DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 1 DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA CON ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADED PARA LA CIUDAD DE BOGOTÁ ARMANDO RAMÍREZ VILLAMIZAR INGRYD LORENA LADINO RUBIO JUAN PABLO ROSAS RAMÍREZ UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C. 2014
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DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 1
DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA CON ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADED PARA LA CIUDAD DE BOGOTÁ
ARMANDO RAMÍREZ VILLAMIZAR INGRYD LORENA LADINO RUBIO JUAN PABLO ROSAS RAMÍREZ
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA
ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C.
2014
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 2
DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA CON ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADED PARA LA CIUDAD DE BOGOTÁ
ARMANDO RAMÍREZ VILLAMIZAR INGRYD LORENA LADINO RUBIO JUAN PABLO ROSAS RAMÍREZ
Trabajo de grado para optar al título de Especialista en Ingeniería de Pavimentos
Director JUAN CARLOS RUGE CÁRDENAS
Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA
ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS BOGOTÁ D.C.
2014
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 3
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 4
Nota de aceptación ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________
______________________________________ Director de Investigación
______________________________________ Jurado Bogotá D.C., diciembre de 2014
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 5
CONTENIDO
pág. 1. INTRODUCCIÓN 12 2. OBJETIVOS 14
2.1 Objetivo General 14 2.2 Objetivos Específicos 14
3. MARCO TEÓRICO MEZCLAS ASFÁLTICAS CON ASFALTO-CAUCHO 15
3.1 Métodos de utilización 16 3.2 Proceso por vía seca 16 3.3 Proceso por vía húmeda 16
4. INSTRUCTIVO PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA EN LABORATORIO Y PRODUCCIÓN DE PARA TRAMO DE PRUEBA EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ 18
4.1 Descripción 18 4.2 Agregados pétreos y llenante mineral 18 4.3 Material bituminoso 19 4.4 Equipo 20
4.4.1 Equipo para la elaboración del asfalto modificado con caucho de llanta amc 21
4.4.2 Planta mezcladora 21 4.4.2.1 Requisitos para todas las plantas 21 4.4.2.2 Equipo para la extensión de la mezcla 21 4.4.2.3 Equipo de compactación 22
4.5 EJECUCION DE LOS TRABAJOS 23 4.5.1 Diseño de la mezcla y obtención de la fórmula de trabajo 23 4.5.2 Fabricación de la mezcla asfáltica 25 4.5.3 Transporte de la mezcla 26 4.5.4 Compactación de la mezcla 26
5. DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA MEDIANTE DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A LA DEFORMACION PLÁSTICA Y PARAMETROS MARSHALL PARA LA MEZCLA GAP-GRADED TIPO GG-1 PREPARADA CON ASFALTO MODIFICADO CON CAUCHO DE LLANTA AMC-TIPO III DE MPI LTDA Y MATERIALES PETREOS DE LA PLANTA CENTRASA 28
5.1 Objetivo 28 5.2 Método de diseño para formula de trabajo 28 5.3 Granulometría 30 5.4 Análisis granulométrico de agregados 31 5.5 Pesos específicos de los materiales granulares 32
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 6
5.6 Caracterización del asfalto-caucho 33 5.7 Determinación de la fórmula de trabajo 34
5.7.1 Ensayos Marshall para la mezcla GAP GRADED GG-1 34 5.7.1.1 Determinación del valor máximo de porcentaje de asfalto 35
5.7.2 Resultados de deformación plástica 35 5.7.2.1 Pendiente media de ahuellamiento (WTS air) 36 5.7.2.2 Profundidad de ahuellamiento media proporcional (PRD air) 38 5.7.2.3 Profundidades de ahuellamiento (RDair) 39 5.7.2.4 Velocidad de Deformación Media 39
5.8 Recomendaciones 41 6. INFORME DE DISEÑO DE PAVIMENTOS – TRAMOS DE
REHABILITACIÓN CALLE 17 ENTRE CARRERA 113 A Y CARRERA 115. 43
6.1 Alcance del proyecto y localización 43 6.2 Clima 44 6.3 Geología específica del proyecto 44 6.4 Descripción del proyecto 45 6.5 Información preliminar 46
6.8 Variable tránsito 53 6.8.1 Análisis de resultados TPD - Calle 17 entre av. centenaria y kr 115 54
6.9 Diseño de estructura de pavimento 56 6.9.1 Diseño método INVIAS con medios y altos volúmenes de tránsito 56 6.9.2 Método ASSHTO-93 58 6.9.3 Diseño pavimentos método de LA SHELL 61 6.9.4 Diseño pavimentos método del Instituto del asfalto 64 6.9.5 Resumen estructuras de diseño 66 6.9.6 Elección estructura de diseño 66 6.9.7 Diseño estructura de pavimento con mezcla asfalto-caucho (gap-
grade) 67 6.9.7.1 Alternativa asfalto-caucho con mezcla densa en caliente y mezcla
semidensa-método CALTRAN 68
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6.9.7.2 Alternativa mezcla asfáltica plena con asfalto-caucho 69 6.9.7.3 Alternativa mezcla asfáltica con mezcla semidensa y mezcla
asfalto-caucho, con módulo equivalente 71 7. CONCLUSIONES 73 REFERENCIAS 76
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LISTA DE TABLAS
pág. Tabla 1. Franjas granulométricas para mezclas asfálticas en caliente tipo
GAP GRADED 19 Tabla 2. Especificación ASTM D-6114-97 20 Tabla 3. Parámetros Marshall de la mezcla asfáltica en caliente Tipo Gap
Graded con asfalto A.M.C. 24 Tabla 4. Criterios de diseño de la mezcla asfáltica en caliente Tipo Gap
Graded con asfalto A.M.C. 25 Tabla 5. Resumen de ensayos a los materiales pétreos 30 Tabla 6. Granulometría de los Agregados Individuales 31 Tabla 7. Reporte de Calidad Asfalto Modificado Con Caucho de Llanta Enero
12 - 2011. 33 Tabla 8. Reporte de Calidad Asfalto Modificado Con Caucho de Llanta Marzo
12 – 2011 34 Tabla 9. Primera Aproximación a la fórmula de trabajo 35 Tabla 10. Características de Control de Diseño Marshall, Mezcla Asfáltica GG-
1 al 7,3% de Asfalto 35 Tabla 11. Condiciones de realización del diseño de resistencia a la
deformación plástica (Ahuellamiento). 36 Tabla 12. Pendiente media de ahuellamiento 37 Tabla 13. Resultados del Ensayo de Deformación Plástica 40 Tabla 14. Fórmula de Trabajo Final 41 Tabla 15. Segmentos para rehabilitación - calle 17 entre carrera 113 a y
carrera 115 43 Tabla 16. Preclasificación por estado superficial – segmentos sobre calle 17
entre carrera 113 a y carrera 115 46 Tabla 17. resultados sondeos – segmentos ubicados sobre la calle 17 entre
carrera 113 a y carrera 115. 46 Tabla 18. Resultados de Retro cálculo – segmentos ubicados sobre la calle 17
entre carrera 113 a y carrera 115 47 Tabla 19. Preclasificación por Índice estructural 48 Tabla 20. Condición del pavimento segmentos localizados sobre la calle 17
entre carrera 113 a y carrera 115. 49 Tabla 21. Número de apiques– calle 17 entre carrera 113 a y carrera 115. 49 Tabla 22. Propiedades material granular 50 Tabla 23. Propiedades Subrasante 50
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Tabla 24. Propiedades material granular 51 Tabla 25. Propiedades Subrasante 51 Tabla 26. Propiedades Material Granular 52 Tabla 27. Propiedades Subrasante 53 Tabla 28. TPD Segmentos sobre La CL 17 entre Av.Centenario y KR 115 54 Tabla 29. Tasas de crecimiento proyectadas 55 Tabla 30. Número de ejes equivalentes - Segmentos localizados sobre la Calle
17 entre Carrera 113 A y Carrera 115 55 Tabla 31. Estructura final propuesta método INVIAS 58 Tabla 32. Estructura: partimos de estructura INVIAS 58 Tabla 33. Cálculo método ASSHTO-93 59 Tabla 34. Estructura final método ASSHTO-93 61 Tabla 35. Cálculo método SHELL 62 Tabla 36. Estructura final método SHELL 63 Tabla 37. Cálculo método instituto del asfalto 64 Tabla 38. Estructura final método instituto del asfalto 66 Tabla 39. Resumen estructuras de diseño 66 Tabla 40. Estructura de diseño final 67 Tabla 41. Alternativa diseño asfalto-caucho con mezcla densa en caliente y
mezcla semidensa con equivalencia método CALTRAN 68 Tabla 42. Estructura asfalto-caucho con mezcla densa en caliente y mezcla
semidensa con equivalencia método CALTRAN 69 Tabla 43. Cálculo alternativa mezcla asfáltica plena con asfalto-caucho 70 Tabla 44. Estructura alternativa mezcla asfaltica plena con asfalto-caucho 70 Tabla 45. Cálculo alternativa mezcla asfáltica con mezcla semidensa y mezcla
asfalto-caucho, con módulo equivalente 71 Tabla 46. Estructura mezcla asfáltica con mezcla semidensa y mezcla asfalto-
caucho, con módulo equivalente 72 Tabla 47. Estructura final propuesta 74 Tabla 48. Estructura recomendada con la alternativa con asfalto-caucho 74
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LISTA DE FIGURAS
pág. Figura 1. Descripción del proceso por vía húmeda 17 Figura 2. Análisis granulométrico de pétreo 31 Figura 3. Curva Granulométrica del material pétreo 32 Figura 4. Resultados de los ensayos realizados para el cálculo del peso
específico de los materiales 32 Figura 5. Variación de la pendiente media de ahuellamiento con respecto al
porcentaje de asfalto-caucho utilizado (7,0%, 7.5%, 8,0%) 38 Figura 6. Variación de la Velocidad de Deformación con respecto al
porcentaje de asfalto- caucho utilizado (7,0%, 7.5%, 8,0%) 40
Figura 7. Corte Transversal – Calle 17 entre Carrera 113 A y Carrera 115. 44 Figura 8. Geología – calle 17 entre carrera 113 a y carrera 115. 45
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LISTA DE ANEXOS
pág. Anexo A. Diseño MARSHALL 77 Anexo B. Rice para diseño MARSHALL 78 Anexo C. Ensayo de Resistencia 31 de enero de 2011 79 Anexo D. Ensayo de Resistencia 19 de enero de 2011 80 Anexo E. Ensayo de Resistencia 19 de enero de 2011 81 Anexo F. Localización proyecto 82 Anexo G. Cálculo del tránsito 83 Anexo H. Cálculo módulo de resiliencia método SHELL 84 Anexo I. Cálculo módulo de resiliencia instituto del asfalto 85 Anexo J. Cálculo módulo resiliente materiales granulares 86 Anexo K. Tabla Equivalencia asfalto caucho según Caltran (Dpto Transporte
de California) 87 Anexo L. Ensayo módulo dinámico 89
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1. INTRODUCCIÓN
En el mundo moderno un grave problema medioambiental es el desecho de los
neumáticos. Las principales dificultades generadas por este residuo, tienen que ver con
su disposición final, dado que la mayoría de los neumáticos fuera de uso, se
encuentran dispuestos en sitios que no cumplen ningún tipo de reglamentación para su
disposición, ocupando gran espacio y por ser considerados desechos sólidos deben ser
enterrados, almacenados y en el peor de los casos destruidos por incineración. La
acumulación de neumáticos incrementa la posibilidad de incendios y la posible
emanación de gases tóxicos.
La solución a este problema que se plantea con los neumáticos fuera de uso,
pasa por la búsqueda de vías capaces de valorizar adecuadamente este residuo bajo
condiciones económicas aceptables y en cantidades suficientes como para hacer frente
al elevado incremento de cargas por transito que se generan anualmente sobre los
pavimentos.
El caucho granulado reciclado de neumáticos se obtiene a través de la trituración
de éstos y la separación de los componentes que lo constituyen, principalmente el
acero y las fibras. A través de dicho proceso, se obtiene migas de caucho con
determinadas granulometrías para distintas aplicaciones.
En la actualidad, las plantas recicladoras de neumáticos y procesadoras del
caucho, se encuentra en etapas iniciales de desarrollo, son muy escasas, lo cual
implica que desde un punto de vista económico los precios para obtener el caucho
sean altos, pues son muy pocos los proveedores de este insumo que garanticen
cantidades satisfactorias para la producción de mezcla con asfalto caucho.
Las mezclas asfálticas utilizadas en pavimentos, pueden incorporar una parte
importante del caucho contenido en los neumáticos desechados. La adición de caucho
proveniente de neumáticos a las mezclas asfálticas es una forma de reciclar tales
desechos y mejorar las propiedades del pavimento. Las mezclas asfálticas modificadas
con caucho permiten obtener un pavimento con mejores respuestas a los cambios
térmicos, así como también aumentan la resistencia a la fisuración por fatiga y al
envejecimiento, incrementando la vida útil del pavimento y disminuyendo los costos de
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 13
mantenimiento. Por otro lado ayuda a la preservación del medio ambiente al reciclar los
neumáticos.
El presente trabajo se enmarca dentro de una iniciativa de investigación y
pretende realizar un diseño de pavimento mediante el efecto de la incorporación de
caucho de neumáticos desechados dentro de mezclas asfálticas en caliente, realizando
los correspondientes ensayos de laboratorio para comparar con un diseño de mezcla
asfáltica tradicional o convencional, determinando su ventaja a nivel de disminución de
espesores de capa asfáltica y por ende su correspondiente estructura de pavimento.
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 14
2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo General
Diseño de pavimento flexible mediante el mejoramiento mecánico de la mezcla
asfáltica incorporando asfalto caucho como material granular fino, tecnología GAP
GRADE.
2.2 Objetivos Específicos
En este trabajo se valida el estado del arte de la modificación de mezclas
asfálticas mediante la incorporación de asfalto caucho como una nueva tecnología y
alternativa para la solución de problemas en las propiedades mecánicas del asfalto
convencional, ya que con el trascurrir del tiempo, estas propiedades disminuyen su vida
útil como consecuencia a la exposición de factores climáticos por altas temperaturas,
humedad y elevados niveles de tránsito, presentando problemas de deformación, fatiga
y otros.
Conocer las propiedades mecánicas, que sirven para aumentar el tiempo de vida
útil del pavimento y disminuir los costos por operaciones de mantenimiento,
demostrando que el uso de cemento asfáltico modificado con caucho reciclado es una
técnica de solución viable al problema de baja calidad en la infraestructura vial en la
ciudad de Bogotá D.C.
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 15
3. MARCO TEÓRICO MEZCLAS ASFÁLTICAS CON ASFALTO-CAUCHO
Los cementos asfálticos para pavimentación poseen a temperatura ambiente una
consistencia de sólido o semisólido, con propiedades termoplásticas, ya que su
consistencia varía con la temperatura. Así, a bajas temperaturas actúan como un sólido
frágil y quebradizo y a temperaturas elevadas como un líquido viscoso. Esta variación
puede ser más o menos pronunciada en función del tipo de asfalto y de su proceso
obtención (susceptibilidad térmica).
El principal objetivo al modificar asfaltos es lograr propiedades geológicas no
obtenidas en los asfaltos producidos con técnicas convencionales de refinación. Una
forma de modificarlos es mediante la incorporación de polímeros, entre ellos los
cauchos. Estos pueden ser especialmente fabricados o provenir de la recuperación de
piezas en desuso, como es el caso de los neumáticos de vehículos. Estos poseen
estructuras complejas y estables que se han venido utilizando desde hace años en
países como Alemania, Portugal y Estados Unidos, con procesos de pretratamiento y
molienda variados. Las formas de utilización dependen de la competitividad entre la
técnica de reciclado y la prestación final. Algunos estudios iniciales en la década de los
cincuenta involucraron la adición de caucho natural con el objeto de aprovechar su
flexibilidad y lograr una superficie del pavimento eficiente y duradero, pero sólo hasta la
década de los sesenta se encontró una formulación satisfactoria al realizar estudios
con caucho sintético.
Las principales materias primas utilizadas en la fabricación de llantas son cauchos
naturales o látex, y sintéticos como el SBS y SBR, acero, textiles y aditivos, entre los
que se destacan el negro de humo, aceites, óxido de zinc activado con cadmio, dióxido
de titanio, sulfuro, sílica, resinas fenólicas y ácidos grasos.
La quema directa de las llantas desechadas provoca graves problemas
medioambientales, ya que produce emisiones de gases que contienen partículas
nocivas para el entorno. El almacenamiento provoca problemas de estabilidad por la
degradación química parcial que éstas sufren, ocupan un espacio considerable, e
imposibilitan la compactación de los vertederos. Las montañas de llantas forman
arrecifes donde la proliferación de roedores, insectos y otros animales dañinos
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 16
constituye un problema añadido. Algunas formas de tratamiento de las llantas usadas
son: termólisis, pirolisis, incineración, trituración criogénica, trituración mecánica, entre
otras.
3.1 Métodos de utilización
El caucho de llantas usadas puede ser incorporado en las mezclas asfálticas por
medio de dos métodos diferentes denominados proceso húmedo y proceso seco. En el
proceso húmedo, el caucho actúa modificando el ligante, mientras que en el proceso
seco el caucho es usado como una porción de agregado fino.
Una de las principales características que presenta el cemento asfáltico
modificado con GCR es el aumento en la viscosidad de la mezcla resultante,
haciéndola más flexible a bajas temperaturas y menos plástica a altas. Entre los
principales beneficios en los pavimentos están las mejoras a la deformación
permanente, a la fatiga, y la resistencia al fisuramiento a bajas temperaturas.
3.2 Proceso por vía seca
En el proceso por vía seca la cantidad requerida de ligante tiende a aumentar,
también se requiere un proceso especial para adicionar el GCR en planta, y un mayor
tiempo de compactación en obra; el proceso por vía húmeda requiere un equipo
adicional en planta para el mezclado y almacenamiento del asfalto-caucho, así como
cambio de bombas y tuberías, adicionalmente requiere mayor energía para calentar la
mezcla a mayores temperaturas con tiempos de reacción prolongados.
El GCR se obtiene por trituración mecánica o molienda de llantas desechadas, y
debe ser de contextura fina de tamaños menores a 6.3 mm (1/4”). Este posee valiosos
componentes que pueden contribuir al buen desempeño del asfalto como lo son el
negro de humo que es un antioxidante, las aminas, los aceites aromáticos, y los
elastómeros SBS y SBR.
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 17
3.3 Proceso por vía húmeda
El caso que vamos a estudiar en el presente trabajo, es el proceso por vía
húmeda, el cual se muestra esquemáticamente en la siguiente figura:
Figura 1. Descripción del proceso por vía húmeda.
En este proceso el GCR es mezclado con el ligante para producir una mezcla
asfalto-caucho, la cual es usada de la misma manera que un ligante modificado.
La proporción del GCR normalmente se encuentra entre el 14% y el 20%,
dependiendo del ligante, por peso del total de la mezcla asfalto-caucho. Cuando el
cemento asfáltico y GCR son mezclados, el GCR reacciona con el ligante hinchándose
y ablandándose por la absorción de aceites aromáticos, no siendo esta una reacción de
tipo química. El grado de modificación del ligante depende de muchos factores, entre
los cuales se encuentran el tamaño y textura del GCR, la proporción y tipo del cemento
asfáltico, el tiempo y temperatura de mezclado, el grado de agitación mecánica durante
la reacción El cemento asfáltico modificado con GCR mediante el proceso húmedo ha
sido usado ampliamente como ligante en la reparación de grietas y sello de juntas,
tratamientos superficiales, membranas retardantes de fisuras, y en la elaboración de
mezclas asfálticas en caliente de la mezcla.
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 18
4 INSTRUCTIVO PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA EN LABORATORIO Y PRODUCCIÓN DE PARA TRAMO DE PRUEBA EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ
4.1 Descripción
Este Instructivo consiste en la elaboración, transporte, colocación y compactación,
de una o más capas de mezcla asfáltica en caliente de tipo GAP GRADED,
diferenciadas por su granulometría de aplicación, como se define más adelante.
4.2 Agregados pétreos y llenante mineral
Los agregados pétreos y el llenante mineral para la elaboración de las mezclas en
caliente cubiertas por este Instructivo deberán satisfacer los requisitos de calidad
impuestos para ellos en el numeral 400.2.1 del Artículo 400 de las especificaciones
INVIAS-07.
Los agregados pétreos no serán susceptibles de ningún tipo de meteorización o
alteración fisicoquímica apreciable bajo las condiciones más desfavorables que
presumiblemente se puedan dar en la zona de empleo. Tampoco podrán dar origen,
con el agua, a disoluciones que puedan causar daños a estructuras o a otras capas del
pavimento, o contaminar corrientes de agua.
Los agregados pétreos empleados para la mezcla asfáltica en caliente tipo GAP
GRADED deberán poseer una naturaleza tal, que al aplicársele una película del
material asfáltico por utilizar en el trabajo, ésta no se desprenda por la acción
combinada del agua y del tránsito.
El agregado fino deberá proceder en su totalidad de la trituración de piedra de
cantera o de grava natural, o parcialmente de fuentes naturales de arena. La
proporción de arena natural no podrá exceder del quince por ciento (15%) de la masa
total del agregado combinado.
La granulometría del agregado obtenido mediante la combinación de las distintas
fracciones, incluido el llenante mineral, deberá estar comprendida dentro de alguna de
las franjas fijadas en la Tabla 1.
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 19
Tabla 1. Franjas granulométricas para mezclas asfálticas en caliente tipo GAP
GRADED.
TAMIZ (mm/U.S. Standard)
25.0 19.0 12.5 9.5 4.75 2.36 0,600 0,300 0,07
5
1” 3/4” 1/2” 3/8” No. 4 No. 8No. 30
No.50No.200
TIPO DE MEZCLA
% PASA
GG-
1 100
90-
100
65-
85 50-70 30-45 16-28 6-16 4-12 2-6
GG-
2 100
90-
100 70-90 35-50 20-32 8-18 5-14 2-6
GAP GRADE
D (a) GG-
3 100
90-
100 50-65 28-40 18-22 6-16 3-7
(a) Este tipo de configuración granulométrica garantiza que el asfalto - caucho llene los
espacios dejados por los pétreos permitiendo que los vacíos con aire de la mezcla asfáltica
estén entre 3% y 5%, permitiendo tener un pavimento impermeable y con gran desempeño en
campo.
El tipo de mezcla asfáltica en caliente por emplear en función del tipo y espesor
compacto de la capa asfáltica, se definirá en los documentos del proyecto. Se pueden
seguir los criterios dados de acuerdo al estudio realizado por CALTRANS para
disminuir espesores al utilizar las mezclas asfálticas tipo GAP GRADED preparadas
con asfalto AMC teniendo en cuenta las equivalencias estructurales, que se muestran
en el capítulo de diseño de la mezcla asfáltica.
4.3 Material bituminoso
El material bituminoso para elaborar la mezcla en caliente tipo GAP GRADED con
asfalto modificado con caucho de llanta deberá cumplir con los requerimientos de la
especificación internacional ASTM D 6114-97 que se presenta en la Tabla 2.
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 20
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 55
C4 = CAMIONES DE CUATRO EJES
C5 = CAMIONES DE CINCO EJES
>C5 = CAMIONES DE MÁS DE 5 EJES
Tabla 29. Tasas de crecimiento proyectadas.
AÑO TASA DE CRECIMIENTO2010-2015 3.24 %
2016-2030 6.92 %
Fuente. Estudio de tránsito Consorcio Metrovías.
El cálculo de la variable tránsito fue efectuada teniendo en cuenta la estimación
realizada por el especialista en el área, la cual se basa en los conteos realizados dentro
del desarrollo del estudio de tránsito, tal como fue presentado en la Tabla 28.
Teniendo en cuenta un factor de distribución direccional de 1.00 (el estudio de
tránsito fue efectuado por sentido de circulación); un factor de distribución por carril de
1.00, la tasa de crecimiento presentada en la Tabla 29.
Las memorias de cálculo del tránsito son presentadas en el Anexo 7.
Tabla 30. Número de ejes equivalentes - Segmentos localizados sobre la Calle 17
entre Carrera 113 A y Carrera 115.
Sector Calzada/Carril CIV Relacionados Número de ejes
Equivalentes de 80kN
Calle 17 entre la Carrera
106 y la Carrera 115 Sur 29.412.387
Calle 17 entre la Carrera
106 y la Carrera 115 Norte
9001454-2, 9001402,
9001358-2. 31.964.239
Se elige finalmente el tránsito que presenta el mayor número de ejes equivalentes
o sea
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 56
N diseño= 31.964.239 ejes equivalentes de 8.2 Ton
6.9 Diseño de estructura de pavimento
Se harán las siguientes consideraciones para el diseño final de la estructura del
pavimento:
• Se considera debido al pobre aporte de resistencia de la subrasante existente
(CBR menor de 2%), el mejoramiento de esta, lo cual se logra con el material de
rajón (30 cm) y un sello de material granular (10 cm), encima del cual se coloca un
geotextil de refuerzo T4000 o similar para lograr una plataforma de apoyo a la
nueva estructura de pavimento, que garantice al menos que esta tenga un CBR
equivalente al 3%, para lo cual se utiliza la Formula de Ivanov (Ver Anexo 8)
• Se consideran otros métodos de diseño como el Método INVIAS, SHELL y el
Método del INSTITUTO DEL ASFALTO, corroborados por el diseño racional de
pavimentos.
• Se incluye la corrida del programa con el módulo resiliente dinámico de la
mezcla de asfalto-caucho o GAP-GRADE, obtenido de ensayo de laboratorio
realizado.
6.9.1 Diseño método INVIAS con medios y altos volúmenes de tránsito
• ELECCION CBR DISEÑO
DATOS:
CIV 9001454-2: 1.67%
CIV 9001402-2 1.25%
CIV 9001358-2 1.35%
Se trabajará con los valores de CBR sumergido relacionados, que es la condición
más crítica del pavimento y teniendo en cuenta el poco o nulo mantenimiento del
drenaje del sector.
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 57
Los valores de CBR son muy similares y por tanto se trabajará con el valor
promedio de los 3, obteniendo
CBR diseño= 1.42%
De acuerdo al CBR de diseño la categoría se clasifica como S1 (considerando se
va a realizar un mejoramiento subrasante).
ENTONCES CON
REGION: R2
CAT SUBR: S1
TRANSITO: T9
TMAP: 14.8 °C
PRECIP: 917.8 mm/año
ESTRUCTURA SEGÚN CARTA N°2
MDC-2 : 17 cm
BG-1: 40 cm
SBG: 40 cm
N (EJES EQUIV) 31, 964,239.00
RANGO DE TRÁNSITO
NIVEL DE TRÁNSITO= T9 PARA TRÁNSITO ENTRE 30-40E06
EJES EQUIV
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 58
Tabla 31. Estructura final propuesta método INVIAS.
ESTRUCTURA PROPUESTA:ESPESOR( cm)
40 RAJON Y SELLO DE MAT GRANULAR
SUBRASANTE
CBR=3%
40
40
ESTRUCTURA
17
OBSERVACIONES
CONCRETOASFÁLTICO
BASE GRANULAR TIPO INVIAS
SUBBASE GRANULAR TIPO INVIAS
6.9.2 Método ASSHTO-93
Tabla 32. Estructura: partimos de estructura INVIAS.
ESPESOR a m ∆SN(cm) ∆SN(pulg) CAPA
cm cm PULG
CA 17 0.4 6.8 2.68
BG 40 0.14 1 5.6 2.2
SBG 40 0.12 1 4.8 1.89
TOTAL 17.2 6.77
SERVICIALIDAD
Índice de servicio inicial po= 4.2
Índice de servicio final pt= 2.5
Pérdida de Ind de Serv ∆PSI= 1.7
Nivel de confiabilidad R 85%
Desviación estándar total S0 0.49
Los cálculos se muestran en la siguiente tabla 31:
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 59
Tabla 33. Cálculo método ASSHTO-93.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALESCBR SR= 1.42 %
Entonces:CBR SR= 3.00 %Modulo resiliente de la subrasante Mr=1500*CBR 4,500.00 psi Para CBR<10
CBR BG= 100% De acuerdo nueva especificación 2013 de INVIASCBR SBG= 40% De acuerdo nueva especificación 2013 de INVIAS
COEFICIENTE ESTRUCTURALa C.A (MDC_2) 0.4 Tabla 8.1‐ Manual de diseño Pav asfálticos INVIAS a BG 0.14 Tabla 8.1‐ Manual de diseño Pav asfálticos INVIAS a SBG 0.12 Tabla 8.1‐ Manual de diseño Pav asfálticos INVIAS
COEFICIENTES DE DRENAJEPara Precipitación >2000 mm mi= 1 Tabla 8.2‐ Manual de diseño Pav asfálticos INVIAS
Para estos valores voy al Nomograma con:R= 85% ‐1.037So= 0.49N= 31,964,239.00 ejes equivMr= 4,500.00 psi∆PSI= 1.7SN estructura 6.5
Se considera sin embargo, que como para el INVIAS, la subrasante debe tener un mínimo de CBR=3%, la colocación de un rajón de 30 cm, acompañado de un sello de mat granular de 10 cm
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 60
Tabla 33 (Continuación). PRIMER CRITERIO ASSHTO: PROTECCIÓN DE LA SUBRASANTE CUMPLE YA QUE 6.5 <
SEGUNDO CRITERIO PROTECCIÓN CAPA POR CAPACORRECCIÓN CAPAS
ESPESOR a m ∆SN(cm) ∆SN(pulg) ∆SN(cm) ∆SN(pulg)cm cm PULG cm PULG
1. VOY AL NOMOGRAMA CON ME BASE (MÓDULO RESILIENTE DE LA BASE)
PARA CBR BASE= 100%ME BASE= 30000 psi Lo correlaciono de tablas de la AASHTO
y me da SN = 3.7 VS 2.68 no cumple
ENTONCES ME DEVUELVOSN 1=a1*D1
↔ D1=SN 1/a1 9.25 pulg23.5 cm
↔ D1= ESP CARP ASF= 24 cm
PARA PROTEGER LA CAPA SUBBASEME SBG= 17000 psi
y me da SN = 3.85
SN 2=SN CA+SN BASE↔ SN BASE+SN CA= 4.2 ‐ 3.7
SN BASE= 0.5↔ D2=SN 2/(a2*am2) 3.57142857 pulg
9.07142857 cmSE APROX A D2= ESP BASE G= 15 cm
QUE NUMERO ESTRUCTURAL APORTA ESTE ESPESOR 15 cmSN= 0.83
QUE SN NECESITAMOS PARA PROTEGER LA SR
↔ SN SBG= 6.5 ‐ 3.7 ‐ 0.83SN SBG= 1.97
↔ D3=SN 3/(a3*am3) 16.4166667 pulg41.6983333 cm
SE APROX A D3= ESP SUBBASE G= 45 cmQUE NUMERO ESTRUCTURAL APORTA ESTE ESPESOR 45 cmSN= 2
SN TOTAL= 6.53 > 6.5 OK
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 61
Entonces, la estructura final propuesta queda así:
Tabla 34. Estructura final método ASSHTO-93.
ESPESOR( cm)
ESTRUCTURA PROPUESTA:
CBR=3%
ESTRUCTURAMODULO RESILIENTE
E(psi))OBSERVACIONES
24
15 30000
45 17000
40 RAJON Y SELLO DE MAT GRANULAR
4500
SUBRASANTE
CONCRETOASFÁLTICO
BASE GRANULAR TIPO INVIAS
SUBBASE GRANULAR TIPO INVIAS
6.9.3. Diseño pavimentos método de LA SHELL
En la siguiente tabla 35, se muestra el cálculo por Método de la SHELL.
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 62
Tabla 35. Cálculo método SHELL.
W MMAT= 14.8 °CPRECIPITACIÓN PROMEDIA ANUAL PPA= 917.8 mmN= NUMERO DE EJES EQUIVALENTES DE 8.2 TON= 31,964,239.00 EJES EQUIVCBR sr= 3 %MÓDULOS DE ELASTICIDAD1. Modulo resiliente de la subrasante Mr=100*CBR 300 Kg/cm2 Para CBR<10
30 Mpa2. Utilizamos fórmula de la SHELL, Para los materiales granulares
E gran= K*E srK= 0.206*Hgran^0.45 Constante, que debe estar entre 2 y 4H gran= espesor material granular: subbase+base granular (cm)
Donde H gran= 800 mm↔ K= 4.171168312Como el valor de K es mayor que 4, tomamos el valor de 4, que es el máximo previsto↔ K= 4↔ E gran= 120 Mpa
Tipo de asfalto a utilizar: 60‐70
De acuerdo con la Figura 7‐42 del libro del profesor Montejo1
para la W MMAT= 14.8 °C y e ca= espesor carpeta asfáltica= 17 cm
170 mmT mezcla= 22.5 °CSegún Anexo 8, para cálculo Módulo de Resiliencia de la mezcla Shell adjunta, el valor de este es:E shell= 31,634 Kg/cm2 = 3163 Mpa
La estructura queda entonces conformada así:
ESTRUCTURA PROPUESTA:ESPESOR( cm)
3. MODULO RESILIENTE PARA EL CONCRETO ASFÁLTICO( E ca)
80 120
SUBRASANTE 30 CBR=3%
ESTRUCTURAMODULO RESILIENTE
E(Mpa))OBSERVACIONES
17 3,163CONCRETOASFÁLTICO
CAPAS GRANULARES TIPO INVIAS
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 63
Tabla 35 (Continuación). ECUACIONES DE SHELL PARA DEFORMACIONES ADMISIBLES
�t= Deformación máxima admisible por tracción en la fibra inferior de la carpeta asfáltica�t= (0.856*Vb+1.08)*Smix^‐0.36*Nlab^‐0.20donde :Vb= Volumen de asfalto efectivo en %= 12 %Smix= Módulo dinámico de la mezcla asfáltica= 3,163,000,000.00 PaNlab= N diseño/10 3,196,423.90 Ejes equiv ↔�t= 0.000215826 215.8260187 µe
�v= Deformación máxima admisible por ahuellamiento en la cara superior de la subrasante�v= 2.1E‐02*N^‐0.25 Se asume una confiabilidad del 85%
0.000279 279.2885957 µe
Corremos la estructura con el programa de WESLEAOBTENIDA ADMISIBLE RESULTADO % CUMPLIM
�t= 177.89 vs 215.8260187 CUMPLE 82%�v= 228.22 279.2885957 CUMPLE 82%
SEPARACIÓN DE SUBBASE Y BASE G:CODIGO DE LA MEZCLA: S1‐FI‐68S1: MEZCLAS CORRIENTES DE CEMENTO ASFÁLTICO DE ALTA RÍGIDEZ Y CONTENIDOS NORMALES O PROMEDIOS DE AGREGADOS, DE ASFALTO Y VACÍOS F1: ES RELACIONADA CON LA FATIGA Y TIENEN ALTA RESISTENCIA Y CANTIDADES MODERADAS DE VACIÓ CON AIRE Y ASFALTOWMAT= 14.8N= 31,964,239.00 MR subr= 30 Mpa
30,000,000.00 pae base g= 25 cme subbase g= 55 cm
La estructura final propuesta para el Método de la SHELL es finalmente, la
mostrada en la tabla 36.
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 64
Tabla 36. Estructura final método SHELL. ESPESOR( cm)
25
120
55
ESTRUCTURAMODULO RESILIENTE
E(Mpa))OBSERVACIONES
17 3,163
40 RAJON Y SELLO DE MAT GRANULAR
30 CBR=3%
SUBRASANTE
CONCRETOASFÁLTICO
BASE GRANULAR TIPO INVIAS
SUBBASE GRANULAR TIPO INVIAS
6.9.4 Diseño pavimentos método del Instituto del asfalto
En la siguiente tabla 37, se muestra el cálculo por Método de la SHELL.
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 65
Tabla 37. Cálculo método instituto del asfalto.
W MMAT= 14.8 °CPRECIPITACIÓN PROMEDIA ANUAL PPA= 917.8 mmN= NUMERO DE EJES EQUIVALENTES DE 8.2 TON= 31,964,239.00 EJES EQUIVCBR sr= 3 %MÓDULOS DE ELASTICIDAD1. Modulo resiliente de la subrasante Mr=100*CBR 300 Kg/cm2 Para CBR<10
30 Mpa
2. MODULO RESILIENTE PARA EL CONCRETO ASFÁLTICO( E ca)Tipo de asfalto a utilizar: 60‐70
De acuerdo con la Figura 7‐42 del libro del profesor Montejo1
para la W MMAT= 14.8 °C y e ca= espesor carpeta asfáltica= 17 cm
170 mmT mezcla= 19.8 °CSegún tabla de cálculo para Módulo de Resiliencia ( Ver Anexo 9) deL Instituto del Asfalto, el valor de este es:E IA= 39,037 Kg/cm2 3904 Mpa
3. MODULO RESILIENTE PARA LOS MATERIALES GRANULARESSegún hoja de cálculo (Ver Anexo 9) para cálculo de este Módulo:E gran= 848 Kg/cm2
85 Mpa
ESTRUCTURA PROPUESTA:ESPESOR( cm)
MÉTODO: DISEÑO INSTITUTO DEL ASFALTO
50 85
SUBRASANTE 30 CBR=3%
ESTRUCTURAMODULO RESILIENTE
E(Mpa))OBSERVACIONES
32 3,904CONCRETOASFÁLTICO
CAPAS GRANULARES TIPO INVIAS
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 66
Tabla 37 (Continuación).
POR AHUELLAMIENTO EN LA CARA SUPERIOR DE LA SUBRASANTENd= 1.365E‐09*�v^‐4.477Donde Nd= # ejes equiv de 8.2 Ton admisibles �v= Deformación máxima admisible por ahuellamiento en la cara superior de la carpeta asfáltica�v= Nd/1.365E‐09*�t^‐4.477
Para el tránsito equivalente de la vía:N= 31,964,239.00 �v= 0.000220617�v= 221 µe
PARA TRACCIÓN EN LA FIBRA INFERIOR DE LA CARPETA ASFÁLTICANf real= F lab*0.00432*C*�t^‐3.291*Eca^‐0.854Donde:Nd= # ejes equiv de 8.2 Ton admisibles
Deformación máxima admisible por tracción en la fibra inferior de la carpeta asfálticaFlab= Factor de calibración, Se toma generalmente 18.4 para I. Asfalto
18.4C= 10^MM= 4.84*((Vb/(Va+Vb))‐0.69)Va= Volumen de vacíos en la mezcla(%) 5.5 %Vb= Volumen de asfalto efectivo en %= 12 %↔M= 4.84*((Vb/(Va+Vb))‐0.69)
‐0.020742857C= 0.953360475Eca= Módulo dinámico de la mezcla asfáltica= 3,904.00 MPaEca= Módulo dinámico de la mezcla asfáltica= 566,080.00 Psi↔�t= (Nf real/(F lab*0,00432*C*Eca^‐0.854))^(1/‐3.291)
7.69728E‐0577 µe
Corremos la estructura con el programa de WESLEA
DEFORMAC OBTENIDA VS ADMISIBLE RESULTADO %
�t= 77 77 CUMPLE 100%�v= 162 221 CUMPLE 73%
NOTA: Paara las capas granulares, se asume que del espesor total, la distribución queda así:e base granular= 15 cme subbase granular= 35
ECUACIONES DEL INSTITUTO DEL ASFALTO PARA DEFORMACIONES ADMISIBLES
Entonces, la estructura final propuesta queda así:
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 67
Tabla 38. Estructura final método instituto del asfalto.
ESPESOR( cm)
CBR=3%
SUBRASANTE
40 RAJON Y SELLO DE MAT GRANULAR
30
15
50
35
ESTRUCTURAMODULO RESILIENTE
E(Mpa))OBSERVACIONES
32 3,904CONCRETOASFÁLTICO
BASE GRANULAR TIPO INVIAS
SUBBASE GRANULAR TIPO INVIAS
6.9.5 Resumen estructuras de diseño
En la Tabla 39, se muestra el resumen de las estructuras estudiadas por los diferentes
métodos:
Tabla 39. Resumen estructuras de diseño.
CARPETA ASFALTICA
BASE GRANULAR
SUBBASE GRANULAR
RAJON+SELLO GRAN
(cm) (cm) (cm) (cm)
17 40 40 4024 15 45 4017 25 55 4032 15 35 40
ESPESORES DE CAPAS
INVIASASSHTO 93SHELLINSTITUTO DEL ASFALTO
MÉTODO
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 68
6.9.6 Elección estructura de diseño La estructura final propuesta como diseño es la de la ASSHTO-93, considerando que
fue el método base para el Diseño de Pavimentos asfálticos, del Instituto Nacional de
Vías (INVIAS). Además que en el caso de los otros métodos como el del INVIAS, da
una estructura muy baja, que no la hace cumplir con las solicitaciones de los otros
métodos como Shell e Instituto del Asfalto.
En el caso del Instituto del Asfalto, da unos valores muy elevados de mezcla asfáltica y
el método de la ASSHTO-93 da un valor de mezcla asfáltica, cerca al promedio de los
métodos de la SHELL e Instituto del Asfalto.
En este caso la mezcla asfáltica se opta por dividirla en tres capas, tal como se
relaciona en la Tabla 40, para hacer una transición de capas, de acuerdo a lo
recomendado por el INVIAS 2013, colocando unas capas más gruesas intermedias y
en la base y la rodadura con una mezcla más densa.
MEZCLA ASFÁLTICA TIPO MDC‐25MEZCLA ASFÁLTICA TIPO MSC‐25
15 210
CAPAMODULO RESILIENTE
E(Mpa)OBSERVACIONES
465030003000
MEZCLA ASFÁLTICA TIPO GAP‐GRADE
BASE GRANULAR TIPO INVIAS
SUBBASE GRANULAR TIPO INVIAS
6.9.7.2 Alternativa mezcla asfáltica plena con asfalto-caucho
Para esta alternativa, se considera el ensayo de laboratorio del módulo dinámico, de
acuerdo al Anexo 12.
De acuerdo con el ensayo de Módulo dinámico:
E a= 4979 Mpa
Eb= 4314 Mpa
PROMEDIO 4646.5 Mpa
En la Tabla 43, se encuentra el cálculo para este diseño.
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 71
Tabla 43. Cálculo alternativa mezcla asfáltica plena con asfalto-caucho ESTRUCTURA PROPUESTA:
ESPESOR( cm)
ECUACIONES DE SHELL PARA DEFORMACIONES ADMISIBLES
�t= Deformación máxima admisible por tracción en la fibra inferior de la carpeta asfáltica�t= (0.856*Vb+1.08)*Smix^‐0.36*Nlab^‐0.20donde :Vb= Volumen de asfalto efectivo en %= 14 %Smix= Módulo dinámico de la mezcla asfáltica= 4,650,000,000.00 PaNlab= N diseño/10 3,196,423.90 Ejes equiv ↔�t= 0.000216202 216.2022627 µe
�v= Deformación máxima admisible por ahuellamiento en la cara superior de la subrasante�v= 2.1E‐02*N^‐0.25 Se asume una confiabilidad del 85%
0.000279 279.2885957 µe
Corremos la estructura con el programa de WESLEAOBTENIDA ADMISIBLE RESULTADO % CUMPLIM
�t= 131 vs 216.2022627 CUMPLE 61%�v= 260 279.2885957 CUMPLE 93%
60 210,175
SUBRASANTE 30 CBR=3%
ESTRUCTURAMODULO RESILIENTE
E(Mpa))OBSERVACIONES
16 4,650CONCRETOASFÁLTICO
CAPAS GRANULARES TIPO INVIAS
La estructura final propuesta queda entonces así, según se muestra en la Tabla
44:
Tabla 44. Estructura alternativa mezcla asfáltica plena con asfalto-caucho.
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 72
6.9.7.3 Alternativa mezcla asfáltica con mezcla semidensa y mezcla asfalto-
caucho, con módulo equivalente
Para esta alternativa, se considera el módulo equivalente de la mezcla asfáltica
definido por la expresión del Instituto del Asfalto. La Tabla de cálculo 45, muestra los
resultados del análisis.
Tabla 45. Cálculo alternativa mezcla asfáltica con mezcla semidensa y mezcla asfalto-
caucho, con módulo equivalente. MODULO ASFÁLTICO EQUIVALENTEE equiv= (h1*E1^(1/3)+h2*E2)/(h1+h2)
Donde:E equiv= Modulo de elasticidad equivalenteh1= espesor capa 1 de mezcla asfálticah2= espesor capa 2 de mezcla asfálticaE1= Modulo de ealsticidad capa 1 de mezcla asfálticaE2= Modulo de elasticidad capa 2 de mezcla asfáltica
↔Parah1= 5 cm MEZCLA ASFALTO CAUCHOE1= 4,650 Kg/cm2 MEZCLA ASFALTO CAUCHOh2= 14 cm MEZCLA SEMIDENSA EN CALIENTE MSC‐25E2= 3000 Kg/cm2 MEZCLA SEMIDENSA EN CALIENTE MSC‐26E equiv= 3388.173085
ESTRUCTURA PROPUESTA:ESPESOR( cm)
60 120
SUBRASANTE 30 CBR=3%
ESTRUCTURAMODULO RESILIENTE
E(Mpa))OBSERVACIONES
19 3,388CONCRETOASFÁLTICO
CAPAS GRANULARES TIPO INVIAS
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 73
Tabla 45 (Continuación). �t= Deformación máxima admisible por tracción en la fibra inferior de la carpeta asfáltica�t= (0.856*Vb+1.08)*Smix^‐0.36*Nlab^‐0.20donde :Vb= Volumen de asfalto efectivo en %= 14 %Smix= Módulo dinámico de la mezcla asfáltica= 3,388,173,085.35 PaNlab= N diseño/10 3,196,423.90 Ejes equiv ↔�t= 0.000242301 242.3012676 µe
�v= Deformación máxima admisible por ahuellamiento en la cara superior de la subrasante�v= 2.1E‐02*N^‐0.25 Se asume una confiabilidad del 85%
0.000279 279.2885957 µe
Corremos la estructura con el programa de WESLEAOBTENIDA ADMISIBLE RESULTADO % CUMPLIM
�t= 155 vs 242.3012676 CUMPLE 64%�v= 276 279.2885957 CUMPLE 99%
Luego, la estructura final propuesta queda así:
Tabla 46. Estructura mezcla asfáltica con mezcla semidensa y mezcla asfalto-caucho,
con módulo equivalente.
ESPESOR( cm)
5
14 MEZCLA ASFÁLTICA TIPO MSC‐25 3000
40 RAJON Y SELLO DE MAT GRANULAR
30 CBR=3%
SUBRASANTE
15
120
45
ESTRUCTURAMODULO RESILIENTE
E(Mpa))OBSERVACIONES
MEZCLA ASFÁLTICA TIPO GAP‐GRADE 4650
BASE GRANULAR TIPO INVIAS
SUBBASE GRANULAR TIPO INVIAS
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 74
7. CONCLUSIONES
• La estructura final propuesta como diseño es la de la ASSHTO-93,
considerando que fue el método base para el Método de Diseño de Pavimentos
asfálticos en vías con medios y altos volúmenes de Tránsito, del Instituto Nacional de
Vías (INVIAS). Además que en el caso de los otros métodos como el del INVIAS, da
una estructura muy baja, sobretodo en carpeta asfáltica, que no la hace cumplir con las
solicitaciones de los otros métodos como Shell e Instituto del Asfalto.
En el caso del Instituto del Asfalto, da unos valores muy elevados de mezcla
asfáltica y el método de la ASSHTO-93 da un valor de mezcla asfáltica, casi en el
promedio de los métodos de la SHELL e Instituto del Asfalto.
• Para las capas asfálticas se propone una capa de rodadura tipo MDC-19, como
rodadura en espesor de 8.0 cm, una capa intermedia de MDC-25 de 8 cm y una capa
base MSC-25 de 8 cm, de acuerdo con las especificaciones generales de construcción
del INVIAS-2013, articulo 450, numeral 450.2.2 (Tabla 450-8). No se hizo en el diseño
una separación de estas capas en el entendido que sus módulos resilientes no tienen
una gran diferencia. Igualmente en el caso del cemento asfáltico se recomienda de
acuerdo a la temperatura promedio anual de la zona 22°C y el tránsito del proyecto
NT3, un asfalto tipo 60-70, como lo admiten las especificaciones citadas.
• En el caso de los materiales granulares, ellos deberán cumplir con la normatividad
de las especificaciones generales de construcción de INVIAS-2013, para garantizar los
módulos utilizados en los diseños.
• ESTRUCTURA FINAL PROPUESTA:
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 75
*FACTORES DAÑO SEGÚN LIBRO INGENIERIA DE PAVIMENTOS DE ALFONSO MONTEJO AÑO 1996
TRANSITO EQUIVALENTE EJES DE 8,2 TON PARA EL PERÍODO DE DISEÑO
DISTRIBUCION CAMIONESTPDS A B C
# AÑO SERVICIO
7%AÑO TPDS
62% 31%
CAMIONES
y = 1019.4x + 9257.3R² = 0.9914
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Series2
Lineal (Series2)
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 85
Anexo H. Cálculo módulo de resiliencia método SHELL. Formulaciones para estimar módulos de ShellSe utiliza el asfalto residual para los cálculos para el método SHELL
t=1/(2*pi*f) donde: f=frecuencia; pi=3,1416; t=tiempo de cargat=0,02 seg para V= 45 - 60 kphf=frecuencia; 8 Hz para velocidad 45-60 kph
Tipo de Asfalto APIAY Original ResidualPenetración a 25 oC 68 39Pto Ablandamiento, oC. 49.6 58Índice Penetración, form -0.55 0.04
Tmix, oC. 22.00
T800 °C 58 datos punto ablandamiento asfalto residual∆T °C= 36Ip= 0.04El módulo del asfalto es calculado con la gráfica 7-41 de la SHELL, en el libro del Profesor Montejocon los siguientes datos:t= 0.02 seg∆T °C= 36 calculado anteriormenteIp= 0.04 del asfalto residualy obtengoMódulo del Asfalto,MN/m1 30,000,000 N/m2Módulo del Asfalto,Mpa 30.00 MpaCaracterísticas de la Mezcla
S1,MN/m2 3,724 para 5<Sbit<1,000 MNS2,MN/m2 8,183 para 1,000<Sbit<3,000MN
Sin FS Con FS=1.2Módulo Estimado de la Mezcla, kg/cm2 37,961 31,634
El Indice de penetración es calculado a partir datos de penetración y temperatura, en este ejercicio, con el asfalto residual
De la tabla 7-42 con Temperatura media anual ponderada y espesor carpeta, da este valor, que es la temperatura de la mezcla, no del ambiente
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 86
Anexo I. Cálculo módulo de resiliencia instituto del asfalto. Formulaciones para estimar módulos del Instituto del Asfalto
Estimación de la Temperatura del Pavimentot=1/(2*pi*f) donde: f=frecuencia; pi=3,1416; t=tiempo de cargat=0,02 seg (f=8Hz) para V= 45 - 60 kph
Frecuencia de carga, Hz 8Tipo de Asfalto Temperatura mezcla, oC 19.8
APIAY 60-70 Penetracción a 25 oC (orig) 68 Para determinar la temperatura de la mezcla T ó Mp (oF), Viscosidad a 21 oC, 10^6 poises 2.81579747 se emplea la siguiente fórmula en función de la temperatura
Características de la Mezcla del aire Ma (oF) y la profundidad desde la superficie, z (in):% de finos P200 5 B1 0.82369977Vol vacíos, % Va 5.5 B2 3840.71994 Como temperatura media ponderada de la capa asfáltica Vol asfalto, % Vb 12 B3 1.54150969 se emplea la correspondiente al tercio superiorVol agregado, % Vg 82.5 B4 5.796Total 100 B5 1.74996459 oC oF
Temperatura media ponderada del aire, Ma 14.8 58.6Sin FS Con FS=1.2 cm pg
Módulo Estimado de la Mezcla, kg/cm2 46,844 39,037 Espesor Capas Asfálticas 32.0 12.60
Profundidad de referencia para la temperatura cm pg (1/3 del espesor de la capa, por defecto) 10.7 4.2
oC oFTemperatura pavimento al tercio capa, Mp 19.8 67.6
% de finos 5Vol vacíos, % 5.5Vol asfalto, % 12Vol agregado, % 83Penetración original del Asfalto 80-100 88Penetración original del Asfalto 60-70 68Frecuencia (Hz) 8Factor de seguridad 1.2
64
344
11 ++
−⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
++=
zzMaMp 6
434
411 +
+−⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
++=
zzMaMp
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 87
Anexo J. Cálculo módulo resiliente materiales granulares.
h, cm E, kg/cm2 h, pg E, psiCapas Asfálticas a 32.0 37,476 12.60 532,907
b 0.00 0c 0.00 0
Ponderado 32.0 37,476 12.6 532,907 a AASHTOBG SBG Prom
Granulares K1 8,000 50.0 848 19.69 12,061 0.04 0.09 0.06K1 IA 8,000 a 12,0000 típico entre 3,000 y 8,000
Subrasante 300 4266
Módulo ponderado de Capas Asfálticas
Si la capa asfáltica que se encuentra sobre la capa granular está compuesta por 2 subcapas h1a y h1b con módulos E1a, E1b, se calcula un módulo ponderado E1 para el espesor total h1a + h1b :
Módulo de capas granulares
Siendo h1 y h2 los espesores de la capa asfáltica y granular en pulgadas, y E1, E2 y E3 los módulos de las capas asfáltica, granular y subrasante en psi:
Coeficientes Estructurales AASHTOBase Granular: a2 = 0.249 x log10 E (psi) -0.977 Típico = 0.14 para E =30,000 psi, CBR = 100%Subbase Granular: a3 = 0.227 x log E10 (psi) -0.839 Típico = 0.11 para E =15,000 psi, CBR = 30%
a AASHTOE, kg/cm2 E, psi BG SBG Prom
2,000 28,440 0.13 0.17 0.15
3
11
31
1131
111
)()(
⎥⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢⎢
⎣
⎡
++
=ba
bbaa
hhEhEhE
868.01
287.03
139.01
041.02
471.012 447.10 KEEhhE −−−=
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 88
Anexo K. Tabla Equivalencia asfalto caucho según caltran (Dpto Transporte de California)
Mezcla Asfáltica GAP – GRADE (TIPO G.G)
Vs
Mezcla Asfáltica Convencional (MDC)
MDC RAC TIPO G.G (cm) RAC TIPO G.G y SAMI-R
(cm)
4,5 3,0
6,0 3,0
7,5 4,5 3,0
9,0 4,5 3,0
10,5 6,0 4,5
12,0 6,0 4,5
13,5 4,5(1) 6,0
15,0 4,5(2) 6,0
16,5 6,0(1) 4,5 (3)
18,0 6,0(2) 4,5 (4)
NOTAS:
1. Colocar 4,5 cm de MDC nueva y luego colocar la RAC TIPO G descrita.
ESTRUCTURA CONVENCIONAL
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 89
2. Colocar 6,0 cm de MDC nueva y luego colocar la RAC TIPO G
3. Colocar 4,5 cm de MDC nueva, un SAMI-R y luego colocar 4,5cm de RAC TIPO G
ESTRUCTURA CONVENCIONAL
SAMI – R 4. Colocar 6,0cm de MDC nueva, un SAMI-R y luego colocar 4,5cm de RAC TIPO G
13,5cm MDC
4,5cm RAC-G
Vs
4,5cm MDC
15,0cm MDC
4,5cm RAC-G
Vs
6,0cm MDC
16,5cm MDC
4,5cm RAC-G
Vs
4,5cm MDC
18,0cm MDC
4,5cm RAC-G
Vs
6,0cm MDC
9,0c
10,5cm
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 90
Anexo L. Ensayo módulo dinámico
DISEÑO MEZCLA ASFÁLTICA ASFALTO CAUCHO TECNOLOGÍA GAP GRADE 91