tiene la capacidad de resistir en cierto grado los esfuerzos a tensin. El

comportamiento de un pavimento rgido es satisfactorio aun cuando existan zonas

dbiles en la subrasante (Instituto de Desarrollo Urbano IDU, 2007).

Figura 3. Estructura pavimento rgido


Figura 4. Diagrama de distribucin de carga en un pavimento rgido


Marco Conceptual

9

2.1.3 Pavimentos semi-rgidos

En las ltimas dcadas se ha usado un nuevo tipo de estructura conocida como

pavimento mixto o semi-rgido, que es, esencialmente un pavimento flexible en

el cual, a alguna de sus capas granulares se ha mejorado su rigidez mediante

tratamientos especficos con materiales como asfalto, cemento, cal, u otros para

este fin.

La transmisin de los esfuerzos a la subrasante se hace en parte por disipacin y

otra por reparticin; por eso se asume que un pavimento semi-rgido tiene un

comportamiento mixto (Higuera Sandoval C.H., 2010).

2.1.4 Pavimentos en afirmado

Los pavimentos en afirmado son estructuras constituidas por una o ms capas de

material granular seleccionado, colocadas, extendidas y compactadas sobre una

subrasante, para resistir y distribuir las cargas y los esfuerzos ocasionados por el

paso de los vehculos, y as mejorar las condiciones de comodidad y seguridad del

trnsito (Instituto de Desarrollo Urbano IDU, 2007).

2.1.5 Pavimentos articulados

Este tipo de pavimento est formado por elementos prefabricados (bloques o

adoquines) de pequeas dimensiones. Posee importantes ventajas que se

demuestran con soluciones tcnicas y decorativas para todo tipo de trnsito. El

pavimento articulado se caracteriza por soportar grandes cargas, conservando un

aspecto esttico y econmico.


10

Los adoquines o bloques se asientan sobre una capa de arena, que se comporta a

su vez como una junta de sellado. Esta capa de arena se apoya sobre la subbase

o directamente sobre la subrasante, dependiendo de sus calidades, como se

muestra en la Figura 5 (Higuera Sandoval C.H., 2010).

Figura 5. Estructura pavimento articulado

Fuente: www.adoquinesdehormigon.com.ar

2.2 DAOS EN PAVIMENTOS

El Manual del IDU para la Inspeccin de Pavimentos clasifica en cuatro categoras

los daos que puede presentar una estructura de pavimento, tanto par flexibles

como rgidos. Para un pavimento flexible, estas categoras son: fisuras,

deformaciones, prdida de capas estructurales, y daos superficiales; en el

ANEXO A se presentan los tipos de daos encontrados en los pavimentos

flexibles segn su categora. Para un pavimento rgido, las categoras son: grietas,

deterioro de las juntas, deterioro superficial y otros deterioros. En el ANEXO B se

Marco Conceptual

11

presentan los tipos de daos encontrados en los pavimentos rgidos segn su

categora.

Los daos en los pavimentos flexibles se deben a mltiples causas, entre las

cuales se encuentran las debidas a la mala calidad de las mezclas asflticas

debidas a fallas en los procesos de produccin o a la calidad de los materiales

usados, y por los procesos constructivos; es por esto que para este tipo de

pavimento se exige un mayor control de calidad, el cual se debe aplicar desde su

diseo hasta su construccin (Instituto de Desarrollo Urbano IDU, 2007).

De acuerdo con el Instituto Nacional de Vas (INVAS), la infraestructura vial

conformada por pavimentos rgidos en Colombia presenta un alto deterioro notable

en algunas zonas del pas (Instituto Nacional de Vas INVIAS, 2007). La

degradacin progresiva de estas estructuras parece estar asociada al aumento de

cargas de los vehculos comerciales que superan las cargas de diseo, y a la

generalizada ausencia de actividades de mantenimiento rutinario y peridico.

El bajo nivel servicio de un pavimento se da conforme a la prdida estructural,

funcional, y de drenaje de la estructura, evidencindose fisuras, deformaciones,

prdida de las capas estructurales, y daos superficiales, entre otros. Ante las

deficiencias que puede presentar una estructura de pavimento, se selecciona el

tipo de obra de rehabilitacin como tcnica de mejoramiento funcional o estructural

del mismo, las cuales dan lugar tanto a una extensin de su vida de servicio, como

a la provisin de una superficie de rodamiento ms cmoda y segura (Instituto de

Desarrollo Urbano IDU, 2008).


12

Existen diferentes mtodos para la evaluacin de los defectos en los pavimentos,

y que sirven para caracterizar su nivel de severidad, siendo estos: alto, medio o

bajo. Entre los ms utilizados en el mundo se encuentran el Manual de Condicin

del Pavimento (PCI) desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros, y el programa

estratgico de Investigacin de carreteras, conocido por sus siglas en ingls como

SHRP (Strategic Highway Research Program); en Colombia, para este fin,

predomina el Manual para la Inspeccin de Pavimentos realizado por el INVIAS

(Vsquez Torres L.C., 2000).

El manual para la evaluacin de los defectos en los pavimentos del INVIAS se

basa en el estudio e investigacin del estado actual de las obras de la red nacional

de carreteras, el cual contiene herramientas prcticas a fin de obtener un informe

de los daos encontrados durante una inspeccin visual, permitiendo identificar el

tipo, magnitud y severidad de los mismos. Sin embargo, el documento solo

describe los diferentes tipos de daos que se presentan en los pavimentos

flexibles y rgidos, ya que la red vial nacional de carreteras se encuentra

construida solo con estos dos tipos de estructuras (Fotografa 1).

Fotografa 1. Red vial de carreteras, pavimentos rgido y flexible. Departamento de Risaralda

Fuente: Instituto Nacional de Vas (2009)

Marco Conceptual

13

Existen varios mtodos para rehabilitar pavimentos o corregir las deficiencias en

determinados tramos de la va; segn las condiciones en las que sta se

encuentre, se puede presentar dos tipos de rehabilitacin: superficial o estructural.

2.2.1 Rehabilitacin superficial

Las medidas de rehabilitacin superficial resuelven problemas relacionados con

las capas superiores del pavimento, usualmente dentro de los 100 mm superiores.

Las deficiencias que se presentan estn relacionadas con el envejecimiento del

asfalto y con el agrietamiento que se origina en la superficie debido a factores

trmicos. Los mtodos ms comunes para tratar este tipo de problemas incluyen:

Colocacin de sobre-carpetas. Consiste en la colocacin sobre la superficie

existente de una sobre-carpeta delgada, de espesores inferiores a los 35 mm

(con un tamao mximo nominal de agregado de o ) de mezcla asfltica

en caliente o en fro. Esta es la solucin ms simple, ya que el tiempo

requerido para completar los trabajos es corto y existe un impacto mnimo

sobre los usuarios de la va. Usualmente se emplean asfaltos modificados con

el propsito de mejorar el comportamiento y alargar la vida til de la nueva

carpeta asfltica. Sin embargo, se pueden presentar problemas de drenajes y

de accesos al incrementarse la cota superficial dificultando el paso del agua a

las estructuras hidrulicas.

Fresado y reemplazo. En este mtodo se retiran las capas afectadas por el

agrietamiento, y se reemplazan con mezcla asfltica nueva. A menudo

estas mezclas estn fabricadas con ligantes modificados. El proceso es

relativamente rpido debido a las altas capacidades de produccin de las

fresadoras modernas y a la capacidad de produccin y colocacin de la


14

mezcla. Desafortunadamente, la mayora de las especificaciones de

fresado exigen una profundidad de fresado especfica, lo cual no asegura

que se obtendr una superficie completamente plana.

Reciclaje. Esta metodologa consiste en el reciclaje del material del

pavimento existente con el fin de rejuvenecer su ligante asfltico;

adicionalmente, las propiedades de la mezcla reciclada pueden modificarse

mediante la incorporacin de materiales nuevos.Sin embargo, no todo son

ventajas en el reciclado de firmes, ya que desde el punto de vista tcnico, la

utilizacin del material procedente del fresado de pavimentos antiguos,

denominado genricamente RAP (Reclaimed Asphalt Pavement), modifica

el comportamiento mecnico de las mezclas bituminosas a las que se

incorpora, ya sea porque los ridos producidos durante el fresado no tienen

una granulometra estandarizada o porque estos ridos reutilizados estn

envueltos por betn envejecido, que lleva a obtener una mezcla ms rgida

y probablemente ms frgil de lo que sera en el caso de utilizar un rido

virgen (Don Brock J., 2011).

En el ANEXO C se presentan las alternativas de rehabilitacin superficial para

pavimentos flexibles y rgidos (Sanchz Sabogal F., 2009).

2.2.2 Rehabilitacin estructural

La rehabilitacin estructural, para resolver problemas de la estructura del

pavimento existente, normalmente se trata como una solucin a largo plazo. Al

resolver los problemas estructurales, debe entenderse que la estructura del

pavimento es la que tiene las fallas, y no necesariamente los problemas se

encuentren en los materiales que la constituyen. La densificacin (o consolidacin)

de los materiales granulares es, de hecho, una forma de mejoramiento, debido a

Marco Conceptual

15

que a mayor densidad de un material, mejores sern sus caractersticas de

resistencia; sin embargo, la densificacin causa problemas en las capas

superiores, especialmente en aquellas construidas con materiales ligados.

Entre las tcnicas ms utilizadas para rehabilitacin estructural se encuentran:

Reconstruccin total. Esta opcin se elige cuando se combina la rehabilitacin

con una decisin de mejoramiento que demanda un cambio significativo en la

estructura de pavimento. La reconstruccin esencialmente implica el cambio

de toda la estructura, requiriendo un alto valor econmico puesto que se debe

comenzar de nuevo. Cuando se tiene altos volmenes de trfico es preferible

construir una va alterna para evitar problemas con el trfico.

Construccin de capas adicionales, de materiales granulares o mezclas

asflticas, sobre la superficie existente. Con frecuencia, la colocacin de

capas asflticas gruesas en vas donde los volmenes de trfico son altos, es

la solucin ms fcil para los problemas estructurales. Sin embargo, como ya

se indic, un incremento en el nivel superficial trae con sigo problemas en el

escurrimiento, los drenajes, y/o los accesos.

Reciclaje hasta la profundidad en que presentan los problemas, creando

una capa gruesa y homognea, con caractersticas de resistencia

superiores. El objetivo de reciclar los materiales existentes es el de tratar de

reutilizarlos al mximo. En aquellos casos en que el pavimento se va a

mejorar significativamente, pueden ponerse capas adicionales sobre las

recicladas. Usualmente se agregan agentes estabilizadores a los materiales

reciclados, en especial cuando el material existente en el pavimento no est

en buenas condiciones y se requiere su refuerzo. Adems de recuperar los

materiales de las capas superiores, la estructura del pavimento bajo el nivel

de reciclaje permanece igual (Gonzlez R. et al., 2002).


16

El reciclado de un pavimento puede presentar algunos inconvenientes o

limitaciones como son:

- Mayor heterogeneidad respecto a una mezcla nueva.

- Posible aparicin de grietas longitudinales si no se adoptan las

precauciones pertinentes para garantizar una adecuada unin entre

los materiales de capas adyacentes.

- Operacin algo ms lenta que la del simple refuerzo con capas de

mezclas bituminosas, cuando no es necesario el fresado previo de

las existentes (Jofre C. y Fernndez R., 2000).

Segn el Instituto de Desarrollo Urbano IDU (2008), el procedimiento ms utilizado

en la rehabilitacin de pavimentos flexibles y rgidos ha sido la colocacin de

sobre-carpetas de concreto asfltico; sin embargo, no ha sido una alternativa

totalmente eficiente, puesto que en muchas ocasiones no se ha considerado

adecuadamente el estado y la capacidad estructural del pavimento, lo que

conlleva a la aparicin de fallas prematuras en las obras construidas. Los motivos

para que esto suceda son variados:

Inadecuada seleccin en la colocacin de una sobre-carpeta como mtodo de

rehabilitacin.

Escogencia de un tipo inapropiado de sobre-carpeta.

Espesor insuficiente de la sobre-carpeta.

Fallas en el diseo y en la elaboracin de la mezcla.

Deficiente reparacin previa de las reas deterioradas.

Inadecuada consideracin del fenmeno de reflexin de fisuras.

Deficiencias en el proceso constructivo.

Marco Conceptual

17

Fotografa 2. Obras de rehabilitacin Ocaa, Norte de Santander

Fuente: Alcalda Ocaa N.d.S (2011)

El tipo ms comn de sobre-carpeta es aquel que se construye con mezclas

densas en caliente del tipo concreto asfltico (MDC-2 segn la especificacin

INVAS o MD12 segn la especificacin IDU), elaboradas con cementos asflticos

convencionales o modificados con polmeros (Fotografa 2). El xito en la

colocacin de sta sobre-carpeta est en la certeza de que ser la solucin de

rehabilitacin apropiada. Establecido lo anterior, la determinacin del tipo y

espesor del refuerzo son variables de gran importancia a considerar, as como la

definicin del tratamiento requerido para el pavimento deteriorado antes de su

colocacin.

Por ltimo, es preciso que el proceso constructivo se ajuste a lo establecido en las

especificaciones de construccin locales (Instituto de Desarrollo Urbano IDU,

2008).


18

2.3 FISURAS POR REFLEXIN

En el momento de seleccionar la colocacin de sobre-carpetas asflticas, como

alternativa de rehabilitacin de los pavimentos rgidos fisurados, se debe

considerar el tratamiento previo que la estructura debe tener, ya que sin una

adecuada atencin de ste se pueden reflejar, a corto tiempo, las fisuras de la

estructura existente.

Figura 6. Comportamiento de las fisuras en la sobre-carpeta

Fuente: Tensar Internacional GlasGrid (2006)

Se conoce como fenmeno de reflexin a la propagacin de fisuras desde el fondo

de una capa estructural hasta su superficie (Figura 6), y se originan por

movimientos horizontales y/o verticales entre los bloques rgidos de la capa de

soporte. Estos movimientos generan concentracin de esfuerzos de tensin y/o

corte en la capa ubicada sobre las juntas y/o fisuras de la capa rgida en

movimiento (Figura 7).

Marco Conceptual

19

Figura 7. Esquema desarrollo de las fisuras

Fuente: Zhou F. et al (2009)

El movimiento horizontal se produce por efectos ambientales, especficamente por

los cambios de temperatura que sufre el pavimento, ya que genera contracciones

en la estructura e incrementan la abertura de las fisuras de la capa existente,

originando concentracin de esfuerzo de tensin en la sobre-carpeta asfltica. El

desarrollo de las fisuras por reflexin en el pavimento, depende de la magnitud y la

velocidad de cambio de la temperatura, de la geometra del pavimento fisurado, de

la distancia entre las juntas o fisuras, y de las propiedades del material de la

sobre-carpeta (Instituto de Desarrollo Urbano IDU, 2008).

Por otro lado, el movimiento vertical se produce por movimientos verticales

diferenciales en las discontinuidades generados por las cargas al paso de los

vehculos, originando concentracin de esfuerzo de corte en la sobre-carpeta

asfltica. Con este tipo de movimiento, la estructura del pavimento se ve afectada

por factores como la magnitud de la carga, la transferencia de carga entre losas o

bloques rgidos, y el apoyo de la subrasante (Vera Silva J., 2012).


20

Debido a los inconvenientes que genera el fenmeno de fisuracin por reflexin en

la estructura del pavimento, el estado del arte ha contemplado investigaciones

enfocadas en ensayos de laboratorio donde se emplee un equipo de fatiga que

permita reproducir ste fenmeno.

El equipo ms utilizado para reproducir el fenmeno de fisuracin por reflexin se

conoce como Overlay Tester (Figura 8), el cual fue desarrollado por el Instituto de

Transporte de Texas. Este equipo permite generar repeticiones de apertura y

cierre de las juntas de manera cclica, simulando de la mejor manera posible los

cambios ocurridos en el pavimento por la accin del gradiente trmico, siendo

stas las principales causas para inducir las fisuras por reflexin.

Figura 8. Equipo Overlay Tester del Instituto de Transporte de Texas

Fuente: Zhou F. et al (2009)

Las caractersticas de funcionamiento del equipo permiten que, factores como el

tiempo, el desplazamiento y la fuerza, sean registrados por un sistema

computarizado, permitiendo establecer el nmero de ciclos para que se generen

Marco Conceptual

21

fisuras en la muestra (Zhou F. y Scullion T., 2004b). De igual forma permite

ensayar muestras asflticas elaboradas en laboratorio con el Compactador

Giratorio SUPERPAVE, puesto que el tamao de las muestras elaboradas en

laboratorio facilita que sea un ensayo prctico y fcil de manejar, ajustndose a los

requerimientos del equipo.

Fotografa 3. Equipo Overlay Tester. Pontificia Universidad Javeriana

Fuente: Forero Rondn, Ana Mara. (2012).

La Pontificia Universidad Javeriana cuenta con equipos de laboratorio que simulan

la fatiga de los materiales asflticos por flexin, entre estos se encuentran el

Nottingham Asphalt Tester (NAT) y el equipo desarrollado por el Laboratorio de

Puentes y Caminos de Francia (Laboratoire Central des Ponts et Chausses

L.C.P.C.). Sin embargo, ninguno de estos dos equipos puede reproducir el reflejo

de fisuras por traccin directa en las muestras asflticas de sobre-carpetas. Por

esta razn, el doctor Manuel Ocampo desarroll un equipo de reflexin (Fotografa

3) con financiacin de la Vicerrectora Acadmica de la universidad; proyecto que


22

hizo parte de la Convocatoria interna permanente Apoyo a proyectos de

investigacin de profesores de planta con ttulo de doctorado de la Oficina para el

Fomento de la Investigacin.

2.4 TRATAMIENTOS PARA PAVIMENTOS FISURADOS POR REFLEXIN

La manera para evitar el reflejo de fisuras en la estructura del pavimento consiste

en mitigar los movimientos horizontales de las fisuras del pavimento existente

causados por los cambios de temperatura y los movimientos verticales generados

por el paso de los vehculos. Una vez que se produce la fisura en el pavimento

rgido, sta se propaga y aumenta su extensin, severidad e intensidad,

ocasionando deterioro en la sobre-carpeta de rehabilitacin. Por esa razn se

recurre a la implementacin de diferentes tratamientos para contrarrestar el

fenmeno de reflexin, retardando el reflejo de las fisuras y disminuyendo la

severidad del deterioro de la estructura. Entre estos tratamientos se encuentran el

uso de geosintticos y de sistemas de membranas antifisura (S.A.M.I.).

2.4.1 Geosintticos

El uso de geosintticos, en el mbito internacional, se empez a implementar

desde la dcada de 1970, y en Colombia slo diez aos ms tarde. La incursin y

el posicionamiento de estos materiales en el mercado colombiano han sugerido la

posibilidad de innovar en las metodologas tradicionales de diseo y construccin

de obras de pavimentacin. Por esta razn se ha generado el inters en estudiar,

analizar, y cuestionar el ptimo uso de estos materiales dentro del contexto

regional, con el fin de satisfacer las necesidades de contar con una infraestructura

vial que sea segura y de alta calidad.

Marco Conceptual

23

En la literatura se encuentra un sin nmero de recomendaciones sobre su uso, las

experiencias, las ventajas y desventajas de los materiales geosintticos en

proyectos geotcnicos (Da Silva L.F., 1994; FAO, 2001; Korner R., 1997; PAVCO,

2002; TENSAR, 2002, entre otros). En trminos generales se puede afirmar que

stos materiales han sido partcipes de la revolucin en el diseo y construccin

de obras civiles alrededor del mundo. Su importancia radica en su eficiencia para

la solucin de problemas tradicionales que involucran suelos naturales con

dificultades en baja capacidad portante, presencia de agua libre, contaminacin de

las capas granulares por los suelos finos de soporte con baja calidad, entre

muchas ms.

La implementacin de geosintticos en la ingeniera vial ha tenido un auge

significativo en los ltimos aos, ya que stos productos presentan una serie de

ventajas entre las que cabe destacar su facilidad de colocacin, economa del

producto, ahorros de tiempos de ejecucin de obra, posibilidad de soluciones

medioambientales correctas, posible empleo de mano de obra no calificada, y la

utilizacin de materiales de calidad verificable. Los principales geosintticos

empleados en ste tipo de proyecto son los geotextiles, las geomallas, los

geobloques, y los geodrenes. En el ANEXO D se resumen las principales

aplicaciones de estos geosintticos dentro de los proyectos de pavimentacin

(Mejia Flores L.E. y Caro Spinel S., 2008).

En la mayora de los casos, los geosintticos que se utilizan como tratamientos

para pavimentos fisurados por reflexin, se colocan directamente sobre la

superficie del pavimento fisurado previo a la aplicacin de un riego de liga. Existen

evidencias de que esta metodologa presenta un mejor comportamiento cuando

los geosintticos se colocan entre una capa asfltica de nivelacin y la capa de

refuerzo estructural, con el fin de evitar el contacto directo del producto con la

superficie fisurada, permitiendo una mayor inhibicin de la propagacin de las


24

fisuras. Muchos autores han reportado retrasos en el inicio de la reflexin al

emplear este tratamiento; sin embargo, tambin cuestionan su efectividad cuando

la abertura de las fisuras es mayor de nueve milmetros, y donde se presentan

movimientos horizontales y verticales importantes.

La mayora de los geosintticos utilizados en Colombia, en obras de

infraestructura vial, tienen el mismo uso que en el resto del mundo, salvo en

algunos tipos de obra en los que geosintticos como geotextiles y geomallas son

utilizados en repavimentacin. Es comn en muchos pases la rehabilitacin de las

estructuras de pavimento por medio de geotextiles y geomallas impregnadas con

emulsin asfltica. Esta prctica se considera relevante para evitar la aparicin de

fisuras por reflexin.

2.4.2 Sistema de Membranas Antifisura S.A.M.I.

Una de las tcnicas ms exitosas para prolongar la vida til de los pavimentos

fisurados por reflexin, retardando la aparicin de fisuras en la superficie de

rodadura, es introducir una intercapa como membrana absorbente de los

esfuerzos mecnicos concentrados en las fisuras de los pavimentos existentes

deteriorados (Figura 9). sta tcnica se le conoce como S.A.M.I. (por las siglas en

ingls de Stress Absorbing Membrane Interlayer).

Marco Conceptual

25

Figura 9. SAMI para controlar el reflejo de grietas

Fuente: (Instituto de Desarrollo Urbano IDU, 2008)

Las S.A.M.I. actan redireccionando localmente las fisuras ascendentes del

pavimento envejecido, permitiendo absorber parte de la energa de propagacin.

Sin un sistema S.A.M.I. en un pavimento fisurado, los esfuerzos de corte

continan actuando en los extremos de la fisura, propagndola hacia la superficie

rpidamente. Todos los sistemas S.A.M.I. requieren un apropiado tratamiento de

las fisuras previo a su aplicacin. Los pasos a seguir para un tratamiento

adecuado del pavimento fisurado son: limpiar la superficie y el interior de grietas y

fisuras, sellar las grietas con un material apropiado, regar la superficie agrietada y

sellada con un riego de liga, colocar la capa S.A.M.I. con la recomendacin

particular para cada caso, y por ltimo colocar la nueva capa de refuerzo.

Los sistemas S.A.M.I. producen una mejor distribucin de los esfuerzos, de tal

forma que la falla ante la accin de las cargas cclicas de los vehculos se produce

a travs de un conjunto de fisuras uniformemente distribuidas y de menor

magnitud que las que se puedan presentar sin este sistema incorporado.


26

Es por esto que en esta investigacin se tiene como objetivo establecer la

eficiencia que tiene los sistemas de membranas antifisura S.A.M.I. empleados

como elementos intercapa en rehabilitaciones con sobre-carpetas asflticas. En

este caso se buscar establecer la eficiencia que tiene la combinacin de los

geosintticos y el asfalto modificado con caucho como membranas antifisuras.

Los geosintticos comnmente utilizados como elemento intercapa son el geotextil

no tejido, la geomalla en fibra de vidrio, y la geomalla en fibra de polister, todos

estos impregnados con asfalto modificado con caucho.

2.4.2.1 Geotextil no tejido

Los geotextiles que se emplean en obras de pavimentacin y re-pavimentacin

deben ser de tipo no tejido punzonado con agujas, fabricados en polipropileno o

polister, los cuales debern tener la capacidad de absorber la cantidad suficiente

de ligante asfltico.

Los geotextiles fabricados con polipropileno se caracterizan por tener mayor

nmero de fibras por unidad de rea; de ah su capacidad de retener gran

cantidad de ligante. Se ha evidenciado que durante el proceso de instalacin se

reduce muy poco su tamao; sin embargo, y por tener un punto de fusin bajo,

podran generarse daos en la instalacin al colocarse la mezcla asfltica en

caliente. Caso contrario ocurre con los geotextiles en polister, que aunque

tienden a encogerse, por presentar un punto de fusin mayor a los de

polipropileno, los hace ms resistentes a los daos de instalacin.

Se conocen cuatro tipos de acabado en los geotextiles no tejidos (ver Fotografa 4)

punzonados por agujas, del cual depende su desempeo durante la instalacin:

los punzonados sin fijacin por calor, los punzonados con fijacin por calor por un

Marco Conceptual

27

solo lado, los punzonados con fijacin por calor en ambos lados, y los punzonados

con fijacin mediante resinas. Entre estos acabados, el que muestra mejor

desempeo, y el implementado en esta investigacin, fue el segundo tipo de

fijacin (los punzonados por agujas con fijacin por calor por un solo lado), ya que

por el lado termofijado se provee mejor resistencia a la traccin, y por el otro lado

se presenta una superficie fibrosa de gran adherencia debida a la absorcin del

ligante asfltico (Rodrguez Peralta J.A., 2004).

Fotografa 4. Geotextil no tejido referencia PAVCO REPAV450


Debido a las condiciones de mejora que se requiere para la estructura de

pavimento, existe una amplia gama de referencias de geotextiles no tejidos que,

de acuerdo a su campo de aplicacin, se emplean para control de drenaje, como

refuerzo, separacin, y/o repavimentacin. En la gran mayora de los casos, las

especificaciones de estos materiales no son tenidas en cuenta, lo que conlleva a

su incorrecto uso.

Durante el proceso de instalacin del geotextil en obras de pavimentacin y

repavimentacin, ste puede estar sometido a esfuerzos que pueden afectarlo; es


28

por esto que los geotextiles deben cumplir con las propiedades que se relacionan

en el ANEXO E (Cuadro 1-A); por otro lado, y en ciertas circunstancias, el uso de

geotextiles con una funcin distinta a la pavimentacin (p. ej. separacin de capas

en la estructura del pavimento), deben cumplir las propiedades que se relacionan

en el ANEXO E (Cuadro 1-B).

3.3 Geomalla de fibra de polipropileno y Geomallas de fibra de polister

Entre las propiedades de las geomallas de polipropileno se encuentran su alta

rigidez axial y su gran resistencia, lo que las hace poco flexible. Debido a su

rigidez, presenta dificultades al momento de adherirlas a la superficie a rehabilitar,

ya que sta tratar de recuperar la forma de enrollado que traa antes de ser

colocada.

Las geomallas de polister (ver Fotografa 5) tienen similar resistencia axial y

propiedades de rigidez que las de polipropileno, con la ventaja de que se pueden

flexionar con ms facilidad En su mayora estn fabricados en forma de malla y

revestidas para mejorar las propiedades de liga. Las principales caractersticas de

la geomalla son las que se presentan en el ANEXO E (Cuadro 2).

Fotografa 5. Geomalla de polister, Geomatrix Fortgrid BX


Marco Conceptual

29

2.4.2.2 Geomalla de fibra de vidrio

Las geomallas de fibra de vidrio, son geomallas flexibles que se utilizan entre

capas de concreto asfltico con el fin de controlar agrietamientos por reflexin,

agrietamientos por fatiga y deformaciones plsticas.

Los refuerzos de carpetas asflticas con geomallas de fibra de vidrio son ideales

para los pavimentos asflticos nuevos y en obras de rehabilitacin, ya que debido

a sus propiedades mecnicas como alta resistencia a la tensin, alto mdulo de

elasticidad y baja elongacin, son ideales para controlar la reflexin de fisuras en

este tipo de pavimento, disminuyendo los costos de mantenimiento a largo plazo e

incrementando la vida til.

Fotografa 6. Geomalla fibra de vidrio referencia PAVCO R100



30

La geomalla de fibra de vidrio (ver Fotografa 6) es fabricada por un proceso de

tejido de punto, usando una serie de filamentos de fibra de vidrio que forman una

estructura de rejilla. Estos filamentos estn recubiertos con un polmero que

permite que la geomalla posea una buena adherencia a las capas asflticas. Estos

filamentos poseen alta resistencia a la tensin y alto mdulo de elasticidad (69,000

MPa) para elongaciones bajas (PAVCO, 2002), sin embargo al poseer una rigidez

alta axial y gran resistencia, en la mayora de los casos hay dificultades en la

forma de adherirlas a la superficie fisurada pues tienden a despegarse al buscar

conservar su forma de enrollado que es como se dispone el producto en fbrica

para trasportarlo. Las principales caractersticas de la geomalla son las que se

resumen en el ANEXO E (Cuadro 3).

2.4.2.3 Asfalto modificado con caucho

Desde la dcada de 1950, ingenieros de vas en todo el mundo han estudiado las

propiedades que puede brindar el caucho en las mezclas asflticas al aprovechar

su flexibilidad. El uso del grano de caucho reciclado de llantas usadas (GCR por

sus siglas en espaol), adems de mejorar las propiedades mecnicas de las

mezclas asflticas, es una alternativa viable para mejorar problemas

medioambientales que genera la disposicin de las llantas vehiculares

desechadas. Cada ao, millones de llantas son desechadas en todo el mundo,

atentando contra la salud pblica al ser focos para el crecimiento de insectos y

roedores, generadoras de incendios, y visualmente contaminantes.

Estudios realizados con caucho en pases como Estados Unidos, Espaa,

Sudfrica, han demostrado que la modificacin de mezclas asflticas con caucho

sinttico presenta mejor comportamiento que el caucho natural. El caucho sinttico

es obtenido de una forma econmicamente viable empleando llantas desechadas,

Marco Conceptual

31

las cuales deben ser molidas hasta obtener tamaos de las partculas apropiadas.

A ste caucho molido se le conoce con el nombre de Grano de Caucho Reciclado

(GCR).

Sin embargo cabe presentar las posibles desventajas reportadas en la literatura

sobre la utilizacin de la tecnologa de modificacin del asfalto modificado con

GCR lo es el incremento de la viscosidad genera un aumento en la temperatura de

fabricacin en planta y extensin en obra de la mezcla asfltica modificada lo que

genera una mayor dificultad y complejidad a la hora de construirla in-situ

(Oliver,1982;Ohta,1983;BahayDaves,1994), tambin la captacin de aceites del

asfalto por parte del caucho puede afectar las propiedades de adherencia y

cohesin (Rondn Quintana H.A., 2011).

Las bondades aportadas por el GCR a la mezcla asfltica han sido ampliamente

utilizadas para la conformacin de sistemas de membranas antifisura S.A.M.I. para

la rehabilitacin de pavimentos rgidos fisurados.


32

Materiales y Mtodos

33

3 MATERIALES Y MTODOS

3.1 CARACTERIZACIN AGREGADOS

Se define como agregado a aquellos materiales slidos, inertes, naturales o

artificiales, de tipo granular como la grava, roca triturada, escoria de alto horno,

etc., que mezclados con el cemento asfltico conforman un conglomerado que se

le conoce como mezcla asfltica, la cual es usada como material de

pavimentacin.

En la metodologa SUPERPAVE (Superior Performing Asphalt Pavements)

desarrollada por el Strategic Highway Research Program (SHRP), se clasifican los

agregados utilizados en una mezcla asfltica por la distribucin de tamaos de las

partculas, en donde define el agregado grueso como la porcin retenida en el

tamiz No. 4, el agregado fino la porcin que pasa el tamiz No. 4 y queda retenido

en el tamiz No. 200, y por ltimo se especifica que el llenante mineral o polvo

mineral (filler) es aquella porcin del agregado que pasa el tamiz No. 200.

3.1.1 Caractersticas del agregado ptreo utilizado

Los agregados utilizados en esta investigacin fueron suministrados por la

empresa IncoAsfaltos (Industria Colombiana de Asfaltos S.A.), de la planta de

Mosquera (Cundinamarca), ubicada en el km 3 va Balsillas. Los agregados que

provienen de esta planta presentan los mejores parmetros de calidad, brindando

as las condiciones ms apropiadas para la fabricacin de mezclas asflticas.


34

Dadas la especificacin del Instituto Nacional de Vas (INVIAS), la mezcla del

agregados grueso, fino y del llenante mineral, se ajust a la granulometra para la

conformacin de la mezcla asfltica densa en caliente tipo MDC-2 (Figura 10).

Figura 10. Franjas granulomtricas para la mezcla asfltica tipo MDC-2

3.1.2 Ensayos de caracterizacin para el agregado ptreo

Se realizaron los ensayos de caracterizacin de los agregados ptreos, segn las

normas tcnicas establecidas por el INVIAS en las Normas de Ensayo de

Materiales para Carreteras - Tomo II; de igual forma, se realizaron los ensayos

requeridos para el diseo de mezcla por la metodologa de diseo SUPERPAVE.

3.1.2.1 Ensayos realizados al agregado ptreo

Entre los ensayos convencionales y los estipulados por SUPERPAVE realizados al

agregado ptreo en este trabajo se encuentran los siguientes:

Materiales y Mtodos

35

Equivalente de arena de suelos y agregados finos (norma INV E-133-07).

Resistencia al desgaste de los agregados de tamaos menores de 37.5 mm

(1) por medio de la mquina de Los ngeles (norma INV E-218-07).

Sanidad de los agregados frente a la accin de las soluciones de sulfato de

sodio o de magnesio (norma INV E-220-07).

Porcentaje de caras fracturadas en los agregados (norma INV E-227-07).

ndice de aplanamiento y alargamiento de los agregados para carreteras

(norma INV E-230-07).

Valor de azul de metileno en agregados finos y en llenantes minerales (norma

INV E-235-07).

Determinacin de la resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasin

utilizando el aparato Micro-Deval (norma INV E-238-07).

Mtodo para determinar partculas planas y alargadas en agregados gruesos


Para la realizacin del diseo volumtrico de mezclas asflticas por la metodologa

SUPERPAVE, fue necesario realizar los ensayos de gravedad especfica en

agregados gruesos y agregados finos (norma INV E-223-07 y norma INV E-222-07

respectivamente). Los equipos utilizados y procedimientos realizados

corresponden a las normas de ensayo del Instituto Nacional de Vas (INVIAS).

En TABLA 1 se presentan los resultados de los ensayos de caracterizacin

realizados al agregado ptreo, comparndolos con los valores especificados en la

Tabla 400.1 (a) del Artculo 400-07 del INVIAS. En el ANEXO F se presentan los

resultados obtenidos en el laboratorio, correspondientes a los ensayos de

caracterizacin del agregado ptreo.


36

TABLA 1. Ensayos de caracterizacin agregado ptreo

Nombre del ensayo Unidad Norma INVIAS Especificacin INVIAS Resultados Mn. Mx.

Prdidas en ensayo de solidez Sulfato de magnesio % E-220-07 - 18 7.90

Desgaste Microdeval % E-238-07 - 20 18.2 Resistencia mecnica de los agregados gruesos 10% de finos

% E-224-07 7.5 12.5 8.17

Partculas Fracturadas Mecnicamente % E-227-07 85 - 99.6

ndices de Aplanamiento y Alargamiento % E-230-07 - - 18.06

Valor de Azul de Metileno % E-235-07 - - 6 Equivalente de arena % E-133-07 50 - 53 Desgaste Los ngeles % E-218-07 - 25 20 Gravedad especfica de agregado fino y absorcin. - E-222-07 - - 2.61

Absorcin del agregado fino % E-222-07 - - 1.87

Gravedad especfica de agregados gruesos - E-223-07 - - 2.46

Absorcin del agregado grueso % E-223-07 - - 1.96

Partculas planas y alargadas % E-240-07 - 10 1.2

3.2 CARACTERIZACIN DEL ASFALTO

La American Society for Testing and Materials (ASTM) define el asfalto como un

cementante de color marrn oscuro a negro en el que sus componentes

predominantes son los asfaltenos que pueden ser naturales u obtenidos como

residuo en la refinacin del petrleo crudo, con una consistencia lquida,

semislida o slida.

El asfalto tiene caractersticas especficas que lo hacen ideal para obras de

infraestructura vial por sus propiedades mecnicas, fsicas, y las ms relevantes:

la cohesin y la adhesin con materiales granulares.

Materiales y Mtodos

37

3.2.1 Caractersticas del ligante asfltico utilizado

Al igual que los agregados utilizados en esta investigacin, el cemento asfltico

fue suministrado por la empresa IncoAsfaltos, de la planta de Mosquera

(Cundinamarca).

La clasificacin por penetracin dada al ligante asfltico fue 80-100, siendo

evaluado con los respectivos estndares de calidad de la planta, realizndose los

pertinentes ensayos de caracterizacin segn lo establecido por las normas

INVIAS.

3.2.2 Ensayos realizados al ligante asfltico

Entre los ensayos convencionales realizados al ligante asfltico se encuentran los

siguientes:

Penetracin de los materiales asflticos (norma INV E-706-07).

Punto de ablandamiento de materiales asflticos con aparato anillo y bola)


Ductilidad, a 25 C y 5 cm/min (norma INV E-702-07).

Punto de ignicin y de llama mediante copa abierta de Cleveland (norma INV

E-709-07).

Prdida de masa por calentamiento en ensayo RTFOT (norma INV E-720-07).

Adicionalmente, se realizaron los siguientes ensayos de caracterizacin:


38

ndice de penetracin (norma INV E-724-07).

Penetracin del residuo luego de la prdida por calentamiento en pelcula

delgada en movimiento (%) de la penetracin convencional (norma INV E-706-

07).

Incremento en el punto de ablandamiento luego de la prdida de masa por

calentamiento en pelcula delgada en movimiento (norma INV E-712-07).

Para la realizacin del diseo volumtrico de mezclas asflticas por la metodologa

SUPERPAVE, fue necesario realizar los ensayos de gravedad especfica del

ligante (norma INV E-707-07) y de consistencia (norma INV E-717-07). Este ltimo

tiene como fin medir la viscosidad aparente del asfalto a elevadas temperaturas, y

se realiza utilizando un viscosmetro rotacional equipado con una cmara

termostatizada de tipo Brookfield Termosel. El ensayo de viscosidad Brookfield

permite conocer el comportamiento reolgico del material asfltico a diferentes

temperaturas; asimismo, determina las temperaturas de mezclado y compactacin

de la mezcla asfltica en caliente, las cuales se determina para los intervalos de

viscosidad de 0.17 0.02 Pas y 0.28 0.03 Pas, respectivamente. La Figura 11

presenta la curva reolgica obtenida para el ligante asfltico.

Figura 11 Curva reolgica para el ligante asfltico convencional

Mezclado

Compactacin

1.E-01

1.E+00

1.E+01

60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

Vis

coci

dad

(Pa

s)

Temperatura (C)

Materiales y Mtodos

39

TABLA 2. Ensayos de caracterizacin al ligante asfltico convencional

Nombre del ensayo Unidad Norma INVIAS Especificacin INVIAS Resultados

Mn Mx Penetracin (25 C,100g, 5s) 0.1 mm E-706-07 80 100 86

Punto de ablandamiento con aparato de anillo y bola C E-712-07 42 53 46.1

Ductilidad (25 C, 5 cm/min) cm E-702-07 100 - >150 Punto de ignicin y de llama mediante copa abierta de Cleveland

C E-709-07 230 - 316.4

Prdida de masa por calentamiento en pelcula delgada en movimiento (163 C, 75 minutos)

% E-720-07 - 1.0 0.21

Gravedad especfica mediante mtodo del picnmetro

- E-707-07 - - 1.009

ndice de penetracin - E-724-07 -1 +1 -0.9 Penetracin del residuo luego de la prdida por calentamiento en pelcula delgada en movimiento (%) de la penetracin convencional.

% E-706-07 48 - 63

Incremento en el punto de ablandamiento luego de la prdida de masa por calentamiento en pelcula delgada en movimiento.

cm E-712-07 - 5.0 5.0

En el ANEXO G se presentan los resultados de laboratorio correspondientes a los

ensayos de caracterizacin del ligante asfltico, realizados y suministrados por la

planta de asfaltos IncoAsfaltos.

3.3 CARACTERIZACIN DEL ASFALTO MODIFICADO CON CAUCHO

En busca de avances tecnolgicos en el sector de los pavimentos a nivel mundial,

se ha concluido que el uso de asfaltos modificados aumenta la resistencia al


40

ahuellamiento y a la fatiga por cargas repetidas. Como un aporte para disminuir el

impacto ambiental y mejorar sustancialmente las propiedades del asfalto, se

desarroll una tecnologa a nivel internacional para incorporar porcentajes de

Grano de Caucho Reciclado (GCR) entre el 15% y 20%, y producir Asfalto

Modificado con Caucho (AMC).

En Colombia, el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU), introdujo la implementacin

del AMC con su aplicacin en algunos tramos experimentales. En estos tramos de

prueba se utilizaron mezclas asflticas tipo MDC-2 elaboradas con asfaltos

modificados con bajos porcentajes de GCR. Con la asesora del grupo de

investigacin del IDU y el grupo de asesores de la Universidad de la Salle, la

empresa Manufactura y Procesos Industriales (MPI) est proponiendo el cambio

de la gradacin MDC por la Gradacin GAP GRADED, ya que sta permite la

incorporacin de AMC con porcentajes de caucho mayores para dar un mayor

desempeo de la mezcla, de acuerdo a la experiencia internacional.

3.3.1 Caractersticas del ligante asfltico modificado con caucho utilizado

El ligante asfltico modificado con caucho fue suministrado por la empresa MPI, el

cual fue producido en la planta de Barrancabermeja. Observando las bondades

que ofrece GCR, y dada la especificacin del IDU para la aplicacin del GCR en

mezclas asflticas en caliente (IDU: ET-GE-002), se han observado mejores

resultados en las mezclas asflticas si se emplea la gradacin tipo GAP GRADED

elaborada con ligante modificado con GCR (AFNOR, 1983).

Con el AMC utilizado en esta investigacin se elabor el tipo de mezcla asfltica

en caliente GAP GRADED. Este ligante modificado debe cumplir los

requerimientos de la especificacin internacional ASTM D 6114-97 que se

Materiales y Mtodos

41

presentan en la TABLA 3. Cabe resaltar que las normas de ensayo para cumplir

con esta especificacin fueron modelo de aplicacin para el INVIAS.

TABLA 3 Especificacin internacional ASTM D 6114-97

Nombre del ensayo Unidad Norma Especificacin Mn Mx

Viscosidad Aparente a 175 C. cP D2196 1500 5000 Penetracin (25 C,100g, 5s) 0.1 mm D5 25 75 Penetracin (4 C,200g, 60s) 0.1 mm D5 10 - Punto de ablandamiento C D36 57.2 - Resiliencia 25 C % D5329 25 - Punto de chispa C D93 232.2 - TFOT % D1754 - - Penetracin del residuo despus del ensayo TFOT, 4 C de la penetracin convencional.

% D5 75 -

La cantidad ptima de GCR ser aquella que proporcione a la mezcla asfalto-

caucho una viscosidad Brookfield, a 163 C, entre 1.5 Pas y 3.0 Pas despus de

un determinado tiempo y temperatura de mezclado. Las especificaciones para el

AMC para la elaboracin de la mezcla GAP GRADED precisa que la incorporacin

del GCR al asfalto debe estar en contenidos comprendidos entre quince (15) y

veinte (20) por ciento.

3.3.2 Ensayos realizados al ligante asfltico modificado con caucho

Entre los ensayos convencionales realizados al ligante asfltico modificado con

grano de caucho reciclado se encuentran los siguientes:

Viscosidad Aparente a 175 C.

Penetracin (25 C, 100g, 5s) (norma INV E-706-07).


42

Penetracin (4 C, 200g, 60s).

Punto de ablandamiento (norma INV E-712-07).

Resiliencia a 25 C (norma ASTM D 5329).

Punto de chispa (norma INV E-709-07).

Penetracin del residuo despus del ensayo TFOT, 4 C de la penetracin

convencional.

Al igual que, para la realizacin del diseo volumtrico de mezclas asflticas MDC-

2, las mezclas asflticas tipo GAP GRADED por la metodologa SUPERPAVE, fue

necesario realizar los ensayos de gravedad especfica (norma INV E-707-07) y de

consistencia o viscosidad Brookfield (norma INV E-717-07) al ligante modificado.

Este ltimo para conocer el comportamiento reolgico del material asfltico con

GCR a diferentes temperaturas, y determinar las temperaturas de mezclado y

compactacin de la mezcla asfltica en caliente.

Figura 12 Curva reolgica para el ligante asfltico modificado con GCR

En la Figura 12 presenta la curva reolgica obtenida para el ligante asfltico

modificado con GCR, y en la TABLA 4 se hace una comparacin de los resultados

Mezclado

Compactacin

1.E-01

1.E+00

1.E+01

60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

Vis

coci

dad

(Pa

s)

Temperatura (C)

Materiales y Mtodos

43

de la caracterizacin de este ligante y los valores especificados para estos

parmetros segn el INVIAS y la ASTM.

TABLA 4 Ensayos de caracterizacin ligante asfltico modificado con GCR

Nombre del ensayo Unidad Norma Especificacin Resultados INVIASASTM Mn. Mx.

Gravedad especfica mediante mtodo del picnmetro - E-707-07 - - 1.028

Viscosidad Aparente a 175 C. cP ASTM D2196 1500 5000 2900

Penetracin (25 C,100g, 5s) 0.1 mm E-706-07 25 75 58 Penetracin (4 C,200g, 60s) 0.1 mm 10 - 34 Punto de ablandamiento C E-712-07 57.2 - 64 Resilencia 25 C % ASTM D5329 25 - 45.0 Punto de chispa C E-709-07 232.2 - 320 Penetracin del residuo despus del ensayo TFOT, 4 C de la penetracin convencional.

% 75 - 85.2

En el ANEXO H se presentan los resultados de laboratorios correspondientes a los

ensayos de caracterizacin del ligante asfltico modificado con grano de caucho

reciclado (GCR), realizados y suministrados por la planta de asfaltos Manufacturas

y Procesos Industriales, MPI.

3.4 DISEO VOLUMTRICO DE LA MEZCLA ASFLTICA CONVENCIONAL

El diseo volumtrico de la mezcla es la parte fundamental de todo diseo de

mezclas empleando la metodologa SUPERPAVE. El proceso de ensayos y

anlisis de datos de esta investigacin corresponde al Nivel 1 de diseo de

mezclas, abarcando cinco (5) pasos bsicos en los ensayos y procesos de

anlisis:

Rehabilitacin de pavim

rehabilitación de pavimentos fisurados por reflexión implementado

Documents