ESTUDIO EXPERIMENTAL. RESULTADOS Y CONCLUSIONES

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1 Capítulo 5 ESTUDIO EXPERIMENTAL. RESULTADOS Y CONCLUSIONES 5.1. INTRODUCCIÓN Una vez hecha la descripción de los antecedentes y temas procedentes para este estudio, se presenta en este capítulo el análisis de los objetivos mediante el estudio experimental llevado a cabo en el laboratorio de Caminos de la Universidad Politécnica de Cataluña, culminando así la investigación sobre los microaglomerados reciclados en caliente. Lo que se pretende con este trabajo es determinar las propiedades obtenidas al reciclar los microaglomerados procedentes del fresado de pavimentos envejecidos mediante la aportación de betún y de árido nuevo en diferentes proporciones, evaluando su resistencia a tracción directa, estabilidad y deformaciones plásticas. Para la obtención de los resultados propuestos se hizo uso de los tres ensayos descritos con bastante precisión y extensión en el capítulo 4: ensayo Marshall, ensayo BTD y ensayo de pista de laboratorio. Por ello, este capítulo se dedicará a exponer los resultados obtenidos y el análisis de los mismos para poder realizar el conjunto de conclusiones planteadas en el siguiente capítulo MATERIALES UTILIZADOS Es importante para el buen desarrollo del tema objeto de este estudio, un adecuado conocimiento de cada uno de los materiales componentes de la mezcla asfáltica utilizada. Como es sabido, las mezclas bituminosas son materiales compuestos por una fase sólida de origen pétreo (áridos y filleres) y por una fase de consistencia variable de origen petroquímico (ligantes asfálticos) a los que en ocasiones se les suele incorporar agentes rejuvenecedores o aditivos que mejoren sus propiedades mecánicas o modifiquen sus características fisicoquímicas. A tal efecto, se realizarán ensayos en probetas fabricadas con cuatro tipos de betunes distintos y proporciones en peso de material reciclado del 10% y 30% respecto de la masa total de áridos. La relación de características de los distintos materiales usados en el proyecto de investigación son las siguientes: Áridos Los áridos utilizados proceden de las canteras READYMIX-ASLAND y VALLSALLENT. En el estudio experimental se han utilizado dos tipologías diferentes de árido para las distintas fracciones de la composición granulométrica. El filler empleado ha sido de dos tipos: filler natural recuperado de la fracción 0/5 y filler de aportación. El análisis granulométrico de cada una de las fracciones de árido consideradas así como sus características principales pueden consultarse en la Figura 5.1 y las Tablas 5.1 y

2 Tabla 5.1 Análisis granulométrico por tamizado de los áridos TAMIZ UNE (mm) ,5 0,063 ÁRIDO 5/ ,0 4,7 1,8 1,6 1,3 ÁRIDO 0/ ,8 59,6 25,8 10,5 Fuente: PABASA, 2002 Figura 5.1 Curvas granulométricas de las fracciones de árido 0/5 y 5/ % PASA ,5 0,25 0,125 0, ,5 0, ,1 0,01 TAMICES UNE (mm) ÁRIDO 5/12 ÁRIDO 0/5 Tabla 5.2 Características de los áridos utilizados TIPO DE MATERIAL CARACTERÍSTICAS 0/5 calcáreo 5/12 calcáreo Cantera de procedencia READYMIX VALLSALLENT Densidad relativa aparente (gr/cm 3 ) (NLT-153) 2,681 2,679 Equivalente de arena (NLT-113) Caras de fractura (%) (NLT-358) Índice de lajas (%) (NLT-354) ,3 Adhesividad de gruesos (%) (NLT-166) >95 82

3 Fuente: PABASA, Betún Se han considerado cuatro tipos de betunes diferentes que constituyen la fracción de ligante nuevo de aportación a las muestras y cuyas características se presentan en la Tabla 5.3. Estos betunes empleados han sido los siguientes: - Betún modificado con polímeros sin agente rejuvenecedor para 30% RAP (Betún1) - Betún modificado con polímeros con agente rejuvenecedor para 30% RAP (Betún 2) - Betún modificado con polímeros sin agente rejuvenecedor para 10% RAP (Betún 3) - Betún modificado con polímeros con agente rejuvenecedor para 10 % RAP (Betún 4) Tabla 5.3 Características de los ligantes utilizados CARACTERÍSTICAS UNIDAD TIPO DE LIGANTE Betún 1 Betún 2 Betún 3 Betún 4 Penetración 25ºC 100 gr 0,1 mm Pto. de reblandecimiento A y B ºC 67,4 62,7 62,4 59,3 Pto. Fragilidad Fraass ºC Recuperación elástica, 25ºC % Punto de inflamación ºC Densidad gr/cm 3 1,03 1,03 1,03 1, RAP Fuente: CEPSA, 2002 El material reciclado utilizado es el procedente del proyecto de refuerzo del firme de la carretera comarcal C-58 a la altura del término municipal de Terrassa. Aunque se conoce la procedencia del material a reciclar, no se conoce a priori ni la composición ni el porcentaje de betún que contiene la mezcla en el momento de su fabricación. Por esta razón, se tamizó el RAP y se realizó un proceso cíclico de destilación a partir de dicloro con la finalidad de averiguar la cantidad de betún que contenía el material reciclado y obtener características del betún resultante de la destilación (Tabla 5.4). Estos dos puntos se tratarán por separado para conseguir una mejor comprensión del proceso de caracterización del RAP. Tabla 5.4 Características del betún envejecido del material reciclado PENETRACIÓN A 25 ºC (dmm) ANILLO Y BOLA (ºC) ÍNDICE DE PENETRACIÓN % ASFALTENOS SOLUBILIDAD (% RESIDUO) 83

4 8 77,5 0,4 31,1 0, Composición granulométrica del RAP Se puede hablar de dos granulometrías del RAP, la del RAP como material o la de los áridos que contiene este RAP. Esta última es la que interesa para el estudio planteado, ya que si se tratase el RAP como un todo-uno se tomarían grumos de betún seco como áridos. Por esta razón, es necesario extraer el betún del material reciclado mediante la destilación para después poder encontrar la granulometría del RAP limpio. La granulometría obtenida en ambos casos queda recogida en la Tabla 5.5, donde puede observarse que el material reciclado como tal es bastante más grueso y podría falsear resultados. Tabla 5.5 Granulometría del RAP antes y después del proceso de destilación TAMIZ UNE (mm) ,5 0,063 % pasa RAP ,1 24,7 14,2 5,1 0,6 % pasa RAP limpio ,9 38,3 25,4 15,1 8, Proceso de destilación Este punto se explicará de una manera más exhaustiva en el anexo 1, pero de una manera breve consiste en. Aparatos y materiales necesarios. - Fogón de gas para calentar el disolvente. - Matraz de vidrio resistente al calor, de fondo redondo y de 500 cm 3 de capacidad. - Matraz en columna donde se depositará la muestra dentro del filtro. - Filtro vegetal de forma cilíndrica donde se depositará la muestra. - Columna de fraccionamiento tipo Dufton o Vigreux, conocida como serpentina. - Mangas de goma por donde entrará el agua fría del circuito y saldrá la caliente. - Diclorometano que se utilizará como disolvente. Procedimiento. Mediante el calentamiento del diclorometano, éste se vaporiza y asciende a la parte superior de la columna de vidrio donde al encontrarse la baja temperatura que proporciona el agua de entrada a la serpentina, se condensa y las gotas de dicloro caen sobre el filtro disolviendo el betún de la muestra y arrasándolo. Si se va repitiendo cíclicamente este proceso, llegará un momento en que cuando el dicloro atraviese el filtro, saldrá del mismo color transparente con el que había entrado y el proceso se detendrá. [22] Resultado. 84

5 Una vez finalizado el proceso, la muestra de RAP se calienta en la estufa y después se pesa el esqueleto mineral resultante. Sabiendo lo que pesaba la muestra inicial antes de la destilación y lo que pesa después, se puede calcular el porcentaje en peso de betún que contenía el material reciclado. Este porcentaje resultó ser del 4,7% GRANULOMETRÍA DEL MICROAGLOMERADO RECICLADO La granulometría de los áridos contenidos en el material reciclado, juntamente con la de los áridos de aportación como material nuevo, será la que conformará la granulometría de la mezcla bituminosa reciclada. La elección del tipo de mezcla del ensayo viene determinada por la elaboración de un proyecto (PARAMIX) que engloba varios estudios entre los cuales está el presente. Para este fin, la concepción del estudio experimental tiene en cuenta una mezcla tipo SMA reciclada cuya granulometría para los dos porcentajes de RAP utilizados (30% y 10%) se encuentra recogida en la Tabla 5.6. Ambas granulometrías se ajustan al huso F-8 de la normativa española para mezclas bituminosas discontinuas en capas de rodadura como puede observarse en la Figura 5.2. Este tipo de mezclas se usa en España para capas de rodadura finas, con espesores comprendidos entre 2 y 3,5 cm. Tabla 5.6 Huso granulométrico F8 y granulometrías empleadas TAMIZ UNE (mm) Material acumulado que pasa (% en masa) ,5 0,063 Huso granulométrico tipo F Granulometría para 30% RAP ,7 34,5 23,3 13,7 8,6 Granulometría para 10% RAP ,6 35,3 24,0 13,8 8,8 Figura 5.2 Granulometrías del microaglomerado reciclado de estudio 85

6 % PASA ,5 0,1 0,063 0,01 TAMICES UNE (mm) HUSO F-8 GRANULOMETRÍA 30% RAP GRANULOMETRÍA 10% RAP 5.4. PORCENTAJES DE BETÚN UTILIZADOS En este apartado se presentan las tablas resumen de las granulometrías y pesos en gramos de áridos y de betún que se han utilizado para elaborar todas las probetas del estudio experimental realizado. Debe mencionarse que para un mismo porcentaje de betún total fijado han de añadirse diferentes cantidades de betún nuevo a todas las muestras en función de los dos contenidos de RAP considerados (30% y 10%), dado que el RAP contiene un 4,7% de betún s.a Ensayo Marshall Las probetas que se fabrican pesan grs. para obtener una altura de 63,5 ± 1,3 mm. Según el porcentaje de RAP que contengan las probetas, se tienen diferentes componentes que se muestran en las siguientes tablas. Tabla 5.7 Peso de RAP y de betún añadido para ensayo Marshall con 30% RAP RAP Porcentaje s.a. 30 Peso en grs. 330 Betún Porcentaje s.a. 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 añadido Peso en grs. 27,5 33,0 38,5 44,0 49,5 55,0 60,5 86

7 Tabla 5.8 Granulometría del árido virgen para ensayo Marshall con 30% RAP Tamices UNE (mm) Porcentaje de árido virgen (%) Peso retenido (grs) Peso acumulado (grs) 10 0,0 0,0 0,0 8 8,1 89,1 89,1 4 38,9 427,9 517,0 2 7,2 79,2 596,2 0,5 6,6 72,6 668,8 0,25 1,4 15,4 684,2 0,125 0,7 7,7 691,9 0,063 0,8 11,0 702,9 filler recuperado 5,3 28,6 731,5 filler de aportación 3,5 38,5 770,0 total ,0 Tabla 5.9 Peso de RAP y de betún añadido para ensayo Marshall con 10% RAP RAP Porcentaje s.a. 10 Peso en grs. 110 Betún Porcentaje s.a. 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 añadido Peso en grs. 27,5 33,0 38,5 44,0 49,5 55,0 60,5 Tabla 5.10 Granulometría del árido virgen para ensayo Marshall con 10% RAP Tamices UNE (mm) Porcentaje de árido virgen (%) Peso retenido (grs) Peso acumulado (grs) ,0 110,0 110,0 4 48,5 533,5 643,5 2 10,0 110,0 753,5 0,5 9,3 102,3 855,8 0,25 2,0 22,0 877,8 0,125 1,0 11,0 888,8 0,063 1,2 13,2 902,0 filler recuperado 3,6 39,6 941,6 filler de aportación 4,4 48,4 990,0 87

8 total , Ensayo BTD Las probetas que se fabrican para este ensayo pesan 800 grs. para obtener una altura efectiva de las mismas de 35 ± 2 mm. Según el porcentaje de RAP que contengan las probetas, se tienen diferentes componentes que se muestran en las siguientes tablas. Tabla 5.11 Peso de RAP y de betún añadido para ensayo BTD con 30% RAP RAP Porcentaje s.a. 30 Peso en grs. 240 Betún Porcentaje s.a. 3,6 4,1 4,6 añadido Peso en grs. 28,8 32,8 36,8 Tabla 5.12 Granulometría del árido virgen para ensayo BTD con 30% RAP Tamices UNE (mm) Porcentaje de árido virgen (%) Peso retenido (grs) Peso acumulado (grs) ,1 64,8 64,8 4 38,9 311,2 376,0 2 7,2 57,6 433,6 0,5 6,6 52,8 486,4 0,25 1,4 11,2 497,6 0,125 0,7 5,6 503,2 0,063 0,8 8,0 511,2 filler recuperado 5,3 20,8 532,0 filler de aportación 3,5 28,0 560,0 total ,0 Tabla 5.13 Peso de RAP y de betún añadido para ensayo BTD con 10% RAP RAP Porcentaje s.a. 10 Peso en grs. 80 Betún Porcentaje s.a. 4,5 5,0 5,5 añadido Peso en grs

9 Tabla 5.14 Granulometría del árido virgen para ensayo BTD con 10% RAP Tamices UNE (mm) Porcentaje de árido virgen (%) Peso retenido (grs) Peso acumulado (grs) , ,5 9,3 74,4 622,4 0, ,4 0, ,4 0,063 1,2 9,6 656,0 filler recuperado 3,6 28,8 684,8 filler de aportación 4,4 35,2 720 total Ensayo de pista de laboratorio Las probetas que se fabrican para este ensayo pesan grs. para obtener una altura de las mismas de 40 ± 2 mm. Según el porcentaje de RAP que contengan las probetas, se tienen diferentes componentes que se muestran en las siguientes tablas. Tabla 5.15 Peso de RAP y de betún añadido para ensayo de pista con 30% RAP RAP Porcentaje s.a. 30 Peso en grs Betún Porcentaje s.a. 4,1 añadido Peso en grs. 328 Tabla 5.16 Granulometría del árido virgen para ensayo de pista con 30% RAP Tamices UNE (mm) Porcentaje de árido virgen (%) Peso retenido (grs) , , , ,5 6, ,25 1, Peso acumulado (grs) 89

10 0,125 0, ,063 0, filler recuperado 5, filler de aportación 3, total Tabla 5.17 Peso de RAP y de betún añadido para ensayo de pista con 10% RAP RAP Porcentaje s.a. 10 Peso en grs. 800 Betún Porcentaje s.a. 5,0 añadido Peso en grs. 400 Tabla 5.18 Granulometría del árido virgen para ensayo de pista con 10% RAP Tamices UNE (mm) Porcentaje de árido virgen (%) Peso retenido (grs) Peso acumulado (grs) , , , ,5 9, ,25 2, ,125 1, ,063 1, filler recuperado 3, filler de aportación 4, total PLAN DE TRABAJO Para el desarrollo del presente estudio se elaboraron 8 series, realizando diferentes combinaciones en lo que respecta al porcentaje de material fresado (RAP), de áridos vírgenes, de betún agregado y tipo de betún utilizado. La organización general del plan de trabajo puede visualizarse mejor en la Tabla 5.19 y en la Figura

11 Tabla 5.19 Esquema de programación del estudio experimental SERIE % RAP % ÁRIDOS % BETÚN AÑADIDO S.A. TIPO BETÚN ,5-3,0-3,5-4,0-4,5-5,0-5,5 BETÚN ,5-3,0-3,5-4,0-4,5-5,0-5,5 BETÚN ,6-4,1-4,6 BETUN ,6-4,1-4,6 BETÚN ,5-5,0-5,5 BETÚN ,5-5,0-5,5 BETÚN ,1 BETÚN ,0 BETÚN 3 Se fabricaron 2 series de 21 probetas, 4 series de 9 probetas y 2 series de 2 probetas, contabilizando un total de 92 probetas repartidas en tres tipos de ensayos diferentes: - Ensayo Marshall - Ensayo BTD de Tracción Directa - Ensayo de pista de laboratorio Figura 5.3 Esquema de programación del estudio experimental 30% RAP BETÚN 1 2,5% añadido s.a. 3 probetas 3,0% añadido s.a. 3 probetas ENSAYO MARSHALL 3,5% añadido s.a. 4,0% añadido s.a. 3 probetas 3 probetas 4,5% añadido s.a. 3 probetas 5,0% añadido s.a. 3 probetas 10% RAP BETÚN 3 5,5% añadido s.a. 3 probetas ESTUDIO EXPERIMENTAL BETÚN 1 5,0% total s.a. 3 probetas 30% RAP 5,5% total s.a. 3 probetas 6,0% total s.a. 3 probetas 91

12 ENSAYO BTD BETÚN 2 BETÚN 3 5,0% total s.a. 3 probetas 10% RAP BETÚN 4 5,5% total s.a. 6,0% total s.a. 3 probetas 3 probetas ENSAYO DE PISTA DE LABORATORIO 30% RAP BETÚN 2 5,5% total s.a. 2 probetas 10% RAP BETÚN 3 5,5% total s.a. 2 probetas 92

13 5.6. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS Los resultados completos de los ensayos Marshall, BTD y Pista de Laboratorio realizados a los microaglomerados asfálticos tipo SMA en el presente trabajo de investigación se recogen todos en el Anexo 2. Dichos resultados incluyen las gráficas carga-deformación y deformación-tiempo obtenidas de los ensayos y las tablas generales de resultados. Por lo tanto, todas las gráficas y tablas que aquí se presentan proceden del mencionado Anexo ENSAYO MARSHALL A continuación se presentan las Tablas 5.20 y 5.21 que contienen los datos básicos tomados en laboratorio y los valores promedio obtenidos para cada porcentaje de RAP ensayado y para los diferentes tipos y porcentajes de betún agregado. Los parámetros más relevantes que se han contemplado son los siguientes: Altura efectiva en mm. Densidad Marshall en g/cm 3. Deformación máxima en mm. Carga máxima en kgf. Estabilidad máxima en kgf. Revisando los valores obtenidos en dichas tablas, se elaboraron las siguientes gráficas de resultados promedio: La gráfica 5.1 presenta el comportamiento de la mezcla de trabajo para los diferentes contenidos de RAP (30% y 10%) y contenidos de betún agregado (2,5%, 3,0%, 3,5%, 4,0%, 4,5%, 5,0%, 5,5%) en lo referente a las densidades medias. Esta gráfica se caracteriza por su poca dispersión, razón por la cual se obtienen datos de alta confiabilidad en los que se observa que la mezcla SMA tiene una mayor densidad mientras disminuya el porcentaje de RAP. Por otro lado, la densidad media se ve incrementada con el aumento del porcentaje de betún, pudiéndose observar un máximo alrededor del 4,5% de betún añadido para el caso del 30% de RAP en mezcla. Es importante tener en cuenta que este comportamiento se va a encontrar generalizado a través del estudio, siendo esta gráfica representativa para los tres tipos de ensayos utilizados. En la gráfica 5.2 se presenta el comportamiento del microaglomerado SMA estudiando las estabilidades medias Marshall con respecto a los porcentajes de betún agregado. En esta gráfica es destacable también la poca dispersión de los datos obtenidos y la facilidad para observar las siguientes tendencias: - La estabilidad media Marshall crece con el incremento del contenido de RAP en mezcla. - La estabilidad media Marshall disminuye con el aumento de betún agregado. En la gráfica 5.3 se presentan los resultados correspondientes a la relación entre la deformación de rotura del ensayo Marshall y el porcentaje de betún agregado. Se entiende por deformación de rotura la deformación ocurrente en el punto de carga máxima. El comportamiento observado es el siguiente:

14 Tabla 5.20 Densidades de probetas en el ensayo Marshall SERIE PROB. BETÚN H1 H2 H3 HM P.S. P.SUM. P.S.S.S. D D.M. 1 30% RAP M1A2,5 64,71 64,74 64,76 64, ,0 628,4 1129,7 2,234 M1B2,5 2,5% BETÚN 1 63,92 63,94 63,95 63, ,0 631,5 1132,4 2,236 M1C2,5 63,63 63,85 63,83 63, ,5 626,5 1129,4 2,226 M1A3,0 63,51 63,74 63,42 63, ,2 641,1 1138,8 2,261 M1B3,0 3,0% BETÚN 1 63,73 63,96 63,91 63, ,6 642,8 1141,3 2,260 M1C3,0 64,39 64,41 64,44 64, ,1 641,8 1140,3 2,259 M1A3,5 63,31 63,25 63,12 63, ,6 647,3 1140,8 2,289 M1B3,5 3,5% BETÚN 1 63,54 63,81 63,46 63, ,0 649,9 1145,3 2,287 M1C3,5 63,14 63,05 62,97 63, ,5 650,5 1144,2 2,294 M1A4,0 63,35 63,12 63,24 63, ,9 651,6 1143,1 2,311 M1B4,0 4,0% BETÚN 1 63,52 63,81 63,36 63, ,6 652,8 1146,1 2,308 M1C4,0 62,91 63,15 62,94 63, ,7 652,3 1143,7 2,311 M1A4,5 62,70 62,63 62,75 62, ,5 654,1 1145,7 2,324 M1B4,5 4,5% BETÚN 1 62,83 62,72 62,97 62, ,7 653,1 1145,9 2,319 M1C4,5 62,33 62,45 62,24 62, ,6 649,2 1143,4 2,308 M1A5,0 62,84 62,73 62,68 62, ,2 655,3 1150,0 2,313 M1B5,0 5,0% BETÚN 1 63,12 62,91 62,80 62, ,0 656,7 1148,9 2,322 M1C5,0 62,48 62,36 62,29 62, ,4 656,1 1151,3 2,313 M1A5,5 63,23 63,34 63,38 63, ,6 654,8 1150,1 2,311 M1B5,5 5,5% BETÚN 1 63,16 63,25 63,11 63, ,7 656,4 1155,4 2,304 M1C5,5 63,72 63,54 63,83 63, ,9 650,3 1151,8 2,303 2,232 2,260 2,290 2,310 2,317 2,316 2, % RAP M3A2,5 65,11 64,93 65,02 65, ,5 622,4 1130,2 2,205 M3B2,5 2,5% BETÚN 3 64,43 64,20 64,32 64, ,1 621,9 1126,4 2,216 M3C2,5 65,02 64,84 64,91 64, ,3 618,5 1127,9 2,199 M3A3,0 64,60 64,63 64,68 64, ,8 634,2 1138,8 2,233 M3B3,0 3,0% BETÚN 3 63,81 63,83 63,89 63, ,8 638,1 1141,8 2,235 M3C3,0 63,52 63,95 63,82 63, ,2 639,0 1139,9 2,248 M3A3,5 63,46 63,70 63,39 63, ,9 641,4 1141,6 2,261 M3B3,5 3,5% BETÚN 3 63,66 63,90 63,85 63, ,3 644,1 1143,7 2,262 M3C3,5 64,34 64,36 64,40 64, ,2 645,3 1145,1 2,261 M3A4,0 63,26 63,19 63,02 63, ,6 650,5 1145,9 2,296 M3B4,0 4,0% BETÚN 3 63,48 63,70 63,27 63, ,3 650,0 1146,0 2,293 M3C4,0 62,87 63,00 62,85 62, ,0 649,5 1143,0 2,298 M3A4,5 62,64 62,81 62,72 62, ,6 651,8 1145,5 2,312 M3B4,5 4,5% BETÚN 3 62,78 62,80 63,08 62, ,0 649,6 1143,2 2,308 M3C4,5 62,07 62,00 62,16 62, ,2 652,1 1142,5 2,325 M3A5,0 61,95 62,10 62,31 62, ,0 661,2 1150,1 2,348 M3B5,0 5,0% BETÚN 3 62,30 62,17 62,25 62, ,0 658,5 1150,1 2,335 M3C5,0 61,80 62,16 61,82 61, ,8 659,0 1146,9 2,346 M3A5,5 61,92 62,37 62,08 62, ,5 665,8 1157,1 2,352 M3B5,5 5,5% BETÚN 3 61,45 61,50 61,56 61, ,0 664,0 1151,5 2,359 M3C5,5 61,23 61,38 61,30 61, ,2 664,0 1150,0 2,363 2,207 2,239 2,262 2,296 2,315 2,343 2,358

15 Tabla 5.21 Resultados promedio en el ensayo Marshall % RAP BETÚN TIPO % S.A. 1 2,5 1 3,0 1 3,5 1 4,0 1 4,5 1 5,0 1 5,5 3 2,5 3 3,0 3 3,5 3 4,0 3 4,5 3 5,0 3 5,5 ALTURA (mm) 64,15 63,95 63,29 63,27 62,62 62,69 63,40 64,75 64,08 63,90 63,18 62,56 62,10 61,64 DENSIDAD (g/cm 3 ) 2,232 2,260 2,290 2,310 2,317 2,316 2,306 2,207 2,239 2,262 2,296 2,315 2,343 2,358 % DE HUECOS EN MEZCLA 11,32 9,56 7,74 6,31 5,42 4,84 4,60 13,84 11,95 10,24 8,44 6,73 5,27 4,11 DEFORMACIÓN MÁXIMA (mm) 2,175 2,263 2,415 2,672 3,018 3,424 3,771 1,938 1,954 1,993 2,040 2,131 2,284 2,433 ESTABILIDAD MÁXIMA (Kgf) 1507, , , , , ,19 948, , ,13 987,02 964,66 942,15 913,54 884,95

16 - La deformación a la rotura crece con el incremento del contenido de RAP en mezcla. - La deformación a la rotura crece con el aumento de betún agregado. En la gráfica 5.4 se presentan los resultados relativos a la relación entre el contenido de huecos en mezcla y el porcentaje de betún agregado. En ella se observan las siguientes tendencias: - El porcentaje de huecos crece con el incremento de RAP en mezcla. - El porcentaje de huecos decrece con el incremento de betún agregado. Cabe anotar que el comportamiento de las probetas para el ensayo Marshall es contrario al presentado por las probetas fabricadas y ensayadas por BTD Barcelona Tracción Directa en cuanto a la relación existente entre el parámetro de deformación a la rotura y el contenido de RAP en mezcla, tal y como se verá posteriormente en el apartado Según los resultados obtenidos para el ensayo Marshall y confrontándolos con los valores o criterios de dosificación de mezclas bituminosas discontinuas en caliente tipo F para capas de rodadura empleando el aparato de Marshall (Tabla 543.9) [16], se deben obtener valores de contenido de huecos en mezcla superiores al 4%, lo cual se corroboró en el estudio para todas las combinaciones de mezcla. Por otra parte, las estabilidades deben superar los 7,5 kn (750 kgf), valor que es ampliamente superado por cualquiera de las combinaciones ensayadas.

17 2,4 2,38 2,36 2,34 2,32 2,3 2,28 2,26 2,24 2,22 2,2 GRÁFICA 5.1 DENSIDADES - ENSAYO MARSHALL % DE BETÚN TOTAL S.A. 30% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR DENSIDAD (g/cm3)

18 GRÁFICA 5.2 ESTABILIDADES. ENSAYO MARSHALL % DE BETÚN TOTAL S.A. 30% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR ESTABILIDAD (kgf)

19 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 GRÁFICA 5.3 DEFORMACIONES DE ROTURA. ENSAYO MARSHALL % DE BETÚN TOTAL S.A. 30% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR DEFORMACIÓN (mm)

20 GRÁFICA 5.4 HUECOS EN MEZCLA - ENSAYO MARSHALL % DE BETÚN TOTAL S.A. 30% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR % DE HUECOS EN MEZCLA

21 ENSAYO BTD A continuación se presenta la Tabla 5.22 con los datos básicos de las probetas y la Tabla 5.23 con los valores promedio obtenidos para cada porcentaje de RAP ensayado y para los diferentes tipos y porcentajes de betún. El porcentaje óptimo de betún obtenido a partir del ensayo Marshall ha sido del 5,5% de betún total s.a. Este porcentaje cumple con las especificaciones de dotación mínima de ligante en mezcla, contenido de huecos y estabilidad prescritas para las mezclas bituminosas discontinuas tipo F. Para estudiar la influencia del contenido de betún sobre las distintas propiedades mecánicas deducidas del ensayo BTD se han considerado dos porcentajes de betún más (5,0% y 6,0%), obtenidos sumando y restando 0,5% al porcentaje considerado como óptimo. Estas propiedades más relevantes son las siguientes: Altura efectiva en mm. Deformación media en mm. Deformación de fisuración en mm. Deformación de rotura en mm. Carga a tracción máxima en kgf. Energía específica de fractura en kgf/cm. Resistencia a la tracción en kgf/cm 2. Índice de rigidez a la tracción en kgf/cm.

22 Tabla 5.22 Alturas de probetas en el ensayo BTD SERIE 3 30% RAP 4 30% RAP 5 10% RAP 6 10% RAP PROBETA BETÚN AÑADIDO S.A. H1 H2 H3 HM T1A5,0 60,53 60,46 60,59 60,53 T1B5,0 3,6% BETÚN 1 59,84 59,71 59,67 59,74 T1C5,0 60,12 60,03 60,00 60,05 T1A5,5 60,00 60,17 59,94 60,04 T1B5,5 4,1% BETÚN 1 59,70 59,64 59,72 59,69 T1C5,5 60,12 60,05 60,12 60,10 T1A6,0 59,81 59,68 59,76 59,75 T1B6,0 4,6% BETÚN 1 59,72 59,65 59,88 59,75 T1C6,0 60,15 60,12 60,15 60,14 T2A5,0 60,22 60,30 60,30 60,27 T2B5,0 3,6% BETÚN 2 59,78 59,72 59,74 59,75 T2C5,0 60,32 60,13 60,05 60,17 T2A5,5 59,72 59,81 59,65 59,73 T2B5,5 4,1% BETÚN 2 59,52 59,36 59,19 59,36 T2C5,5 59,77 60,03 60,12 59,97 T2A6,0 59,52 59,35 59,48 59,45 T2B6,0 4,6% BETÚN 2 59,28 59,22 59,17 59,22 T2C6,0 59,37 59,51 59,43 59,44 T3A5,0 60,04 60,13 60,21 60,13 T3B5,0 4,5% BETÚN 3 60,05 60,23 60,32 60,20 T3C5,0 60,32 60,41 60,40 60,38 T3A5,5 60,01 59,76 59,75 59,84 T3B5,5 5,0% BETÚN 3 60,16 60,53 60,42 60,37 T3C5,5 60,20 60,14 60,32 60,22 T3A6,0 59,72 59,91 59,75 59,79 T3B6,0 5,5% BETÚN 3 59,84 59,78 59,96 59,86 T3C6,0 60,05 60,13 60,12 60,10 T4A5,0 60,52 60,55 60,52 60,53 T4B5,0 4,5% BETÚN 4 59,84 59,73 59,65 59,74 T4C5,0 60,13 60,06 59,96 60,05 T4A5,5 59,82 59,75 59,62 59,73 T4B5,5 5,0% BETÚN 4 59,42 59,21 59,45 59,36 T4C5,5 60,03 59,94 59,94 59,97 T4A6,0 59,51 59,34 59,50 59,45 T4B6,0 5,5% BETÚN 4 59,18 59,32 59,16 59,22 T4C6,0 59,50 59,36 59,46 59,44

23 Tabla 5.23 Resultados promedio en el ensayo BTD % RAP BETÚN TIPO % S.A. 1 3,6 1 4,1 1 4,6 2 3,6 2 4,1 2 4,6 3 4,5 3 5,0 3 5,5 4 4,5 4 5,0 4 5,5 ALTURA EFEC. (mm) 33,11 32,91 32,88 33,06 32,69 32,37 33,24 33,14 32,92 33,11 32,69 32,37 DEFORM. MEDIA (mm) 0,067 0,070 0,078 0,070 0,073 0,082 0,090 0,092 0,099 0,079 0,082 0,088 DEFORM. MÁX. (mm) 1,707 1,804 1,908 1,918 1,980 2,387 0,55 0,59 0,69 2,056 2,270 2,649 CARGA MÁX. (Kgf) 115,56 118,87 123,28 100,94 113,85 116,62 1,974 2,031 2, ,49 131,70 134,44 ENERGÍA ESP. FRACT. (Kgf/cm) 0,43 0,48 0,53 0,44 0,51 0,59 0,55 0,59 0,69 0,57 0,65 0,81 RES. TRAC. (Kgf/cm 2 ) 2,13 2,26 2,35 1,95 2,18 2,26 2,47 2,60 2,64 2,36 2,53 2,60 I.R.T. (Kgf/cm) 844,32 853,92 787,39 732,26 781,86 708,90 728,96 767,56 702,38 795,40 806,63 764,53

24 De acuerdo con los datos y valores promedio de las Tablas 5.22 y 5.23, se elaboraron las siguientes gráficas de resultados promedio: En las gráficas 5.5, 5.6, 5.7 y 5.8 se presenta el comportamiento de la mezcla de trabajo para los diferentes contenidos de RAP (30% y 10%), contenidos de betún total s.a. (5,0%, 5,5% y 6,0%) y diferentes tipos de betún (con agente y sin agente rejuvenecedor). En estas gráficas de esfuerzo deformación se observa que a medida que se va incrementando el contenido de betún nuevo agregado crecen también los valores de esfuerzo y deformación soportados. Por otro lado, en las gráficas 5.9 y 5.10 se presenta la influencia que tiene la presencia del agente rejuvenecedor en las mezclas con 30% y 10% de RAP. En ellas se observa que las mezclas que contienen betún con agente rejuvenecedor soportan valores menores de esfuerzo pero mayores valores de deformación con respecto a las mezclas realizadas con betún sin agente rejuvenecedor. Esta tendencia se hace ligeramente más manifiesta en el caso del 30% de RAP. En la gráfica 5.11 se presentan los resultados correspondientes a la relación entre la deformación de fisuración promedio y el porcentaje de betún agregado. Se entiende como deformación de fisuración a la deformación ocurrente en el punto de carga máxima. El comportamiento observado es el siguiente: - La deformación de fisuración decrece con el incremento del contenido de RAP en mezcla. - La deformación de fisuración crece con el aumento de betún agregado. - La deformación de fisuración es mayor al trabajar con betunes que presentan agente rejuvenecedor. En la gráfica 5.12 se presenta el comportamiento de las diferentes combinaciones de mezclas estudiadas relacionando las deformaciones de rotura promedio con los porcentajes de betún agregado. Se entiende como deformación de rotura a la deformación soportada por la mezcla hasta su fallo final. Cabe destacar la poca dispersión de los datos obtenidos y la facilidad para observar las siguientes tendencias: - La deformación de rotura decrece con el incremento del contenido de RAP en mezcla. - La deformación de rotura crece con el aumento de betún agregado. - La deformación de rotura es mayor al trabajar con betunes que presentan agente rejuvenecedor.

25 CARGA (kgf) GRÁFICA 5.5 ENSAYO BTD - 30% RAP. BETÚN SIN AGENTE REJUVENECEDOR 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 DEFORMACIÓN (mm) 5,0% DE BETÚN TOTAL S.A. 5,5% DE BETÚN TOTAL S.A. 6,0% DE BETÚN TOTAL S.A. Capítulo 5

26 GRÁFICA 5.6 ENSAYO BTD - 30% RAP. BETÚN CON AGENTE REJUVENECEDOR 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 DEFORMACIÓN (mm) 5,0% BETÚN TOTAL S.A. 5,5% BETÚN TOTAL S.A. 6,0% BETÚN TOTAL S.A. CARGA (kgf)

27 CARGA (kgf) GRÁFICA 5.7 ENSAYO BTD - 10% RAP. BETÚN SIN AGENTE REJUVENECEDOR 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 DEFORMACIÓN (mm) 5,0% DE BETÚN TOTAL S.A. 5,5% DE BETÚN TOTAL S.A. 6,0% DE BETÚN TOTAL S.A. Capítulo 5

28 CARGA (kgf) GRÁFICA 5.8 ENSAYO BTD - 10% RAP. BETÚN CON AGENTE REJUVENECEDOR 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 DEFORMACIÓN (mm) 5,0% DE BETÚN TOTAL S.A. 5,5% DE BETÚN TOTAL S.A. 6,0% DE BETÚN TOTAL S.A. Capítulo 5

29 GRÁFICA 5.9 ENSAYO BTD - 30% RAP. 5,5% DE BETÚN TOTAL S.A. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 DEFORMACIÓN (mm) SIN AGENTE REJUVENECEDOR CON AGENTE REJUVENECEDOR CARGA (kgf)

30 GRÁFICA 5.10 ENSAYO BTD - 10% RAP. 5,5% DE BETÚN TOTAL S.A. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 DEFORMACIÓN (mm) SIN AGENTE REJUVENECEDOR CON AGENTE REJUVENECEDOR CARGA (kgf)

31 En la gráfica 5.13 se presentan los resultados correspondientes a la relación entre energía específica de fractura y porcentaje de betún agregado, entendiéndose como energía específica de fractura el área bajo la curva esfuerzo-deformación dividida por el área agrietada de la probeta ensayada. El comportamiento observado es el siguiente: - La energía específica decrece con el incremento del contenido de RAP en mezcla. - La energía específica crece con el aumento de betún agregado. - La energía específica es mayor al trabajar con betunes que contienen agente rejuvenecedor. En la gráfica 5.14 se representa el comportamiento de las mezclas en cuanto a su resistencia a tracción frente al porcentaje de betún agregado. Las tendencias obtenidas son las siguientes: - La resistencia a tracción decrece con el incremento del contenido de RAP en mezcla. - La resistencia a tracción crece con el aumento de betún agregado. - La resistencia a tracción es menor al trabajar con betunes que contienen agente rejuvenecedor. Hay que comentar que la primera tendencia va un poco en contra de la intuición, ya que a mayor cantidad de material reciclado añadida a la muestra más rígidamente se comportará ésta siendo capaz de soportar un mayor esfuerzo. Esto es debido a que se ha trabajado con betunes de diferente penetración para los dos contenidos de RAP ensayados, empleando un betún más blando para el 30% de RAP y uno menos blando para el 10% RAP, lo cual explica esta contradicción.

32 DEFORMACIÓN DE FISURACIÓN (mm) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 GRÁFICA 5.11 DEFORMACIÓN DE FISURACIÓN - ENSAYO BTD 0 4,5 5 5,5 6 6,5 % DE BETÚN TOTAL S.A. 30% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR 30% RAP CON AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP CON AGENTE REJUVENECEDOR Capítulo 5

33 DEFORMACIÓN DE ROTURA (mm) 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 GRÁFICA 5.12 DEFORMACIÓN DE ROTURA - ENSAYO BTD 4,5 5 5,5 6 6,5 % DE BETÚN TOTAL S.A. 30% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR 30% RAP CON AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP CON AGENTE REJUVENECEDOR Capítulo 5

34 ENERGÍA ESPECÍFICA DE ROTURA (kgf/cm) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 GRÁFICA 5.13 ENERGÍA ESPECÍFICA DE ROTURA - ENSAYO BTD 4,5 5 5,5 6 6,5 % DE BETÚN TOTAL S.A. 30% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR 30% RAP CON AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP CON AGENTE REJUVENECEDOR Capítulo 5

35 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 GRÁFICA 5.14 RESISTENCIA A TRACCIÓN - ENSAYO BTD 4,5 5 5,5 6 6,5 % DE BETÚN TOTAL S.A. 30% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR 30% RAP CON AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP CON AGENTE REJUVENECEDOR RESISTENCIA A TRACCIÓN (kgf/cm2)

36 ENSAYO DE PISTA DE LABORATORIO A continuación se presenta la Tabla 5.24 con los valores de deformación y velocidad de deformación promedios obtenidos para cada porcentaje de RAP ensayado y para un porcentaje de betún total s.a. del 5,5%. Revisando los valores obtenidos en dicha tabla, se elaboró la gráfica de resultados promedio Esta gráfica presenta el comportamiento de la mezcla de trabajo para los diferentes contenidos de RAP (30% y 10%) en lo referente a las deformaciones plásticas. En ella se observa que la mezcla SMA tiene una mayor deformación para el caso del 10% de RAP y betún sin agente rejuvenecedor que para el 30% de RAP y betún con agente rejuvenecedor, comportamiento éste similar en cuanto a tendencia al obtenido en el ensayo BTD para el parámetro de deformación a la rotura, ya que en lo que respecta a valores de deformación no son comparables. Según los resultados obtenidos en el ensayo y confrontándolos con los valores o criterios de dosificación de mezclas bituminosas discontinuas en caliente tipo F para capas de rodadura empleando la máquina de pista de laboratorio (Tabla 543.9) [16], se deben obtener valores de velocidad máxima de deformación en el intervalo de 105 a 120 minutos de 12 ó 15 µm/min dependiendo de la categoría de tráfico pesado y de la zona térmica estival, valor éste bastante superior al obtenido en cualquiera de las combinaciones ensayadas. Asimismo, este parámetro ha resultado ser mayor para el 10% de RAP que para el 30% de RAP en los tres intervalos de tiempo estudiados (30/45 min, 75/90 min ó 105/120 min).

37 Tabla 5.24 Deformaciones en el ensayo de pista de laboratorio Tiempo (min) SERIE 7 30% RAP Y 4,1% S.A. DE BETÚN 2 Deformación promedio (mm) 1 0,13 3 0,20 5 0, , , , , , , , , , , , , ,75 Tiempo (min) SERIE 8 10% RAP Y 5,0% S.A. DE BETÚN 3 Deformación promedio (mm) 1 0,28 3 0,38 5 0, , , , , , , , , , , , , ,27 Velocidad promedio de deformación (µ/min) V(30/45) = 4,7 V(75/90) = 2,7 V(105/120) = 3,0 Velocidad promedio de deformación (µ/min) V(30/45) = 7,3 V(75/90) = 5,7 V(105/120) = 4,7

38 DEFORMACIÓN (mm) 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 GRÁFICA DEFORMACIONES PLÁSTICAS - ENSAYO DE PISTA. 5,5% DE BETÚN TOTAL S.A TIEMPO (minutos) 30% RAP CON AGENTE REJUVENECEDOR 10% RAP SIN AGENTE REJUVENECEDOR Capítulo 5

39 5.7. CONCLUSIONES La realización de estudios empleando diferentes tipos de ensayos para una mezcla de trabajo permite comparar y valorar los resultados, obteniendo de esta manera valores idóneos y descartando valores con un nivel bajo de confiabilidad. Con respecto a lo anterior, se puede anotar que el uso del ensayo Marshall como única herramienta de trabajo en la toma de decisiones en cuanto a la determinación de la influencia de cualquier tipo de variables arrojaría como resultado una serie de datos que al compararlos con los obtenidos por los otros dos tipos de ensayos podrían llegar a ser contradictorios. Para corroborar lo anterior, hay que mencionar que los mejores resultados de estabilidad y deformación Marshall se obtienen para el mayor porcentaje de RAP empleado (30%) y el menor porcentaje de betún agregado (2,5%), cosa que parece estar en contra de la experiencia ya que al aumentar el contenido de RAP y el ligante añadido se obtendría una mezcla muy rígida y frágil con problemas de adhesividad. Por tanto, hay que enunciar en este punto la importancia de realizar ensayos paralelos con el fin de determinar el comportamiento de la mezcla de trabajo, ensayos que en este caso han aportado juicios de valor que conllevan a la correcta realización de este estudio. Con cada uno de los ensayos utilizados se observó una buena repetibilidad de los datos, ensayándose grupos de tres probetas para cada dosificación. De la anterior configuración se obtuvieron dispersiones mínimas, dando fiabilidad a los datos presentados. Por otra parte, se concluye que es muy importante para la obtención de resultados óptimos el tener sumo cuidado en la selección de los materiales que conformarán las granulometrías, tanto de los áridos vírgenes como del RAP y de la mezcla de estos dos. Es también concluyente la influencia que tiene el porcentaje de ligante agregado en mezcla en lo que respecta a la rigidez o flexibilidad de la misma, ya que a mayor contenido de ligante se obtiene una mezcla más flexible con una zona de deformación plástica mayor. En cuanto a la influencia del grado de penetración de los ligantes convencionales estudiados (con o sin agente rejuvenecedor), su influencia puede apreciarse en las gráficas tensión-deformación obtenidas del ensayo BTD. La presencia del agente rejuvenecedor hace disminuir la resistencia a tracción de la mezcla y aumentar la deformación máxima y energía específica de fractura. De los resultados obtenidos en el estudio experimental del microaglomerado asfáltico SMA se puede concluir lo siguiente: El método de estudio permite obtener probetas fabricadas con valores de densidades promedio que aportan validez y confiabilidad a los resultados de los ensayos. De acuerdo con el análisis de los resultados, se concluye que tanto las mezclas con 30% de RAP como con 10% de RAP cumplen las especificaciones establecidas para las mezclas convencionales. Este hecho es importante dadas las ventajas múltiples del uso de materiales reciclados de pavimentos en la construcción de carreteras nuevas y en la conservación y mantenimiento de las mismas. Es de importancia profundizar en la investigación de la influencia del porcentaje de RAP en los microaglomerados en caliente teniendo en cuenta otros parámetros como la fatiga, logrando así una reutilización cada vez mayor de los materiales procedentes del fresado de pavimentos.

40 Tanto en el caso de la deformación de rotura como en el de la deformación de fisuración, ambas disminuyen a medida que se incrementa el contenido de RAP. Al rigidizar la mezcla aumentando el porcentaje de RAP, ésta rompe dando lugar a un menor margen para la deformación. Este hecho se acentúa más en las mezclas fabricadas con betunes sin agente rejuvenecedor. Las deformaciones plásticas obtenidas en el ensayo de pista han sido mayores para el caso de emplear un 10% de RAP en mezcla sin agente rejuvenecedor que para un 30% de RAP con agente rejuvenecedor. Es importante crear una base de datos en el presente sobre todos los materiales que componen las capas de un firme de obra nueva para poder conocer en un futuro la composición exacta del RAP y poder así aumentar el contenido de éste en las mezclas asfálticas sin poner en compromiso las características mecánicas y funcionales de éstas. Es esta tesina una de las pioneras en el estudio de las propiedades mecánicas de los microaglomerados reciclados en caliente. Por este motivo, los resultados obtenidos en este sentido no se pueden tomar como definitivos pero sí como primeros tanteos para futuras investigaciones.