ANALISIS DEL SISTEMA DE REPARACION DE PAVIMENTOS FLEXIBLES POR INYECCION NEUMATICA DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRIO, TECNOLOGÍA VELOCITY PATCHING TESIS DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL Presentados por JOHN FREDY AMADO MARIN Director de tesis ING. HERNANDO VILLOTA POSSO UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLOGICA PROYECTO CURRICULAR INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ 2015
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ANALISIS DEL SISTEMA DE REPARACION DE PAVIMENTOS FLEXIBLES POR
INYECCION NEUMATICA DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRIO, TECNOLOGÍA
VELOCITY PATCHING
TESIS DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
Presentados por
JOHN FREDY AMADO MARIN
Director de tesis
ING. HERNANDO VILLOTA POSSO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLOGICA
PROYECTO CURRICULAR INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ
2015
NOTA DE ACEPTACIÓN
TABLA DE CONTENIDO
LISTA DE TABLAS ................................................................................................. 7
LISTA DE GRAFICAS .............................................................................................. 9
mantenimiento y su ciclo será más corto mientras no se tengan en práctica
políticas adecuadas de conservación.
De otra parte, se ha identificado que la probabilidad de ocurrencia de accidentes
de tránsito es alta, debido a los daños superficiales que se presentan en el
pavimento por falta de mantenimiento, tales como baches, fisuras, piel de
cocodrilo, fisuras en bloque, descascaramientos etc., los cuales obligan a los
usuarios de las vías a realizar maniobras peligrosas que ponen en riesgo su
integridad física originando en algunos casos la perdida de la vida.
Estos deterioros son considerados por la ciudadanía como los causantes de
accidentes, daños en las viviendas del vecindario, gastos adicionales en
mantenimiento de sus vehículos y demoras en los tiempos de viaje.
Para el desarrollo del contrato de ciencia y tecnología, se dividió la ciudad en 45
cuadrantes, delimitados por vías arteriales de todas las localidades del distrito,
cubriendo así la totalidad de los segmentos que conforman la malla vial local e
intermedia de la ciudad de Bogotá.
7.2 Características de la maquina
En lo relacionado con las características de la máquina, la ficha técnica del equipo
que atiende la aplicación de parcheo con mezcla en frio por inyección a presión
neumática consta de:
33
Vehículo autónomo para inyección neumática de mezcla asfáltica
Tabla 1. Unidad de parcheo para mezclas asfálticas frías
No. Ítem Descripción
1 Tolva
Fabricada en acero, con capacidad no inferior a 4
metros cúbicos de agregados que deben seguir
las especificaciones IDU - ET sección 571-13 que
cuente con compuertas de cierre y debe tener un
mecanismo de dosificación adecuada de los
agregados a la mezcla.
2 Tanque para mulsión
Asfáltica
Tanque para emulsión asfáltica en acero con
capacidad no inferior a 850 litros, debe tener un
sistema de calentamiento que mantenga la
emulsión a 40 C°, debe contar con un sistema de
limpieza para las líneas de emulsión que permita
retirar los residuos después de la aplicación.
3 Boquilla de Aspersión. Debe contar con una boquilla de aspersión que
permita hacer el riego de mezcla asfáltica fría de
34
No. Ítem Descripción
acuerdo con las especificaciones IDU ET -
Sección 571-13, debe garantizar una
compactación adecuada de la mezcla.
4 Control de Aplicación
El equipo debe contar con un control de inyección
de mezcla que permita programar la cantidad de
emulsión a dosificar con respecto a la masa de
agregados que se están aplicando de acuerdo al
diseño de la mezcla establecido.
5 Colector de Escombros y
Residuos
Debe garantizar la recolección y disposición de
escombros
6 Combustible
El combustible a utilizar por el motor principal o
de locomoción del equipo y los periféricos no
desmontables debe ser el mismo que el del motor
principal de locomoción del chasis, el combustible
a utilizar debe cumplir con la normatividad vigente
en el país y de uso comercial con venta libre, en
caso de que los equipos periféricos requieran
combustible. El equipo debe realizar de forma
autónoma todas sus operaciones.
7 Chasis - Camión
Modelo 2013 o más reciente, capacidad de
arrastre a plena carga y todos los accesorios, no
inferior a 5 toneladas. Debe cumplir con la
reglamentación vigente para transporte de carga
en la ciudad.
35
No. Ítem Descripción
8 Capacidad eje trasero Mínimo 20 toneladas
9 Capacidad eje delantero Mínimo 9 toneladas
10 Compartimiento para
herramientas
Debe contar con un compartimiento que permita
alojar herramientas tales como palas, picos,
barras, escobas entre otras y tenga mecanismo
de cierre con llave.
11 Dirección - Camión Hidráulica
12 Transmisión - Camión Manual de mínimo 5 velocidades adelante
13 Frenos
Neumáticos, el tanque de almacenamiento de
aire debe tener una conexión de servicio de
acople rápido disponible.
14 Llantas
Sencilla Adelante y Doble Atrás - Diez (Mínimo),
además de la llanta de repuesto que debe ser del
mismo tipo, tamaño y calidad de las llantas
instaladas.
15 Panorámicos Frontal y
Trasero Vidrio laminado y templado de seguridad
36
No. Ítem Descripción
16 Cinturones de Seguridad De tres puntos retractiles
17 Señal Luminosa Trasera Si, Horizontal en Forma de Flecha en Ambos
Lados.
7.3 Proceso constructivo:
El proceso de la aplicación de la mezcla inyectada consta de los siguientes pasos:
7.4 Limpieza y señalización:
Habiéndose instalado la señalización vial correspondiente, y estando el camión
debidamente provisto e identificado con la iluminación de precaución, el equipo se
posiciona adelante de la superficie a reparar permitiendo que se tenga acceso a
una operación completa a 180 grados cubriendo así el alcance necesario para
poder en una sola intervención reparar una sola o varias superficies dañadas que
se encuentren próximas.
El operador realiza la limpieza de la superficie a reparar, mediante un gran flujo de
aire a presión. El operador deberá operar la manguera con movimientos rectos u
oscilatorios del centro de la superficie en limpieza hacia afuera, retirando cualquier
tipo de desechos, materiales que se encuentren en el interior e incluso
asegurándose que cualquier resto de pavimento que se encuentre levemente
adherido o ya flojo sea desprendido y retirado. La limpieza aplicará también a
cualquier superficie adyacente con un ancho entre 10 a 20 centímetros para
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garantizar que las fases siguientes de la reparación se hagan en un superficie
limpia de polvo, desechos e inclusive agua.
7.5 Impermeabilización y ligado:
Al haberse terminado la fase de limpieza, el operador del equipo aplicará la
emulsión de rompimiento rápido CRR-2 (emulsión catiónica de rompimiento
rápido) que se encuentra almacenada a temperatura ambiente en el tanque de
emulsión a bordo del equipo.
La emulsión deberá aplicarse siempre a una temperatura superior a los 10 C°.
La emulsión podrá ser aplicada por el operador del equipo desde el centro de la
superficie en reparación hacia afuera en movimientos circulares o rectos o de un
lado hacia el otro, al arbitrio del operador. El operador logrará siempre que la
emulsión moje e impregne de forma homogénea la superficie a reparar,
asegurando el operador que la emulsión aplicada penetre profundamente y
adecuadamente en las fisuras, grietas y cavidades que se encuentren en la
superficie en reparación. El operador siempre llevará a cabo la impregnación de
las áreas adyacentes a las superficies en reparación de entre 10 a 20 centímetros
garantizando un sellado e impermeabilizado de dichas superficies adyacentes,
haciéndose dicha aplicación en forma cuadrada o rectangular alrededor de la
superficie en reparación, previniendo así el futuro ingreso de agua y actuando
como liga para recibir la mezcla asfáltica en frio aplicada en la siguiente fase.
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7.6 Aplicación de la mezcla asfáltica:
La mezcla asfáltica en frio se hace mediante el mezclado de la gravilla limpia de
tamaño menor a ¾¨a finos que se encuentra en la tolva, la emulsión a temperatura
ambiente y almacenada en el tanque y la presión neumática del compresor del
equipo.
Para efectos de iniciar la fase de aplicación de la mezcla asfáltica el operador del
equipo va aplicando el flujo de mezcla asfáltica, capa por capa, de abajo hacia
arriba, con movimientos oscilantes o rectos, dependiendo del tipo de reparación
que esté llevando a cabo.
Repitiendo el proceso una y otra vez, capa por capa, de abajo hacia arriba, el
operador del equipo logrará una masa compacta y uniforme en cuanto a la
cantidad de material aplicado, siempre haciendo la reparación en la forma de un
cuadrado o rectángulo que cubra perfectamente la superficie en reparación y de
10 a 20 centímetros de las superficies adyacentes logrando así un sellado de la
superficie reparada y dando a la reparación la terminación y apariencia de una
pequeña carpeta asfáltica rectangular o cuadrada justo al nivel del resto de la vía y
cuyos perfiles tengan una terminación que no forme un borde donde golpeen las
llantas de los vehículos.
39
7.7 Terminación y acabado
Terminado el proceso de reparación, el operador y el ayudante recolectan los
escombros obtenidos de la reparación, retiran la señalización correspondiente y se
abre la vía para la circulación vehicular en forma inmediata.
7.8 Calidad de la mezcla instalada
El procedimiento que se lleva a cabo para verificar la calidad de la mezcla
inyectada es el siguiente:
Inicialmente se lleva un registro de cada uno de los huecos intervenidos por
cada CIV en cuanto a sus dimensiones (largo, ancho, profundidad) tal como
aparece en la IDU-ET-2011 sección 571-13 “parcheo mecanizado” y se
verifica visualmente la calidad de la labor realizada. Dicho registro se
complementa con fotografías del área de reparación.
Se realiza un muestreo de la mezcla inyectada por cada uno de los equipos
a las cuales se les efectúan ensayos de contenido de asfalto,
granulometría, y a la emulsión asfáltica se le hacen ensayos de calidad de
acuerdo a lo establecido en las especificaciones del Instituto de Desarrollo
Urbano - IDU.
Se hace un recorrido de verificación y evaluación del estado de los parches
inyectados, siguiendo el método del PCI (Pavement Condition Index)
escogido por el IDU para la evaluación del estado de los pavimentos.
40
Después de la evaluación de los parches colocados, se procede a realizar
un informe en donde se consignan las observaciones y conclusiones.
7.9 Ventajas particulares del sistema
En cuanto a la diferencia con el método tradicional, se cree que esta tecnología
cuenta con una serie de características que la hacen muy versátil y favorable entre
los que se numera:
1. Uso eficiente de los recursos al utilizar solamente la unidad de parcheo con
dos operarios. Se suprime el uso de volquetas para el transporte de la mezcla
asfáltica, así como el uso de equipos de corte y de maquinaria pesada (vibro
compactadores) para la compactación y el vehículo que lo transporta, ya que
se supone que el método de colocación por inyección a presión neumática
genera una compactación más eficiente en consideración que esta se realiza
de abajo hacia arriba al lanzar el material a presión, y no de arriba hacia abajo
como con el método tradicional que requiere cilindros vibratorios.
2. La aplicación de mezcla asfáltica fría permite la apertura al tráfico en un tiempo
aproximado de 15 minutos una vez se haya hecho la reparación.
3. No se tienen que hacer cierre en las vías que están en reparación; lo que
reduce drásticamente los atascamientos en el tránsito y los costos
relacionados.
4. La intervención usando mezcla en frío preparada en el momento de su
aplicación tiene menores limitaciones al no depender de la temperatura a la
cual se encuentre y poder almacenar la materia prima por mayores periodos de
tiempo.
5. El uso de emulsión de rompimiento rápido permite al equipo de trabajo iniciar
labores en lugares donde el terreno se encuentre húmedo o inmediatamente
41
después de llover al no verse contaminada ni perder características por dicha
humedad.
6. Requiere menores cantidades de combustible en su preparación.
7. Permite la ejecución de una mayor cantidad de acciones de movilidad por
cuadrilla de trabajo, generando un mayor impacto en la movilidad de la ciudad.
8. Al no requerir la conformación de una caja para su correcta aplicación se utiliza
una menor cantidad de mezcla por sitio de intervención que en el método
tradicional, lo que aporta la posibilidad de atender una mayor cantidad de
huecos por cada metro cúbico de mezcla.
9. Las actividades de reparación no depende del clima.
10. Este método es más amable con el medio ambiente puesto que las emisiones
de CO2 son muy bajas.
11. El proceso produce residuos mínimos y no causa mayores daños a la base de
la vía.
12. La mano de obra es mucho menor en comparación a los métodos tradicionales
de mantenimientos y reparación de vías que requiere de una cuadrilla de
trabajo de al menos 8 operarios.
7.10 Pruebas en el sitio
Las pruebas que se realizan en el sitio son a la mezcla asfáltica, y su alcance es
de preparar 2 briquetas de ensayo Marshall, (diámetro de 4”) cada una con 20
golpes por cada cara y realizar los respectivos ensayos a las briquetas en el
laboratorio.
Adicional a esto, se toman muestras en sitio tanto de los materiales granulares
como de la emulsión para efectuar los correspondientes ensayos laboratorio:
42
Entre las pruebas que se realizan en sitio la UMV no contempla ni a efectuado
pruebas de para determinar la lisura ni la textura superficial. Para efectos de esta
tesis se efectuaron 15 medidas de la textura superficial, lo que se resume en tres
pruebas, tomadas en tres puntos diferentes, esto en consideración que la
especificación técnica del IDU sección 571-13 (parcheo mecanizado), en su
numeral 571.10.2.2 (lisura y textura) indica que se debe realizar el control de estas
dos características, Implementando la medida con la regla de tres metros, para la
lisura y la mancha de arena o cualquier otro método conocido para determinar la
lisura.
Tabla 2. Ensayos realizados a la mezcla asfáltica y a los componentes
usados en la producción de la misma:
MATERIAL ENSAYO
Mezcla
Extracción y gradación de mezcla asfáltica – INV Art. 450
Inmersión/compresión – INV E-747/E-738
Resistencia de mezclas bituminosas flujo y estabilidad
INV E-748
Material granular
Desgaste en Micro Deval INV E-238
Clasificación de agregados INV E-213
Emulsión
asfáltica
Agua en emulsiones asfálticas Norma INV E-761-7
Ensayo penetración de los materiales asfálticos Norma INV
E-706-07
Ductilidad INV E-702
43
Tabla 3. Granulometría propuesta por Green Patcher como fórmula de
trabajo.
MEZCLA
Tamiz porcentajes pasa
½ 3/8 No 4 No 8 No 16 No 30 No 50 No 80 No 200
Green Patcher
100 99.21 22.15 3.31 1.62 1.41 1.36 1.34 1.31
Formula 100 100 26/18 6/3 4.6/0 4.41/0 4.46/0 4.34/0 2.3/0.3
La dosificación del asfalto residual de la fórmula de trabajo seria 3% +/-0.3% en
peso respecto a los agregados.
7.11 Granulometría E-213 art 450
La determinación de la granulometría de un agregado tiene como objeto identificar
cuantitativamente los porcentajes de participación presentes de los diferentes
tamaños que componen una muestra de agregado, lo cual se consigue haciendo
pasar una cantidad de agregado con peso conocido a través de una serie de
tamices con aberturas de malla determinada de mayor a menor tamaño. En
general se los agregados se dividen en dos tipos, una fracción gruesa que la
componen gravas y otra fina formada por arenas, sin embargo existe una tercera
fracción que se conoce como fracción muy fina representada por limos y arcillas.
7.12 Extracción cuantitativa del asfalto en mezclas para pavimentos
El ensayo de extracción de asfalto busca determinar el contenido porcentual de
asfalto presente en una mezcla asfáltica en caliente y en muestras tomadas de
pavimentos.
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Los resultados obtenidos con estos métodos se pueden ver afectados por la edad
de los materiales ensayados; es así como las muestras más viejas tienden a
producir contenidos ligeramente menores de asfalto. Se obtienen mejores
resultados cuantitativos cuando el ensayo se efectúa sobre mezclas y pavimentos
inmediatamente después de su preparación y colocación.
El ligante de la mezcla se extrae con tricloroetileno, bromuro de n-propilo (nPB) o
cloruro de metileno, empleando el equipo de extracción aplicable al método
particular. El contenido de asfalto se calcula por diferencia a partir de la masa del
agregado extraído, del contenido de humedad, y del material mineral en el
extracto. El contenido de asfalto se expresa como porcentaje en masa de la
mezcla asfáltica libre de humedad.
7.13 Inmersión compresión
Este ensayo se realiza para cuantificar la perdida de resistencia a la compresión
producida por la acción del agua en las mezclas asfálticas compactadas,
preparadas con cemento asfaltico.
El ensayo consiste en comparar la resistencia a la compresión que presenta un
juego de probetas moldeadas y curadas al aire libre, con la resistencia a la
compresión simple que presenta otro juego de probetas moldeadas al mismo
tiempo pero que han sido sumergidas y expuestas a la acción del agua.
En conclusión se busca determinar el efecto que tiene el agua sobre la resistencia
a la compresión de las mezclas asfálticas compactadas.
45
7.14 Resistencia a la compresión simple de mezclas bituminosas
Este ensayo busca determinar la resistencia a la compresión simple de probetas
compactadas en caliente, la información obtenida de este ensayo contribuye a la
caracterización de la mezcla, es un factor que ayuda a establecer la capacidad de
uso según las condiciones ambientales y de carga, a las cuales está sometido un
material de pavimento de carretera, y también se puede utilizar en el diseño de
mezclas bituminosas.
7.15 Resistencia de mezclas bituminosas utilizando el aparato Marshall
estabilidad y flujo
Según la norma Invias E-748 este ensayo buscas determinar la resistencia a la
deformación plástica de especímenes de mezcla asfáltica para pavimentos.
Dichos especímenes son sometidos a carga en dirección perpendicular a su eje
cilíndrico empleando el aparato Marshall.
El procedimiento consiste en la fabricación de probetas cilíndricas de mezcla
asfáltica de 102 mm (4”) de diámetro y una altura nominal de 63,5 mm 2 ½” las
cuales se someten a curado en baño de agua o en un horno, y luego se cargan en
la prensa Marshall bajo condiciones normalizadas, determinándose su estabilidad
y su deformación (flujo).
Las probetas elaboradas de acuerdo a la norma E-748 se utilizan tanto para
determinar la estabilidad y flujo, como para realizar análisis de densidad y de
vacíos los cuales se aplica tanto en el diseño de las mezclas asfálticas como en la
evaluación de la compactación en el campo. Así mismo, con estas probetas se
puede realizar otros ensayos físicos como los de resistencia a la tensión indirecta
(que se usa para determinar la susceptibilidad al agua de las mezclas
46
compactadas), fatiga creep y módulo resiliente, con las mezclas sin compactar se
puede determinar la gravedad específica máxima según norma Invias E -735
7.16 Resistencia del agregado grueso a la degradación por abrasión
utilizando el aparato Micro Deval.
El ensayo Micro Deval determina la resistencia a la abrasión y la durabilidad de
agregados pétreos, como resultado de una acción combinada de abrasión y
molienda con esferas de acero en presencia de agua. La resistencia a la
degradación se determina con la cantidad de material que pasa el tamiz de 1.18
mm (# 16), después de la abrasión y la molienda, expresado como porcentaje de
la masa seca original de la muestra.
7.17 Ductilidad de los materiales asfalticos
El ensayo consiste en someter una probeta del material asfáltico de consistencia
sólida y semisólida, a un ensayo de tracción, midiendo la distancia hasta la cual se
e longa una probeta en condiciones normalizadas de velocidad (50 ± 2.5 mm por
minuto) y temperatura (25 ± 0.5° C), en un baño de agua, definiéndose la
ductilidad como la longitud máxima, en cm, que se estira la probeta hasta el
instante de su rotura.
7.18 Agua en emulsiones asfálticas
Con este ensayo se mide el contenido de agua presente en una emulsión asfáltica
distinguiéndola tanto del asfalto como del solvente que pueda contener, el
47
procedimiento se efectúa por destilación a reflujo usando una trampa de agua.
Este ensayo es esencial para determinar con precisión la cantidad de ligante
asfaltico realmente utilizado en el pavimento.
7.19 Penetración de los materiales asfalticos
El ensayo de Penetración de los materiales asfalticos busca determinar la
consistencia de los materiales bituminosos sólidos o semisólidos en los cuales el
único o el principal componente es un asfalto, altos valores de penetración indican
consistencias más blandas.
Definición de Penetración: Consistencia de un material bituminoso expresada por
medio de la distancia, en décimas de milímetro, hasta la cual penetra
verticalmente una aguja normalizada en el material en condiciones definidas de
carga, tiempo y temperatura. Normalmente, el ensayo se realiza a 25° C, (77° F)
durante un tiempo de 5 segundos y con una carga móvil total, incluida la aguja, de
100 g; aunque se pueden emplear otras condiciones previamente definidas.
7.20 Medida de la macro textura superficial de un pavimento empleando la
técnica volumétrica (método círculo de arena)
El propósito de este ensayo es determinar la profundidad media de la macro-
textura superficial de un pavimento, en este caso, de una reparación efectuada
sobre un pavimento asfaltico. Mediante la aplicación de un volumen conocido de
material granular sobre la superficie intervenida, generando un patrón circular
hasta que la superficie sea visible a través de la arena, en este punto se le calcula
el área total cubierta por dicho material, y posteriormente la profundidad media
entre el fondo de los vacíos superficiales del pavimento y la parte superior de las
48
partículas del agregado de este. Esta medida de la profundidad de textura refleja
las características de la macro textura del pavimento.
7.21 Vacíos con aire
Los vacíos de aire son espacios pequeños de aire, o bolsas de aire, que están
presentes entre los agregados revestidos en la mezcla final compactada. Es
necesario que todas las mezclas densamente graduadas contengan cierto
porcentaje de vacíos para permitir alguna compactación adicional bajo el tráfico, y
proporcionar espacios adonde pueda fluir el asfalto durante su compactación
adicional.
El porcentaje de vacíos es muy importante en la clasificación de la mezcla ya que
según sea este valor las mezclas asfálticas se dividen en;
Mezclas asfálticas densas: es una mezcla en la cual una vez compactada, los
vacíos con aire son menores del 10%
Mezclas asfálticas abiertas: es una mezcla en la cual una vez compactada, los
vacíos con aire son iguales o superiores al 10%
El valor del porcentaje de vacíos con aire en una mezcla asfáltica es uno de los
criterios utilizados tanto en los métodos de diseño, como en la evaluación de la
compactación alcanzada en la colocación y compactación de las mezclas
asfálticas.
Mediante este cálculo se determina el porcentaje de compactación de las mezclas
asfálticas, como la relación entre el peso específico del espécimen (E-733) y el
peso específico teórico máximo.
49
7.22 Vacíos en el agregado mineral
Volumen del espacio vacío que existe entre las partículas de agregado en una
mezcla asfáltica compactada de pavimentación, incluyendo los vacíos con aire y
los espacios que están llenos de asfalto.
7.23 Vacíos llenos de asfalto
Es la fracción de los vacíos en el agregado mineral que contiene ligante asfaltico,
estos representan el volumen de asfalto efectivo presente en la mezcla. Se
acostumbra a expresar como porcentaje de los vacíos en el agregado mineral
7.24 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Resultados obtenidos en ensayos de laboratorio de septiembre de 2014 a abril de
2015.
7.24.1 Análisis de la granulometría
Los ensayos de granulometría y contenido de asfalto inician tomando muestras
de los agregados directamente de la tolva de alimentación del equipo y de la
mezcla aplicada.
De los ensayos granulométricos analizados se encontró que se emplearon dos
granulometrías diferentes en la producción de la mezcla asfáltica, la primera se
empleó durante los mes de agosto y mediados de septiembre, periodo en el cual
no se estableció una franja granulométrica, posteriormente se cambió la
50
granulometría, pero al igual que en la anterior serie no se definió una franja, a la
postre el 15 de enero de 2015, se muestra por primera vez la franja granulométrica
de evaluación conservando la misma serie de tamices.
De esta revisión también se pudo observar que durante los meses de septiembre y
octubre la gradación varió su clasificación entre grava bien gradada con arena y
una arena bien gradada con grava, y a partir del 28 de octubre de 2014 en
adelante, el comportamiento de la gradación se estableció como una grava bien
gradada con arena, con un tamaño máximo del agregado de ½”, y un tamaño
máximo nominal 3/8”. Por otro lado el contenido de finos, porcentajes de pasa el
tamiz No 200 osciló entre 0.1 y un máximo de 8.7% el cual fue un suceso aislado
ya que esta valor solo se encontró en una oportunidad.
En cuanto a la granulometría obtenida en el tamizaje que se le efectuó a la mezcla
asfáltica de forma independientemente en el laboratorio de Contecon Urbar se
observó que la mezcla mantenía sus características en cuanto a tamaño máximo
(1/2”) y máximo nominal (3/8”), por otro lado los porcentajes pasa de la serie de
tamices comprendida entre el tamiz 3/8” y el tamiz número 16 se encuentran por
fuera de los valores máximos y mínimos establecidos como la franja
granulométrica de diseño.
Considerando los aspectos de clasificación de las mezclas asfálticas y en
específico los parámetros de granulometría y tamaño máximo del agregado
pétreo, se puede tipificar la mezcla Green Patcher como una mezcla gruesa
continua o bien gradada cuyo tamaño máximo del árido es mayor a 10 mm, con
una cantidad muy distribuida de diferentes tamaños de agregado pétreo.
51
Grafica 1. Granulometría Promedio (1er serie)
En esta grafica se observa un tamaño máximo del agregado de 1/2” un tamaño
máximo nominal de 3/8”
Grafica 2. Granulometría Promedio (2da serie)
52
Grafica 3. Porcentajes de participación de los agregados
En esta grafica se observan los porcentajes de participación de los agregados que
intervienen en la mezcla asfáltica; como se puede apreciar durante el periodo
comprendido entre el 6 de septiembre al 5 de noviembre de 2014 las mezclas
producidas presentaban disparidad en sus proporciones lo que indica que no
estaba siendo reproducida con eficacia, ya a partir del 10 de noviembre en
adelante las proporciones comienzan a guardar una regularidad más uniforme.
53
Tabla 4. Comparativo mezcla Green Patcher Vs Tratamientos superficiales
simples y Mezclas abiertas en frio (INVIAS)
Tabla 5. Comparativo mezcla Green Patcher Vs Tratamientos superficiales
simples y Mezclas abiertas en frio (IDU)
7.24.2 Análisis de la resistencia a la abrasión en el aparato Micro Deval
Dicho ensayo se efectuó según el procedimiento establecido en la norma Invias
E-238-07, pero como parámetro de referencia para valorar la resistencia a la
degradación por abrasión en el equipo Micro Deval, para la granulometría que se
usa en la mezcla de Green Patcher, la UMV utilizan los lineamientos de la norma
IDU-ET-2011, sección 531 (tratamiento superficial sencillo o doble y triple) tabla
531.1 (requisitos de los agregados pétreos para tratamientos superficiales simples,
54
dobles y triples) en la cual se establece un valor máximo de pérdidas por abrasión
del 25%,
Grafica 4. Porcentaje de desgaste en Micro Deval
Del análisis efectuado a los resultados de resistencia a la degradación por
abrasión en el equipo Micro Deval, se pudo observar que los resultados oscilan
entre 10,79% y un máximo de 23,65%, se determinó su promedio en 18.82% , con
una desviación estándar 4.07% lo cual indica que su variación es del 22 % con
respecto a la media, sin embargo esta dentro de los valores admisibles para este
ensayo lo que indica que es un material duro pero con un comportamiento
asimétrico.
55
De igual forma si se efectúa el mismo análisis con los paramentos establecidos en
la Tabla 238ª-1 (límites referenciados de Micro Deval para diferentes aplicaciones
de los agregados sección 200 I.N.V.E – 238), se puede observar que los
resultados obtenidos de este ensayo se encuentran por debajo del valor máximo
recomendado para mezclas asfálticas.
Tabla 6. Límites referenciados de Micro-Deval para diferentes aplicaciones
de los agregados7
A Rogers, C., “Canadian Experience with the Micro-Deval Test for Aggregates,” Advances in Aggregates and Armourstone Evaluation, Latham, J. P., ed., Geological Society, London, Engineering Geology Special Publications, 13, 1998, pp. 139-147. B Lang, A. P., Range, P. H., Fowler, D. W. and Allen, J. J., “Prediction of Coarse Aggregate Performance by Micro-Deval and Other Soundness, Strength, and Intrinsic Particle Property Tests,” Transportation Research Record, Journal of the Transportation Research Board, No. 2026, 2007, pp. 3–8. C Kandhal, P. S., Parker Jr., F., “Aggregate Tests Related to Asphalt Concrete Performance in Pavements,” Final Report Prepared for National Cooperative Highway Research Program, Transportation Research Board, Washington, May 1997.
7 Tabla 238ª-1 limites referenciados de Micro Deval para diferentes aplicaciones
de los agregados sección 200 I.N.V.E - 238
APLICACIÓN MÁXIMAS PÉRDIDAS POR
ABRASIÓN EN PRUEBA MICRO-DEVAL (%)
Sub base granular 30 A
Base granular 25 A
Base de gradación abierta 17 A
Concreto estructural 17 A 21 B
Pavimento rígido 13 A
Base de concreto asfáltico 21 A
Capa de rodadura asfáltica en vías secundarias
21 A
Capa de rodadura en concreto asfáltico 17 A 18 C
56
7.24.3 Análisis de ensayo inmersión/compresión
Efectuando la revisión de los ensayos de laboratorio suministrados por la
subdirección de mejoramiento de la malla vial local, se observó que no se reportan
ensayos de inmersión compresión durante el periodo comprendido entre
septiembre de 2014 y abril de 2015, al indagar sobre la razón de la ausencia de
resultados en dicho ensayo, se determinó que las briquetas tomadas para efectuar
los ensayos de resistencia a la compresión simple INV E-747, y ensayo de
inmersión compresión INV E-738, no se manufacturan y fallan según los criterios
que se establecen en las respectivas normas.
La norma INV E-747 prescribe el procedimiento que debe seguirse para la
preparación de la mezcla, moldeo de las probetas, curado y ensayo de las
mismas. Según dicha norma para determinar la resistencia a la compresión simple
se requiere de tres especímenes, moldeados a una presión de 20,7 Mpa durante
dos minutos, para fallar dichos especímenes estos deben haberse dejado curar
con anterioridad durante un periodo de 24 horas en un horno a 60°C.
Pero en el caso de la Green Patcher se moldean dos muestras comprimidas con
una carga de 170KN durante dos minutos, se dejan curar durante 24 horas previo
a la falla a una temperatura de 25 ºC en un horno artesanal y del promedio de
estas se determina la correspondiente resistencia a la compresión simple.
Según los criterios de la norma INV E-738, para determinar la pérdida de
resistencia a la compresión en mezclas asfálticas debido a los efectos del agua, se
requieren de 6 especímenes preparados y moldeados según la INV E-747. Ya que
lo que se espera determinar es el comportamiento de la resistencia a la
compresión en la mezcla después de estar expuesta a la acción del agua, los
especímenes en cuestión deben sumergirse en agua destilada durante 24 horas a
una temperatura de 60°C.
57
De acuerdo a las experiencias adquiridas en el laboratorio de la UMV durante la
ejecución de las probetas de mezcla Green Patcher para la ejecución dicho
ensayo, se notó que estas se elaboraban bajo las mismas condiciones que se
manufacturan las briquetas para resistencia a la compresión simple, y que al
sumergirlas en agua durante las 24 horas, las briquetas se desintegraban por lo
cual no se contaban con muestras para ejecutar el ensayo y a su vez con datos
para determinar la correspondiente resistencia a la compresión luego de la
inmersión.
7.24.4 Análisis de la resistencia a la compresión simple
El ensayo de resistencia a la compresión simple se efectúa como referente para
poder determinar el porcentaje de decrecimiento en la resistencia a la compresión
simple de una mezcla asfáltica luego de ser sometida a la acción directa del agua,
lo que se conoce como (ensayo inmersión/compresión).
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Grafica 5. Compresión simple
Este ensayo es uno de los que presento un comportamiento más disperso en sus
resultados. Con una valor máximo de 50,77 kg/cm2 y un valor mínimo de 1,31
kg/cm2, se observa en los resultados que las mayores resistencias se obtuvieron
en los meses de septiembre y octubre de 2014 luego del 10 de octubre los
resultados de resistencia a la compresión simple disminuyeron dramáticamente al
punto que todos los valores obtenidos hasta el mes de abril estuvieron por debajo
del promedio, se calculó la desviación estándar en 12,83.
7.24.5 Análisis del flujo y la estabilidad
Los parámetros que se usan en el laboratorio de la UMV para determinar el flujo y
la estabilidad no se ciñen rigurosamente a los lineamientos establecidos en la
norma INV E 748. El procedimiento usado es el siguiente:
59
La mezcla se calienta a 130 grados Celsius y se moldean en laboratorio dos
briquetas Marshall compactadas a 20 golpes por cada lado, se dejan curar al
ambiente durante 24 horas, se determina la densidad Bulk y previo a la falla se
dejan 30 minutos en un horno artesanal a una temperatura de 25 ºC, al igual que
las briquetas para el ensayo de inmersión compresión, estas briquetas no son
sumergidas en agua, ya que las mismas se desintegran luego de la inmersión.
Grafica 6. Estabilidad
Al revisar los resultados obtenidos por el laboratorio de la UMV se observó que
durante el mes de septiembre y los primeros días de octubre se obtuvieron los
valores más altos de estabilidad, y después del 7 de octubre de 2014 los valores
disminuyeron drásticamente al punto que la mayoría de resultados obtenidos
cayeron por debajo del promedio el cual se encuentra 706.3 kg, al calcular la
desviación estándar se obtuvo un valor de 600.58, lo cual es un valor muy alto
60
para una serie de datos, esto en consideración que el valor máximo de estabilidad
fue de 2262.5 kg y el valor mínimo encontrado fue de 161.9 kg.
Grafica 7. Flujo
Con respecto al flujo se observó que los resultados obtenidos por el laboratorio de
la UMV oscilaron constantemente pero en general se mantuvieron cerca al
promedio el cual se calculó en 8.69 mm, se encontró un valor máximo 14.64 y un
mínimo de 3.18 mm, en consideración se obtuvo un valor de la desviación
estándar pequeño con respecto al de la estabilidad el cual se calculó en 3.12 mm.
Relación estabilidad-flujo
Los valores de estabilidad y el flujo están estrechamente relacionados. La
estabilidad es una medida de la carga bajo la cual una probeta cede o falla
totalmente. Debido a que la estabilidad Marshall indica la resistencia de una
61
mezcla a la deformación existe una tendencia a pensar que si un valor de
estabilidad es bueno, entonces un valor más alto será mucho mejor, pero en
realidad no. Las estabilidades extremadamente altas se obtienen a costa de
durabilidad.
La fluencia Marshall, mide en longitud la deformación de la briqueta. La
deformación está indicada por la disminución en el diámetro vertical de la
briqueta.
Las mezclas que tienen valores bajos de fluencia y valores muy altos de
estabilidad Marshall son consideradas demasiado frágiles y rígidas para un
pavimento en servicio. Aquellas que tienen valores altos de fluencia y muy bajos
de estabilidad son consideradas demasiado plásticas y tiene tendencia a
deformarse bajo las cargas del tránsito reflejando ahuellamientos y ondulaciones.
La relación estabilidad-flujo representa el grado de fragilidad o de ductilidad de
una mezcla asfáltica, en donde se puede presentar fisuración o ahuellamiento
prematuro. Si bien es un parámetro que no se exige para las mezcla abiertas en
frio o los tratamientos superficiales simples según los criterios de las norma IDU e
Invias es un aspecto relevante en el comportamiento de las mezclas asfálticas.
62
Grafica 8. Relación Estabilidad / Flujo
Para el caso de la mezcla Green Patcher se calculó en promedio de esta en 1.38
kN/mm el cual se puede considerar como un valor bajo en consideración que los
valores típicos para niveles transito tipo 1 (NT1) se encuentran entre 2 a 4 kN/mm.
Como valores de estabilidad-flujo se toman aquellos del ensayo Marshall
efectuados por los dos laboratorios.
En cuanto a los resultados de flujo y estabilidad obtenidos por el laboratorio
Contecon Urbar de la mezcla asfáltica Green Patcher, se cuantifico la estabilidad
en 651 kg, el flujo se taso 10.2 mm, con una relación de estabilidad flujo de 63.75
Kg/mm (0.63 kN/mm).
Al realizar un comparativo entre los resultados de flujo y estabilidad obtenidos por
los dos laboratorios se observa que los resultados obtenidos por el laboratorio
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Contecon Urban se encuentran entre el rango de resultados obtenidos por el
laboratorio de la UMV, en el caso particular de la estabilidad calculada 651 kg se
encuentra por debajo al promedio del obtenido en el laboratorio de la UMV el cual
se encuentra en 706.3 kg, en el caso del flujo calculado en 10.2 mm se encuentra
por encima del promedio de su contraparte el cual se estableció en 8.69 mm,
como se observa las diferencias no son considerables, pese a que las probetas
manufacturadas por el laboratorio Contecon Urban se efectuaron de acurdo a los
lineamientos de la norma Invias E-748.
7.24.6 Análisis del contenido de asfalto, porcentaje de emulsión mezclado
con el agregado y del contenido de agua en la emulsión asfáltica
Al hacer la correlación de los resultados obtenidos de la extracción cuantitativa del
asfalto INV E-732, con los resultados obtenidos de la determinación del contenido
de agua en una emulsión asfáltica INV E-761, y la proporción en porcentaje de
emulsión mezclado con el material granular, se pudo constatar que el porcentaje
de asfalto en la emulsión asfáltica en la mayoría de pruebas fue del 65% lo que
indicaría que el contenido de asfalto en las mezclas cumplió con lo establecido en
la fórmula de trabajo, acepto durante el mes de septiembre de 2014 que se
reportaron valores de 57,3%.
(La dosificación del asfalto residual de la fórmula de trabajo se estima en un 65%
0.3% +/- 0.3% en peso respecto a los agregados).
Es decir que en 1.000 kg de agregado se adicionarían entre 27 y 33 Kg de asfalto
residual lo cual indicaría la presencia de entre 41.53 y 50.76 Kg de emulsión
asfáltica en la mezcla.
64
Por otro lado, el porcentaje de asfalto residual en la emulsión asfáltica obtenido en
el laboratorio de Contecon Urban fue del 66.8 %, y el contenido de asfalto se
calculó en 9.4%, el cual es un valor superior al estimado en la fórmula de trabajo,
que considerando la tolerancia por exceso se encontraría en el 65.3%.
Grafica 9. Porcentaje Asfalto
65
Grafica 10. Porcentaje de emulsión mezclado con el agregado
Como se puede observar, en la gráfica de Nº 9 (% de asfalto) cuyos valores son
los obtenidos del ensayo INV E-732 (extracción cuantitativa del asfalto en mezclas
para pavimentos), presenta un comportamiento similar a la gráfica Nº 10 (% de
emulsión mezclada con los agregados), esto debido a que dichas graficas guardan
una relación del 65%, que representa el porcentaje de asfalto en la emulsión, valor
obtenido del ensayo INV E-761 (contenido de agua en una emulsión asfáltica). Lo
que indica que durante la reproducción de la mezcla se cumplió con el contenido
del 65% de asfalto residual según la fórmula de trabajo.
66
Grafica 11. Porcentaje de agua en emulsiones asfálticas
Por otro lado, al realizar el análisis de resultados del ensayo de contenido de agua
en la emulsión asfáltica efectuados por la UMV a 14 muestras de emulsión
durante el periodo de octubre de 2014 a abril de 2015, se observó que el promedio
de contenido de agua en las emulsiones evaluadas era del 38,26%, con este
promedio se calculó la desviación estándar y el coeficiente de variación, los cuales
se establecieron en 1,21%, y 3.16% respectivamente, lo que indica que las
emulsiones analizadas presentan buena uniformidad entre ellas, en contraste a
los resultados obtenidos de porcentaje de asfalto y emulsión asfáltica mezclada
con los agregados.
Se debe resaltar que de las 14 muestras analizadas ninguna supero el 40% de
contenido de agua, límite máximo admisible que establece las “Especificaciones
técnicas generales de materiales y construcción, para proyectos de infraestructura
67
vial y de espacio público para Bogotá” Sección 210-11. Tabla 210-1
“especificaciones para emulsiones asfálticas”.
En cuanto a los resultados obtenidos por el laboratorio E.I.E Echeverry para este
mismo ensayos se determinó que el contenido de agua en la emulsión asfáltica
era de 33.2%, el cual es un valor que sigue cumpliendo con lo especificado en la
norma de referencia.
En cuanto al porcentaje de asfalto obtenido del ensayo INV E-732 (extracción
cuantitativa del asfalto en mezclas para pavimentos), por parte del laboratorio
Contecon Urbar este se cuantifico en el 9.4% del total de la muestra valor que se
encuentra por encima del promedio de los obtenidos por el laboratorio de la UMV
el cual se encuentra en 6.24%
7.24.7 Análisis de la ductilidad y penetración del material asfáltico
Los resultados obtenidos para el ensayo de flujo y estabilidad del material asfaltico
se obtuvieron de los ensayos efectuados sobre el residuo de la destilación de la
emulsión asfáltica, específicamente del remante del ensayo de determinación de
agua en la emulsión asfáltica.
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Grafica 12. Penetración de los materiales asfálticos
Revisando los resultados obtenidos de las 14 pruebas efectuadas durante el
periodo comprendido entre octubre de 2014 a abril de 2015, se determinó que los
valores logrados de penetración se mantuvieron entre el rango de 60 y 100
(0.1mm).
En cuanto a los resultados obtenidos por el laboratorio E.I.E Echeverry para este
mismo ensayos se calculó la penetración en 73 (0.1 mm).
En el caso de la ductilidad la cual fue calculada en las 14 pruebas efectuadas
durante el mismo periodo, estas arrojaron resultados que se encontraban entre 99
y 110 cm con un promedio de 102 cm.
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En cuanto a los resultados obtenidos por el laboratorio E.I.E Echeverry para este
mismo ensayo se determinó que la emulsión asfáltica contaba con una ductilidad
mayor a 100 cm.
Grafica 13. Ductilidad
Del análisis de resultados obtenidos respecto al contenido de agua en la emulsión
asfáltica, ductilidad y penetración del material asfaltico, se pudo determinar, según
las “Especificaciones técnicas generales de materiales y construcción, para
proyectos de infraestructura vial y de espacio público para Bogotá”: Sección 210-
11 “emulsión asfáltica”. Tabla 210-1 “especificaciones para emulsiones asfálticas”.
Que la emulsión asfáltica empleada en la mezcla Green Patcher posee las
características propias de una emulsión asfáltica catiónica de rotura rápida CRR-1.
Dicha norma establecen los siguientes parámetros para asfáltica catiónica de
rotura rápida CRR-1.
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Valor admisible de penetración (25 ºC, 100 Gr, 5 Seg): Mínimo entre 60 y
100 (0.1mm). Máximo entre 100 y 250 (0.1mm)
Valor mínimo de ductilidad (25 ºC, 5 cm/mm): Mínimo 40 cm.
Porcentaje de agua en emulsiones asfálticas: máximo 40%
Es importante mencionar que los valores obtenidos para la ductilidad están muy
por encima a los parámetros establecidos en la norma de referencia. Dichos
valores arrojaron un valor promedio de 102 cm, con una desviación estándar de
2.51 cm , al calcular el coeficiente de variación este arroja un resultado del 2.46%
lo que es un buen valor en consideración que valor máximo de ductilidad fue de
103 y el mínimo de 99.
Tabla 7. Comparativo resultados efectuados sobre la emulsión asfáltica
COMPARATIVO RESULTADOS EFECTUADOS SOBRE LA EMULSIÓN ASFÁLTICA
LABORATORIO (%) Asfalto Contenido de
agua (%)
Contenido de asfalto residual
(%)
Penetración (0,1 mm)
Ductilidad
UMV (promedio) 6,24 38,26 64,5 69,57 102
CONTECON URBAR 9,4 33,2 66,8 73 100
7.24.8 Análisis de los resultados de la macro textura superficial del
pavimento (método círculo de arena)
Para tener un referente de la textura superficial de la reparación vial se tomaron en
campo 15 medidas de esta en tres puntos diferentes los cuales arrojaron los
siguientes resultados.
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Tabla 8. Resultados de la macro textura superficial del pavimento
Medida Numero 1 TEXTURA SUPERFICIAL METODO CIRCULO DE ARENA
N° de toma 1 2 3 4 5
Profundidad de textura (mm) 7,38 5,44 6,3 5,44 5,21
Promedio Profundidad de textura (mm) 5,95
Medida Numero 2 TEXTURA SUPERFICIAL METODO CIRCULO DE ARENA
N° de toma 1 2 3 4 5
Profundidad de textura (mm) 2,99 3,59 3,91 2,97 3,37
Promedio Profundidad de textura (mm) 3,37
Medida Numero 3 TEXTURA SUPERFICIAL METODO CIRCULO DE ARENA
N° de toma 1 2 3 4 5
Profundidad de textura (mm) 2,9 2,71 2,85 2,06 2,3
Promedio Profundidad de textura (mm) 2,56
Tabla 9. Requerimiento para tratamientos superficiales simples y mezclas
abiertas en frio según criterios de las normas IDU e INVIAS