DISEÑO MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE TIPO I CON ASFALTO MODIFICADO CON GRANO DE CAUCHO RECICLADO DE LLANTAS (GCR) MARCA INCOASFALTOS

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1 DISEÑO MEZCLA ASFALTICA EN CALIENTE TIPO I CON ASFALTO MODIFICADO CON GRANO DE CAUCHO RECICLADO DE LLANTAS (GCR) MARCA INCOASFALTOS DROMOS PAVIMENTOS S.A. NORMA IDU SECCION TRANSITO NT3, ASFALTO MODIFICADO CON GRANO DE CAUCHO RECICLADO DE LLANTAS INCOASFALTOS 23 DE FEBRERO DE 2014 MOSQUERA, CUNDINAMARCA

2 CONTENIDO 1. GENERALIDADES. 2. CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES. 3. DISEÑO DE MEZCLA. 4. FORMULA DE TRABAJO. 5. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS. 6. CONCLUSIONES. 7. RECOMENDACIONES. 8. ANEXOS.

3 1. GENERALIDADES: Este diseño busca determinar una primera aproximación a la fórmula de trabajo definitiva bajo especificación técnica IDU de una mezcla asfáltica en caliente fabricada con asfalto modificado con grano de caucho reciclado de llantas, siguiendo el procedimiento Marshall para dosificación de agregados pétreos y cemento asfáltico. En el laboratorio de IncoAsfaltos se determinaron las proporciones adecuadas de los materiales para asegurar la estabilidad de la mezcla, cumpliendo las exigencias de servicio y asegurando con correctos parámetros de diseño la durabilidad y baja deformación de la capa de concreto asfáltico. Los resultados del diseño Marshall deben validarse por desempeño probando mediante los ensayos pertinentes, el respetivo comportamiento dinámico de la mezcla (Deformaciones Permanentes, Módulo Dinámico y Ley de Fatiga). 2. CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES: 2.1 CARACTERIZACION CEMENTO ASFALTICO. El material asfáltico con el que se realiza el diseño, es un cemento de características especiales, que incluye la cantidad necesaria de GCR y de aditivos polifuncionales a fin de cumplir con la norma y garantizar la manejabilidad requerida para su mezclado en planta, e instalación y compactación en obra. En la tabla 1 se muestra la caracterización del ligante usado en el estudio. Tabla 1. Especificación del Ligante Asfaltico ENSAYO NORMA MÍNIMO MÁXIMO RESULTADOS ASFALTO ORIGINAL Viscosidad a 163 C, con viscosímetro rotacional, Pa-s INV-E ,5 3,0 2,8 Penetración a 25 C,1/10mm INV-E Punto de Ablandamiento, C INV-E RESIDUO RTFOT Pérdida de Masa,% INV-E ,0 0,452 Penetración, % de la Penetración original INV-E Recuperación elástica utilizando el Ductilómetro,% INV-E

4 2.2 AGREGADOS PÉTREOS. Los agregados para el estudio fueron suministrados por la empresa DROMOS PAVIMENTOS S.A, los mismos están acopiados en la planta de producción ubicada en Mosquera Cundinamarca de acuerdo a los procedimientos normales de clasificación para materiales de carreteras. Los materiales con sus respectivas granulometrías se describen a continuación: Agregado 1: Grava triturada de 1. Agregado 2: Grava triturada de ½. Tamiz % pasa ¾ 76,1 ½ 28,9 3/8 9,85 No 4 2,37 No 8 2,00 No 200 1,72 Tamiz % pasa ¾ 100 ½ 88,81 3/8 39,62 No 4 2,22 No 8 1,66 No 200 1,43 Agregado 3: Arena triturada. Tamiz % pasa ¾ 100 ½ 100 3/8 99,26 No 4 73,65 No 8 47,92 No ,22

5 Agregado 4: Arena Natural de Garbanzal. Tamiz % pasa ¾ 100 ½ 100 3/8 99,17 No 4 97,11 No 8 92,37 No 200 1,96 3. DISEÑO DE MEZCLA De acuerdo con la dosificación teórica de los agregados, se determinó que las proporciones indicadas a continuación permiten el cumplimiento de la exigencia granulométrica para este tipo de mezclas, encontrando que el huso que mejor se ajusta para los materiales del estudio, es el tipo I, recomendado en la tabla de la especificación ya referida. 10% grava 1 25% grava ½ 50% arena de Trituración 15% Arena de Garbanzal. Lo anterior se puede comprobar con las combinaciones de cada una de las curvas granulométricas: Tamiz Tabla 2. Combinación de materiales y granulometría resultante. Tamiz (mm) Grava 1 Grava ½ Arena de trituración Arena natural Resultante ESPECIFICACIÓN IDU 10% 25% 50% 15% Min. Máx. 1" 25, /4" 19 76,1 100, /2" 12,5 28,9 88, /8" 9,5 9,9 39,6 99,3 99, n 4 4,75 2,4 2,2 73,7 97, n 8 2,36 2,0 1,7 47,9 92, n200 0,075 1,7 1,4 16,2 2,0 8,9 7 10

6 Grafica 1. Combinación granulométrica agregados pétreos. Pesos especificos de los materiales petreos. A continuacion se presentan los resultados obtenidos de los ensayos de pesos especificos de los materiales petreos. Tabla 3. peso especifico grava de 1". Peso seco Pesos en agua Peso SSS Gsb (Bulk) Absorción % 2250, , ,13 2,352 3, , ,5 2323,63 2,349 3,80

7 Tabla 4. peso especifico grava de 1/2". Peso seco Pesos en agua Peso SSS Gsb (Bulk) Absorción % 2355, , ,73 2,274 4, , , ,22 2,275 4,42 Tabla 5. peso especifico arena de trituración. Peso seco peso matraz + peso muestra + agua Peso en agua Peso SSS Gsb (Bulk) Absorción % 478,43 978,46 680,64 499,6 2,371 4, ,1 977,98 680,53 499,4 2,372 4,237 Tabla 6. peso especifico arena de Garbanzal. Peso seco peso matraz + peso muestra + agua Peso en agua Peso SSS Gsb (Bulk) Absorción % 495,05 991,1 680, ,585 1, ,7 991,8 680,5 503,5 2,584 1,369 Peso especifico combinado de los agregados. Gsb 10 2, ,275 2, ,584 2,373 Una vez obtenida toda la información relacionada con la combinación de materiales, pesos específicos de los agregados y del asfalto, se procede a combinar los mismos en porcentajes de 6,2; 6,7; 7,5 y 8,2 % de ligante respecto a la mezcla en caliente.

8 4. FÓRMULA DE TRABAJO. La fórmula de trabajo se establece inicialmente siguiendo el método Marshall, definiendo los parámetros volumétricos y de resistencia mecánica y se ratifica por desempeño, evaluando la resistencia a la deformación plástica en pista (norma de ensayo INV-E ) estableciendo la velocidad de deformación en el ciclo 105 a 120 minutos, con diferentes contenidos de asfalto, por encima y por debajo del valor optimo determinado por metodología Marshall. Tabla 6. Requerimientos de parámetros de cumplimiento para la mezcla asfáltica elaborada con asfalto modificado con grano de caucho reciclado de llantas. PARÁMETROS MARSHALL % VACÍOS CON AIRE 3.0-5,0 % VACÍOS EN AGREGADOS MINERALES Min 14 ESTABILIDAD Kg-f Min 544(1200 lb-f) FLUJO mm Min 2,0 El siguiente cuadro muestra la relación y cada uno de los parámetros evaluados en las diferentes combinaciones de Asfalto Caucho IncoAsfaltos - Agregado Pétreo preparadas para el diseño, en él se muestran las relaciones volumétricas establecidas según normatividad INV-E (Análisis Volumétrico de Mezclas Asfálticas Compactadas en Caliente) recomendada para realización de diseño Marshall en Colombia.

9 PROYECTO: ASFALTO CAUCHO DROMOS 10% GRAVA DE 1" CLIENTE: DROMOS PAVIMENTOS S.A COMBINACION DE 25% GRAVA DE 1/2" PLANTA: PLANTA DE PRODUCCION DE MOSQUERA. AGREGADOS 50% ARENA DE TRITURACION DESCRIPCIÓN : ESPECIFICACIÓN: FECHA 15% ARENA DE GARBANZAL PESO ESPECIFICO AGREGADOS PARA DISEÑO: 2,373 PESO ESPECIFICO DEL ASFALTO: 1,018 TEMPERATURA DE COMPACTACIÓN: C PASA TAMIZ 200= 8,9 MEZCLA % ASFALTO ESPESOR PROBETA MEZCLA ASFALTICA ASFALTO CAUCHO IDU TIPO 1 PESO GRAMOS ART FEBRERO 24 DE 2015 No. mm AIRE sss Aire Sat Agua Volumen gr./c3 Bulk Máximo Teórico Máximo Medido Agregados Vacíos con Aire DISEÑO MARSHAL AFALTO CAUCHO DROMOS PAVIMENTOS a b c d e f g h i j k l m n ñ o p q r s t K*d/(e-f) PESO ESPECIFICO 100/((100- b)/gagr.+b/ Gasf) Asfalto Absorbido (%) (i-h)*10 4 / ih(100-b) (100-b)g/ Gagr DESCRIPCION: VOLUMEN - % TOTAL Asfalto efectivo AGREGADOS MINERALES LLENOS DE ASFALTO (1-g/i)* k-l 100-k (n-l)x100/n b-(j(100- b))/ ,2 65, ,6 1078,7 574,3 504,4 2,121 19, ,38 2 6,2 64, ,5 1084,2 577,5 506,7 2,125 18, ,05 3 6,2 63, ,2 1076,9 575,4 501,5 2,139 18, ,38 4 6,2 65, ,8 1081,2 574,9 506,3 2,124 17, ,66 6,2 2,127 2,192 2,319 2,7 84,1 8,3 7,6 15,9 48,0 3,7 2,4 828, , ,27 1 6,7 62, ,2 1077,9 582,3 495,6 2,174 20, ,83 2 6,7 62, ,6 1075,1 582,3 492,8 2,182 23, ,27 3 6,7 55,21 945,1 948,6 513,1 435,5 2,173 17, ,57 4 6,7 62, ,1 1078,1 579,8 498,3 2,158 24, ,53 6,7 2,172 2,179 2,292 2,4 85,4 5,2 9,4 14,6 64,1 4,4 2,0 932, , ,55 1 7,5 63, ,5 1070,3 577,5 492,8 2,165 20, ,09 2 7,5 62, ,4 1063,4 576,3 487,1 2,178 19, ,61 3 7,5 63, ,8 1084,1 590,6 493,5 2,191 20, ,73 4 7,5 67, ,7 1138,1 617,7 520,4 2,180 19, ,04 7,5 2,178 2,158 2,250 2,1 84,9 3, ,1 78,9 5,6 1,6 704, , ,87 1 8,2 61, ,0 1074,7 584,2 490,5 2, ,41 2 8,2 62, ,0 1076,9 584,0 492,9 2,186 17, ,83 3 8,2 61, ,5 1074,2 564,7 509,5 2,110 19, ,63 4 8,2 61, ,5 1075,3 564,7 510,6 2,107 16, ,85 8,2 2,149 2,139 2,210 1,6 83,1 2,7 14,1 16,9 83,7 6,7 1,3 469, , ,93 % VACÍOS % ASFALTO EFECTIVO RELACIÓN LLENANTE/ ASFALTO EFECTIVO Pasa #200/%Asf. Efec. RELACIÓN ESTABILID AD / FLUJO kg/mm r / s Peso unitario Kg./m3 lectura del dial ESTABILIDAD Medida Kgf Correg. Kgf FLUJO mm. TOLERANCIA 3% - 5% min. 14 min. 544,0 min 2 ELABORO IVAN JOSE PABA MARTINEZ DIRECTOR I+D+i

10 GRÁFICAS DISEÑO MARSHALL

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12 5. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS Con base en las curvas obtenidas del presente estudio, el contenido óptimo de Ligante Asfáltico Modificado con GCR - Asfalto Caucho se calculó teniendo en cuenta la máxima densidad obtenida en la mezcla y el valor medio de los porcentajes de vacíos recomendados para este tipo de mezcla asfáltica. Tabla 6. Resultados diseño Marshall con Asfalto-Caucho IncoAsfaltos RESULTADOS DISEÑO MARSHALL Porcentaje óptimo Asfalto. 7,1 Peso unitario gr./cm3. 2,195 Porcentaje vacíos con aire. 4,0 Porcentaje vacíos agregado mineral. 14,7 Porcentaje vacíos llenos de asfalto. 76,4 Estabilidad, Kg Flujo, mm. 2,9 6. CONCLUSIONES Con la combinación de materiales pétreos de 10% grava de 1, 25% grava de ½, 50% arena de trituración y 15% arena natural de Garbanzal, se puede fabricar mezcla asfáltica con asfalto modificado con grano de caucho reciclado por vía húmeda, cumpliendo con el huso granulométrico tipo I exigido por la especificación técnica IDU La primera aproximación del contenido óptimo de ligante para la mezcla asfáltica diseñada es de 7,1% en peso respecto a la mezcla asfáltica. 7. RECOMENDACIONES Continuar con los ensayos de caracterización dinámica de la mezcla, especialmente, evaluación de la resistencia a la deformación plástica en pista, utilizando porcentajes de asfalto por encima y por debajo del valor óptimo. Determinar la susceptibilidad a la humedad de la mezcla diseñada, mediante la realización del ensayo de TSR siguiendo la metodología de INV-E

13 OBSERVACIONES: Este diseño fue elaborado en los laboratorios de IncoAsfaltos y establece la dosificación para producir una mezcla asfáltica en caliente IDU Tipo I, utilizando asfalto modificado con GCR marca IncoAsfaltos y los agregados suministrados por DROMOS Pavimentos S.A., toda la información suministrada debe ser revisada por la interventoría y/o empresa contratista antes de empezar a producir en escala industrial. Se debe tener en cuenta que los datos y valores reportados de comportamiento, corresponden única y exclusivamente a las muestras analizadas, por tanto IncoAsfaltos no es responsable por un inadecuado manejo de las dosificaciones o cambio del ligante asfaltico. IVÁN JOSÉ PABA MARTÍNEZ DIRECTOR DE I+D+i

14 Porcentaje que pasa 8. Anexos. GESTION DE PRODUCCION DE MATERIALES ASFALTICOS ANALISIS GRANULOMÉTRICO DE AGREGADOS GRUESOS Y FINOS CODIGO GB-F-046 Versión 1 Fecha: Fecha Recepción 13 DE FEBRERO DE 2015 Fecha ensayo 16 DE FEBRERO DE 2015 Idenficacion del material IM (GRAVA 1") MASA ANTES DE LAVADO MASA DESPUES DE LAVADO 7114,7 6996,0 TAMIZ Nominal mm PESOg % RETENIDO ACUMULADO % PASA LIM INF LIM SUP 2" 50 0, , /2" 37,5 0,0 0 0,00 100, " 25 0,0 0 0,00 100, /4" ,3 23,90 23,90 76, /2" 12,5 3358,9 47,21 71,11 28, /8" 9,5 1352,8 19,01 90,12 9, No 4 4,75 534,3 7,51 97,63 2, No 8 2,36 25,9 0,36 98,00 2, No 16 0,0 0,00 98,00 2,00 No 30 0,0 0,00 98,00 2,00 No 50 0,0 0,00 98,00 2,00 No 80 0,0 0,00 98,00 2,00 No 200 0,075 20,3 0,29 98,28 1, FONDO 2,1 ANALIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO EN SECO RESULTADO OBTENIDO ESPECIFICACION MEZCLA ASFALTO CAUCHO IDU TIPO 1 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0, Tamaño de las particulas (mm). 0,6 CURVA DEL ESTUDIO 0,06 ELABORÓ IVAN JOSE PABA MARTINEZ DIRECTOR I+D+i

15 Porcentaje que pasa GESTION DE PRODUCCION DE MATERIALES ASFALTICOS ANALISIS GRANULOMÉTRICO DE AGREGADOS GRUESOS Y FINOS CODIGO GB-F-046 Versión 1 Fecha: Fecha Recepción 13 DE FEBRERO DE 2015 Fecha ensayo 16 DE FEBRERO DE 2015 Idenficacion del material IM (GRAVA 1/2") MASA ANTES DE LAVADO MASA DESPUES DE LAVADO 5112,2 5043,0 TAMIZ Nominal mm PESOg % RETENIDO ACUMULADO % PASA LIM INF LIM SUP 2" 50 0, , /2" 37,5 0,0 0 0,00 100, " 25 0,0 0 0,00 100, /4" 19 0,0 0,00 0,00 100, /2" 12,5 572,0 11,19 11,19 88, /8" 9,5 2514,5 49,19 60,38 39, No 4 4, ,1 37,40 97,78 2, No 8 2,36 28,9 0,57 98,34 1, No 16 0,0 0,00 98,34 1,66 No 30 0,0 0,00 98,34 1,66 No 50 0,0 0,00 98,34 1,66 No 80 0,0 0,00 98,34 1,66 No 200 0,075 11,5 0,22 98,57 1, FONDO 1,9 ANALIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO EN SECO RESULTADO OBTENIDO ESPECIFICACION MEZCLA ASFALTO CAUCHO IDU TIPO 1 100,00 90,00 80,00 CURVA DEL ESTUDIO 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0, Tamaño de las particulas (mm). 0,6 0,06 ELABORÓ IVAN JOSE PABA MARTINEZ DIRECTOR I+D+i

16 Porcentaje que pasa GESTION DE PRODUCCION DE MATERIALES ASFALTICOS ANALISIS GRANULOMÉTRICO DE AGREGADOS GRUESOS Y FINOS CODIGO GB-F-046 Versión 1 Fecha: Fecha Recepción 13 DE FEBRERO DE 2015 Fecha ensayo 16 DE FEBRERO DE 2015 Idenficacion del material IM (ARENA DE TITURACION) MASA ANTES DE LAVADO MASA DESPUES DE LAVADO ,0 TAMIZ Nominal mm PESOg % RETENIDO ACUMULADO % PASA LIM INF LIM SUP 2" 50 0, , /2" 37,5 0,0 0 0,00 100, " 25 0,0 0 0,00 100, /4" 19 0,0 0,00 0,00 100, /2" 12,5 0,0 0,00 0,00 100, /8" 9,5 18,2 0,74 0,74 99, No 4 4,75 632,2 25,62 26,35 73, No 8 2,36 634,9 25,73 52,08 47, No 16 0,0 0,00 52,08 47,92 No 30 0,0 0,00 52,08 47,92 No 50 0,0 0,00 52,08 47,92 No 80 0,0 0,00 52,08 47,92 No 200 0, ,3 31,70 83,78 16, FONDO 13,2 ANALIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO EN SECO RESULTADO OBTENIDO ESPECIFICACION MEZCLA ASFALTO CAUCHO IDU TIPO 1 100,00 90,00 80,00 CURVA DEL ESTUDIO 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0, Tamaño de las particulas (mm). 0,6 0,06 ELABORÓ IVAN JOSE PABA MARTINEZ DIRECTOR I+D+i