EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN DE GEOTEXTILES NO TEJIDOS EMBEBIDOS CON DISTINTOS PORCENTAJES DE CEMENTOS ASFÁLTICOS.

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1 EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA A TRACCIÓN DE GEOTEXTILES NO TEJIDOS EMBEBIDOS CON DISTINTOS PORCENTAJES DE CEMENTOS ASFÁLTICOS. PARTE 2 Becario: Ana Lighuen Apas (1) Director: Ing. Enrique A. Fensel (2) Proyecto de I+D+i de pertenencia: Sistema dinámico de valoración para el control de fisuración refleja usando Geosintéticos como S.A.M.I. en la rehabilitación de pavimentos Código UTN: UTI1617 Código de Incentivos 25/I Resumen El presente trabajo consiste en el estudio de la resistencia a la tracción de geotextiles no tejidos embebidos con distintos porcentajes de cementos asfálticos, para lo cual se adoptó un geotextil no tejido como muestra patrón y se determinó el contenido máximo de retención de asfalto según la Norma IRAM Luego con porcentajes decrecientes de contenido de cemento asfáltico se embeben probetas que serán evaluadas a tracción. Se prevé detectar la variación de resistencia a tracción de geotextiles no tejidos embebidos con diferentes contenidos y tipo de ligantes, como ser cementos asfálticos convencionales, cementos asfálticos aditivados y emulsiones asfálticas. 2. Abstract The Present work consists of the study of the tensile strength of nowwoven geotextiles embedded whit different percentages of asphalt for this purpose a nonwoven geotextile was adopted as standard sample and it was determined the maximum content of retention of asphalt according to Standard IRAM Then, whit decreasing percentages of asphalt content, various samples were embedded so as to evaluate later their tensile strength. it is expected to detec the variation of tensile strength of nonwoven embedded geotextile whit different content and types of asphalt, such as conventional asphalt, modified asphalt and emulsions asphalt 3. Fundamentos La propuesta de este trabajo culmina el estudio realizado en el trabajo Evaluación de la resistencia a tracción de geotextiles no tejidos embebidos con distintos porcentajes de cementos asfálticos. Parte 1 desarrollado durante el año 2011, en donde se valora la variación de la resistencia a la tracción en geotextiles no tejidos embebidos con distintos porcentajes de asfalto convencional del tipo CA20 y asfalto modificado del tipo AM3, para lo cual se trabajó con el procedimiento de ensayo implementado anteriormente y que permite alcanzar dichos objetivos. 4. Desarrollo experimental Como primera instancia se determinó la máxima retención de asfalto para un geotextil no tejido establecido, siguiendo los pasos que indica la Norma IRAM 78027, la cual permite determinar dicha máxima retención con la ecuación Nº1. (1) Becaria de investigación del Centro de Investigaciones Viales LEMaC. Dpto. de Ing. Civil (2) Director de Beca y/o Director a Cargo en el proyecto o en el Depto. o cátedra asociada

2 Ecuación Nº1. Retención de Asfalto. RA: retención de asfalto [l/m 2 ] Msat: masa de la probeta saturada, [gr]. Mi: masa de la probeta antes de la inmersión [gr]. A: área de la probeta antes del ensayo [m 2 ]. δ: Densidad del cemento asfáltico [gr/l] Sobre una serie de ensayos se estableció el 100% máximo promedio de retención de asfalto y en base a este valor se establecieron porcentajes menores de retenciones que resultan de interés analizar para cada tipo de asfalto utilizado. CEMENTO ASFÁLTICO CA20 Porcentaje de Retención Retención de Asfalto [l/m 2 ] 1,45 1,16 1,02 0,87 Tabla Nº1. Porcentajes de Retención. CEMENTO ASFÁLTICO MODIFICADO AM3 Porcentaje de Retención Retención de Asfalto [l/m 2 ] 2,44 1,95 1,71 1,46 Tabla Nº2. Porcentajes de Retención. Cabe destacar que la Norma IRAM indica el procedimiento para obtener geotextiles embebidos con asfalto convencional del tipo CA20 a 135±2ºC. Para obtener los resultados que se indican en la tabla Nº 2 se utilizó asfalto modificado del tipo AM3 pero trabajando a 160ºC ya que este a menor temperatura presenta una mayor viscosidad, lo cual impide el correcto escurrimiento del mismo. Luego se idealizó un modelo para embeber especímenes de 101mmx203mm del mismo geotextil utilizado como muestra patrón, y obtener un 60%, 70% y 80% de retención de asfalto, adicionando a las muestras la cantidad de asfalto necesaria para obtener estos porcentajes y una distribución uniforme del mismo. Se procedió confeccionando una bandeja con la cual se pudieron embeber de a pares las muestras y obtener los porcentajes de adición deseados. El procedimiento ideado consiste en cortar y pesar individualmente (con precisión al 0,1gr) dos especímenes, en forma paralela y perpendicular al sentido de fabricación del geotextil. En el procedimiento es importante que la bandeja se encuentre nivelada para que de esta manera el asfalto colocado se distribuya uniformemente en la superficie de dicha bandeja. Cuando se encuentra uniformemente distribuido, se colocan las muestras de geotextil directamente sobre el mismo y se dejan en estufa durante 30 minutos. Pasado este tiempo se cuelgan en el sentido longitudinal, primero en una dirección y luego se la rota 180º durante otros 30 minutos, siempre dentro de la estufa. Finalmente se las retira y una vez que enfrían se procede a tomar el peso final y calcular el asfalto retenido por cada probeta para la cantidad de asfalto colocada usando la ecuación Nº1. El lograr porcentajes de absorción de asfalto de acuerdo a los valores establecidos fue lo más difícil de lograr ya que los geotextiles no tejidos al ser materiales esencialmente heterogéneos, especímenes que procedan de la misma muestra podrán o no tener la misma retención máxima de asfalto. Lo dicho explica la dificultad para obtener probetas embebidas con los porcentajes de retención fijados y el hecho de haber obtenido muestras con porcentajes de 2

3 Porcentajes obtenidos Porcentajes obtenidos retención dispersos. Para realizar el ensayo de tracción sobre las muestras obtenidas se decidió dividirlas en tres grupos de acuerdo a rangos de porcentajes de retención de asfalto, en cada dirección y para cada tipo de asfalto embebido. El primer grupo contiene aquellas muestras que obtuvieron un porcentaje de retención de asfalto entre el 55% y el 65%, el segundo aquellas con un 65% a 75% y el último grupo aquellas con un 75% a 85%. A cada uno de estos grupos se les determinó la resistencia a la tracción bajo carga concentrada por el método del agarre ( Grab Test ) siguiendo los pasos que indica la Norma IRAM Para realizar el ensayo se utilizó la máquina de tracción universal con la que cuenta el LEMaC, una EMIC DL Fotografía Nº1 Probeta próxima a ensayar Fotografía Nº2 Probeta durante el ensayo Fotografía Nº3 Probeta culminado el ensayo 5. Análisis de Resultados Los ensayos realizados para lograr los objetivos propuestos, arrojaron los siguientes resultados: CEMENTO ASFALTICO CA20 Sentido PARALELO PERPENDICULAR Grupo 55% a 65% 65% a 75% 75% a 85% 55% a 65% 65% a 75% 75% a 85% 55,2% 63,4% 65,4% 61,7% 62,0% 64,1% 62,1% 64,8% 75,2% 72,3% 68,9% 73,0% 66,9% 71,7% 66,9% 66,9% 69,9% 74,6% 69,6% 80,0% 82,1% 82,6% 84,8% 84,8% 80,7% 78,5% 85,1% 58,9% 62,4% 54,5% 65,5% 61,4% 64,1% 62,7% 64,1% 71,9% 69,9% 66,5% 67,5% 72,6% 68,3% 66,2% 71,7% 73,3% 72,3% 73,8% 73,0% 76,0% 83,6% 78,8% 82,1% 81,7% Tabla Nº2. Porcentajes de Retención obtenidos para cada sentido. CA20. CEMENTO ASFALTICO MODIFICADO AM3 Sentido PARALELO PERPENDICULAR Grupo 55% a 65% 65% a 75% 75% a 85% 55% a 65% 65% a 75% 75% a 85% 61,0% 57,8% 64,7% 63,5% 63,5% 70,1% 65,7% 68,8% 73,6% 73,6% 67,0% 68,6% 69,4% 75,4% 80,7% 62,7% 64,3% 59,4% 61,7% 57,8% 63,1% 67,2% 66,8% 67,2% 66,4% 77,9% 78,9% 85,0% Tabla Nº3. Porcentajes de Retención obtenidos para cada sentido. AM3. 3

4 Las muestras de la tablas Nº 2 y 3 se ensayaron a tracción bajo carga concentrada por el método del agarre ( Grab Test ) para cada sentido, cada rango de porcentajes establecidos y para cada tipo de asfalto. Los resultados promedios obtenidos se muestran en las tablas Nº 4 y 5. TRACCIÓN EN GEOTEXTILES EMBEBIDOS EN ASFALTO CONVENCIONAL CA20 Sentido PARALELO Sentido PERPENDICULAR Carga de Rotura Alargamiento Carga de Rotura Alargamiento Grupo (kn) Aparente (%) (kn) Aparente (%) 100% 1,391 46,29 1,105 47,91 75% a 85% 1,138 39,37 1,197 50,87 65% a 75% 1,158 42,81 1,035 48,75 55% a 65% 1,121 44,52 1,006 45,80 Sin Asfalto 0,524 77,20 0,537 79,43 Tabla Nº4 Resultados obtenidos en el ensayo a tracción. CA20 TRACCIÓN EN GEOTEXTILES EMBEBIDOS EN ASFALTO MODIFICADO AM3 Sentido PARALELO Sentido PERPENDICULAR Carga de Rotura Alargamiento Carga de Rotura Alargamiento Grupo (kn) Aparente (%) (kn) Aparente (%) 100% 1,490 50,49 1,387 60,76 75% a 85% 1,240 40,62 1,302 50,98 65% a 75% 1,248 41,75 1,164 49,19 55% a 65% 1,238 39,22 1,105 47,91 Sin Asfalto 0,524 77,20 0,537 79,43 Tabla Nº4 Resultados obtenidos en el ensayo a tracción. AM3 Con los datos que se muestran en las tablas Nº 3 y 4 se confeccionaron los siguientes gráficos comparando la carga de rotura y el alargamiento aparente para cada rango de porcentaje de retención de asfalto en cada dirección ensayada y para cada tipo de asfalto embebido. Gráfico Nº1: Carga de rotura Gráfico Nº2: Alargamiento aparente 4

5 En el gráfico Nº 3 se muestran las curvas fuerza-deformación que entrega la máquina de tracción culminado el ensayo. A la izquierda se ven las curvas para muestras en sentido perpendicular al de fabricación y con un porcentaje entre el 65% y el 75% de retención de asfalto del tipo CA20, mientras que a la derecha se muestran las curvas para muestras en el mismo sentido sin agregado de asfalto. Cabe destacar que las curvas obtenidas para muestras embebidas con asfalto ya sea convencional o modificado no difieren significativamente. Gráfico Nº3 curvas fuerza-deformación 6. Conclusiones Se observa mediante los resultados obtenidos que la Carga de rotura aumenta y el alargamiento aparente disminuye a medida que aumenta el contenido de cemento asfáltico. Estableciendo una comparativa entre una muestra con un 100% de retención de asfalto y una sin asfalto (muestra virgen), la carga de rotura es cercana al doble para geotextiles embebidos en asfalto convencional y cercana al triple para geotextiles embebidos en asfalto modificado. A su vez la carga máxima es mayor para los geotextiles embebidos con asfalto modificado que con asfalto convencional y también es mayor para rangos iguales de porcentaje de contenido asfáltico para los especímenes en sentido paralelo que aquellos en sentido perpendicular, dándose la inversa para el alargamiento aparente, aunque esto seguramente responde a la conformación propia de la muestra virgen ensayada. Al constituirse un nuevo material en la fusión del cemento asfáltico con el geotextil, la distribución de la curva carga-deformación tiene una conformación distinta, no apreciándose gran variación en las curvas carga-deformación de geotextiles embebidos en asfalto convencional o modificado. 7. Bibliografía Norma IRAM Norma IRAM

6 ENVEJECIMIENTO DE UN CEMENTO ASFALTICO DURANTE EL PROCESO CONSTRUCTIVO DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA Becario: Gisela Alejandra Catriel (1) Director: Ing. Oscar Raul Rebollo (2) Proyecto de I+D+i de pertenencia: Estudio de los factores relacionados con el envejecimiento por termo-oxidación a corto plazo de ligantes asfálticos y las regulaciones aplicables Código UTN: UTI-1094 Código de Incentivos 25/I Resumen La presente tesis procura valorar la variación de las propiedades de un cemento asfáltico cuando es sometido a un proceso de envejecimiento. El envejecimiento de un asfalto ocurre primordialmente por dos factores principales, la pérdida de volátiles y la oxidación. Existen durante la manipulación del ligante varios procesos que promueven estas condiciones, y están asociados a la exposición a temperatura a la que el ligante se ve sometido desde que sale de la refinería. Por esta razón, considerar las propiedades del ligante en diferentes instancias de la producción de mezcla asfáltica, permite observar cuales son los cambios en la composición. Estas etapas principales son: traslado, almacenamiento, elaboración de la mezcla en la planta asfáltica, extendido en la terminadora y compactación. Se mostrará aquí los cambios registrados en muestras de asfaltos cuando así se permita o sobre asfalto recuperado de mezcla cuando se valore desde esta condición. 2. Abstract This thesis seeks to evaluate the change of the properties of an asphalt concrete when it is subjected to an aging process. Asphalt aging occurs primarily by two major factors, loss of volatile oxidation. There binder during handling various processes that promote these conditions, and are associated with exposure to temperature at which the binder is subjected since leaving the refinery. For this reason, consider the properties of the binder at different levels of the production of asphalt, lets look at what are the changes in the composition. These stages are: transport, storage, processing of asphalt mixing plant, spreading and compacting the terminator. Is displayed here changes in asphalt samples when permitted or reclaimed asphalt mix when assessing from this condition. 3. Fundamentos Cemento Asfaltico Definición: Los asfaltos son una mezcla de hidrocarburos de elevado peso molecular. Los tipos de hidrocarburos que intervienen en su composición son: - Parafínicos - Naftenicos - Aromáticos (1) Becario del LEMaC Centro de Investigaciones Viales, Dpto. de Ing. Civil (2) Director de Beca: Ing. Oscar Rebollo

7 Se puede distinguir dos fracciones; fracción soluble denominada asfáltenos, que a temperatura ambiente son un cuerpo negro, frágil y con punto de reblandecimiento elevado, es la fracción sólida del ligante y no varía su comportamiento frente a fenómenos de temperatura. En cambio los aceites y los aromáticos, pueden variar su proporción con la exposición a las temperaturas. Su aromaticidad y volatilidad hacen que se comporten como aceites y resinas que pueden agruparse bajo el termino maltenos, aportan las propiedades adhesivas y aglomerantes. Las principales familias son los naftenos aromáticos, los polares aromáticos y los hidrocarburos saturados. Las propiedades de un asfalto se pueden valorar de diferente forma siendo las más importantes las valoraciones físicas, químicas y la reología. La reología es la parte de la física que estudia la relación entre el esfuerzo y la deformación en los materiales que son capaces de fluir. La reología es una parte de la mecánica de medios continuos. Una de las metas más importantes en reología es encontrar ecuaciones constitutivas para modelar el comportamiento de los materiales. Dichas ecuaciones son en general de carácter tensorial. Las propiedades mecánicas estudiadas por la reología se pueden medir mediante reómetros, aparatos que permiten someter al material a diferentes tipos de deformaciones controladas y medir los esfuerzos o viceversa. Algunas de las propiedades Reologicas más importantes son: Viscosidad aparente (relación entre esfuerzo de corte y velocidad de corte) Coeficientes de esfuerzos normales Viscosidad compleja (respuesta ante esfuerzos de corte oscilatorio) Módulo de almacenamiento y módulo de perdidas (comportamiento viscoelástico lineal) Funciones complejas de viscoelasticidad no lineal Si bien la cantidad de mediciones que se pueden realizar son muchas, tal cual lo reflejan las normas de caracterización de los asfaltos, este trabajo se centrará en seleccionar las principales de cada grupo a efectos de visualizar los cambios producidos por los cambios en las condiciones de temperatura. a) Físicas: Penetración: Nos da una medida de la consistencia del asfalto. Punto de ablandamiento. b) Reologicas y Químicas: Viscosidad: Permite conocer los valores de la resistencia del asfalto a fluir a diferentes temperaturas. Índice de inestabilidad coloidal: Permite evaluar la estabilidad del asfalto. 2

8 De acuerdo a la estructura coloidal los asfaltos pueden clasificarse en: - Tipo Sol: Suficiente contenido de resinas y aceites. - Tipo gel: Escaso contenido de resinas y aceites. La estructura coloidal esta relacionada con las propiedades Reologicas del cemento asfaltico. Así aparecen asfaltos con comportamiento newtoniano, como los tipos sol; y los viscoelasticos, como los tipos gel. Se puede hacer una apreciación de la inestabilidad coloidal realizando una análisis del Índice de Inestabilidad Coloidal. (IC) IC = Como se envejece un Cemento Asfáltico: Llamamos envejecimiento cuando se producen una serie de cambios en las propiedades de los materiales. El cemento asfáltico presenta una gran resistencia al envejecimiento como consecuencia de su naturaleza fundamentalmente hidrocarbonada de baja radiactividad, pero durante su manipulación y puesta en servicio esta sometido a una serie de factores y agentes externos que originan cambios en su composición y repercuten negativamente sobre sus propiedades. La consistencia de las propiedades del Cemento Asfáltico y su dependencia de la temperatura viene denominada por su contenido de asfáltenos y maltenos. Las principales causas de envejecimiento es la pérdida de volátiles y la oxidación de ciertas moléculas con la formación de interacciones fuertes entre grupos que contiene oxigeno (ganancia de oxigeno). Construcción de la Mezcla Asfáltica: Para la construcción de una mezcla asfáltica en caliente se hace necesario considerar que el ligante deberá tener una viscosidad cercana a los 2 poises lo que lleva a que el mismo tenga como mínimo una temperatura de 140ºC. A esa misma temperatura deberán estar los áridos que constituyen el 95 % de la mezcla en peso. Los pasos principales son los siguientes: a) Que proviene de la destilería de una torre de destilación en vacío y luego es trasladado en camión a la obra. 3

9 Foto 1 y 2: Destilación y traslado del asfalto a la planta asfáltica Aquí el asfalto proviene de la destilación del crudo y pasa por temperaturas de hasta 360ºC. En el camión es trasladado a temperaturas cercanas a los 80 ºC. En todos estos procesos se van dando modificaciones en el material, de mayor o menor grado según se controlen las mismas. b) Almacenamiento en la cisterna Aquí puede ser el sitio donde más tiempo permanezca el asfalto, dependiendo de la producción de la planta asfáltica. Este debe tener un muy buen control de temperaturas, y evitar que queden a medio llenar, para ello se hace necesario contar con al menos dos depósitos a efectos de ir transvasando cuando se vaya acabando el asfalto en uno de ellos Foto 3: Almacenamiento en la cisterna 4

10 Tanto el almacenamiento en destilería como en planta asfáltica debe ser cuidadosamente tratado, ya que la combinación de prolongados tiempos de exposición a altas temperaturas pueden producir perdidas de componentes volátiles, oxidación y otros procesos que envejecen el asfalto. c) Las Plantas asfálticas. Hay diferentes tipos de plantas asfálticas. Pueden ser continuas y discontinuas y en forma general puede que el asfalto se incorpore junto con el calentamiento del árido en un tambor secador mezclador, o que lo haga en otro sitio, esta situación es mas ventajas pues así el asfalto no se encuentra en contacto con la llama. Este es uno de los puntos mas críticos en el envejecimiento debido a que el asfalto comienza a cubrir un área muy grande alrededor de los áridos, mientras estos se agitan, por lo que queda finas películas de asfalto, elevada temperatura y agitación con incorporación de oxigeno. Foto 4 Planta asfáltica El choque con el árido en el proceso de mezclado, según el tipo de fabricación, la exposición en el mismo recipiente con los quemadores, pueden producir procesos de envejecimiento y deterioro de las propiedades Reologicas. d) En la terminadora Las planchas que calefacionan las terminadoras pueden ser con energía de llama o eléctricas. Las primera producen mayor envejecimiento de la mezcla la momento de extenderla. 5

11 4. Desarrollo experimental Caso particular Foto 5 Terminadoras El Asfalto que se evaluó proviene de la refinería de YPF, la cisterna donde lo hemos almacenado es de la planta de OCSA SA con una planta asfáltica continua y la terminadora como la de la figura con calentamiento con llama. El asfalto se recupero de la mezcla utilizando centrífuga de plato, de vasos y rotovapor para no someter al mismo a temperaturas elevadas en el ensayo. En el siguiente cuadro se ve detallada cada una de las caracterizaciones obtenidas en las distintas etapas. Datos Camión Tanque Mezc. de Planta Mezc. de Terminadora Saturados 16,9 15,5 14,9 14,4 Naftenico Aromático 45,5 45,6 40,8 38,7 Polar Aromático 29,1 29, Asfáltenos 8,5 9,4 11,3 13,9 Índice de inestabilidad coloidal 0,34 0,33 0,36 0,39 Penetración Punto de Ablandamiento Viscosidad a (dpa *s) 3292 (dpa *s) 5240(dPa *s) (dpa *s) Viscosidad a (mpa *s) 597 (mpa *s) 725 (mpa *s) 985 (mpa *s) En todos los casos en asfalto califica como tipo Sol ya que el índice de inestabilidad coloidal se ubica por debajo de 0,6. 6

12 Conclusiones Los valores de composición del asfalto en sus familias de hidrocarburos permiten calcular el índice de inestabilidad coloidal. Las fracciones volátiles varían a medida que aumenta la exposición a la temperatura En ninguna caso han superado el valor de 0,6 del Ic por lo que han permanecido como tipo sol, siendo esto muy beneficioso para el ligante. Se puede ver que el asfalto se va rigidizando bajando la penetración y subiendo el punto de ablandamiento. Las viscosidades también experimentan un incremento, siendo la viscosidad del asfalto recuperado de la mezcla de la terminadora, la que nos indica las condiciones de servicio del asfalto al comenzar la vida útil de la obra. 5. Bibliografía - Bolzán P. Ing. Civil Balige M. Lic. Química. (1990). Sistema de Clasificación de Asfaltos Modificados basados en sus propiedades fundamentales. Comisión Permanente delo Asfalto. - INGENIERIA E INVESTIGACION VOL. 30 N 3, DE EMBER Inclusión de caucho reciclado en mezclas asfalticas. Tesista: Ing. Hugo Gerardo Botasso. - Miro Rocosens R. Perez Jimenez F. (1989). Evaluación de la Resistencia al Envejecimiento de los Ligantes Bituminosos mediante el Método Funcional UCL. Congreso Chileno del Asfalto. 7

13 RETENCIÓN DE ASFALTO EN GEOTEXTILES NO TEJIDOS CON LA UTILIZACIÓN DE EMULSIONES ASFÁLTICAS Becaria: Paola Soledad Cedrik (1) Directores: Ing. Enrique Fensel y Mg. Ing. Luis Ricci (2) Proyecto de I+D+i de pertenencia: Sistema dinámico de valoración para el control de fisuración refleja usando Geosintéticos como S.A.M.I. en la rehabilitación de pavimentos ; Código Universidad: UTI1617; Resolución del Consejo Directivo FRLP Nº 164/11; Disposición SCTyP de Rectorado Nº 288/11; Incentivos 25/I Resumen La tesis constó de una primera instancia en la cual se desarrollaron tareas de aprendizaje y afianzamiento de los conocimientos fundamentales sobre Geosintéticos, profundizando principalmente, sobre los geosintéticos no tejidos y la retención de emulsión asfáltica por parte de los mismos. En una segunda instancia, se desarrollaron actividades de laboratorio en las que se sometió a prueba diferentes geotextiles en los cuales se determinó la retención de asfalto de cada uno, a una temperatura común y utilizando la misma emulsión. El objetivo de la tesis ha sido ampliar el número de muestras ensayadas variando las marcas de los productos y sus espesores, cubriendo de esta manera un mayor rango de productos comerciales. 2. Abstract This thesis consisted of a first instance in which learning tasks were developed and entrenchment of fundamental knowledge on Geosintetics, deepening mainly on nonwovens geosintetics and asphalt emulsion retention by them. In a second instance, laboratory activities were developed in which different geotextiles were tested to determined in each casethe asphalt retention at the same temperature and using the same emulsion. The aim of the thesis was to expand the number of samples tested varying brands of products and their thicknesses, thus covering a wider range of commercial products. 3. Fundamentos Los procedimientos utilizados se encuentran basados en lo estipulado en la norma IRAM que establece el método para la determinación de la retención de asfalto por los geotextiles empleados en pavimentación asfáltica en todo su ancho; con una modificación en la temperatura del ensayo y reemplazando el asfalto por una emulsión. Este trabajo tiene un lineamiento con un trabajo previo y pretende comparar los valores hallados de retención de asfalto bajo la normativa establecida a una temperatura de 60 C. En esta tesis se amplía el número de muestras ensayadas en los trabajos de otros becarios, teniendo como variables a las marcas comerciales de los productos y sus espesores, cubriendo de ésta manera la oferta del mercado. La emulsión utilizada para la experimentación fue una emulsión catiónica convencional de rotura rápida. Los Geotextiles no tejidos, por su conformación tipo fieltro, permiten la absorción y retención de gran cantidad de emulsión asfáltica, brindando un medio apropiado (1) Becario de investigación del Centro de Investigaciones Viales LEMaC Depto. de Ing. Civil (2) Director de Beca, Integrante del proyecto, Profesor Adjunto Dedicación Exclusiva - Depto. de Ing. Civil

14 para confeccionar riegos de liga en pavimentos con mayores dotaciones que las empleadas en repavimentaciones sin Geotextil. En éste hecho se ve justificado el desarrollo del presente trabajo. 4. Desarrollo experimental 4.1 Elaboración de muestra: Para el presente estudio se utilizaron tres tipos de productos diferentes: Dos de una misma empresa de distintos gramajes (150 g/m2 y 140 g/m2) y uno proveniente de otra empresa (150 g/m2). Los cuales se han denominado producto A, B, y C respectivamente. De cada producto se realizaron ocho (8) muestras, según la norma IRAM Geotextiles y productos relacionados. Toma de muestras y preparación de las probetas para ensayo. Cuatro (4) en dirección paralela al sentido de fabricación. Cuatro (4) en dirección normal al sentido de fabricación. Cada muestra posee medidas de: 10 cm x 20 cm en el caso de las paralelas y de 20 cm x 10 cm en las normales. Figura 1. Toma de muestras 4.2 Instrumental empleado: Termómetro. Estufa. Balanza de precisión de 0,1g. Emulsión Asfáltica. Sujetadores y placas identificadoras. Figura 2. Instrumental empleado 4.3 Características de la Emulsión Asfáltica utilizada: Desde un punto de vista fisicoquímico podemos definir a una emulsión como una dispersión de un líquido en otro no miscible con el primero. Cuando hablamos de 2

15 emulsión asfáltica nos referimos a aquel material constituido por un ligante hidrocarbonado y agua que formarían la parte no miscible de la emulsión. Estos materiales constituyen la solución lógica y natural para poner en obra betunes a temperatura ambiente, lo cual sería una de las ventajas que no posee el cemento asfáltico. Tipo CRR-1 según IRAM 6691 Ensayos Unidad Norma IRAM Valor Valores Limites Min. Max. Sobre la Emulsion Viscosidad Saybolt-Furol 25ºC SSF Residuo asfaltico por destilacion % , Residuo sobre tamiz IRAM 850-m(#20) % ,01-0,1 Asentamiento g/100g ,1-5 Recubrimiento y resistencia al agua % Carga particula pos - - Sobre el residuo Penetracion(25ºC,100g,5s) 0,1mm Ensayo de oliensis neg - - Solubilidad de tricloetileno g/100g , Tabla 1. - Información aportada por empresa proveedora de la emulsión asfáltica. 4.4 Ensayos de retención: Una vez extraídas las probetas, se pesan al aire. Luego se prepara una bandeja donde se coloca la emulsión asfáltica a temperatura ambiente. Previamente a colocar las probetas en la emulsión, se colocan unos sujetadores para poder colgar las muestras y se las identifica. En dicha bandeja se embeben las muestras y luego son llevadas a una estufa a 60ºC durante un período de 60 minutos, donde se debe controlar que la temperatura se mantenga constante por medio de un termómetro. Figura 3 - Probetas antes y después de ser embebidas en emulsión Pasados los 60 minutos, se retiran las muestras ya embebidas de la bandeja y se cuelgan de uno de los extremos para que escurran durante unos 30 minutos en el interior de la estufa. Se hace lo mismo del otro extremo de la muestra por un lapso de igual duración. Luego se retiran las probetas de la estufa, y se cuelgan como en los pasos anteriores, dejándolas escurrir a temperatura ambiente. 3

16 Figura 4 Probetas colgadas, dentro y fuera de la estufa Se retiran los sujetadores y por último, se procede a pesar las probetas en una balanza y se determina la retención de cada una de ellas. Los resultados obtenidos se observan en las Tablas 2, 3 y 4; expuestas a continuación: Dirección de ensayo = Paralela a la fabricación Dirección de ensayo= Perpendicular a la fabricación Densidad del cemento asfáltico = gr/lt Densidad del cemento asfáltico = gr/lt Probeta Nº Área Masa Masa Ret Ra Probeta Nº Área Masa Masa Ret Ra [adim] [cm 2 ] [gr] [gr] [lt/m 2 ] [adim] [cm 2 ] [gr] [gr] [lt/m 2 ] ,5 40,8 1, ,6 46 2, ,3 47,4 2, ,3 66,1 3, ,1 45,7 2, ,6 46,6 2, ,6 37,9 1, ,4 38,8 1,8 PROMEDIO 200 3,4 41,5 1,6 PROMEDIO 200 3,5 43,8 2 R A (PROMEDIO EN AMBAS DIRECCIONES) = 1,8 [lt/m 2 ] Observaciones: Las muestras 2 y 6 sufrieron ciertas alteraciones durante el ensayo por lo que pueden tener resultados con error. Tabla 2. Resultados Muestra A: 150 g/m2 Dirección de ensayo = Paralela a la fabricación Dirección de ensayo = Perpendicular a la fabricación Densidad del cemento asfáltico = gr/lt Densidad del cemento asfáltico = gr/lt Probeta Nº Área Masa Masa Ret Ra Probeta Nº Área Masa Masa Ret Ra [adim] [cm 2 ] [gr] [gr] [lt/m 2 ] [adim] [cm 2 ] [gr] [gr] [lt/m 2 ] ,6 47,3 2, ,4 40,5 1, ,7 33,1 1, ,3 40,2 1, ,7 31 1, ,5 35,1 1, ,8 29,6 1, ,4 34,4 1,6 PROMEDIO 200 2,7 31,3 1,6 PROMEDIO 200 2,9 37,6 1,7 R A (PROMEDIO EN AMBAS DIRECCIONES)= 1,7 [lt/m 2 ] Observaciones: La probeta 1 presentó partes chorreadas, con exceso de ligante, en su superficie. Tabla 3. Resultados Muestra B: 140 g/m2 Dirección de ensayo = Paralela a la fabricación Dirección de ensayo = Perpendicular a la fabricación Densidad del cemento asfáltico = gr/lt Densidad del cemento asfáltico = gr/lt Probeta Nº Área Masa Masa Ret Ra Probeta Nº Área Masa Masa Ret Ra [adim] [cm 2 ] [gr] [gr] [lt/m 2 ] [adim] [cm 2 ] [gr] [gr] [lt/m 2 ] ,2 35,9 1, ,6 50,8 2, ,3 51 2, ,3 49,7 2, ,8 53,4 2, ,6 47 2, ,1 47,4 2, ,4 42,5 2 PROMEDIO 200 3,1 50,6 2,4 PROMEDIO 200 3,5 47,5 2,2 R A (PROMEDIO EN AMBAS DIRECCIONES)= 2,3 [lt/m 2 ] Observaciones: La probeta 1 presentó irregularidades en su superficie. Tabla 4. Resultados Muestra C: 150 g/m2 4

17 5. Análisis de Resultados Para el análisis de los resultados se efectuaron los promedios descartando las probetas que tenían fallas. Se graficaron los promedios de los resultados agrupados según gramaje y empresa fabricante. Las barras están diferenciadas por colores para determinar que pertenecen a empresas distintas. Gráfico 1 Retenciónes Promedio por gramaje y empresa. El gráfico presente fue confeccionado con los valores hallados en esta tesis, a los cuales se sumaron a los valores obtenidos en la tesis de la becaria Ayelén Gómez durante el año Dichos valores agregados corresponden a las muestras denominadas D, E, y F, todos pertenecientes a una misma empresa. En los resultados obtenidos se reflejan valores muy parejos en muestras de una misma empresa con distintos gramajes, y un paulatino aumento de la retención cuando acrecienta el gramaje de las muestras. En cuanto a los resultados que se desprenden de las muestras de distintas empresas con un mismo gramaje, estos son más dispares, teniendo la Muestra C, la mayor retención (siendo ésta de 2 [lt/m 2 ]). Se plantea para un futuro trabajo la continuación de los ensayos, puesto que se necesitaría un muestreo más extenso para llegar a resultados concluyentes. 6. Conclusiones En los resultados se refleja que a medida que aumenta el gramaje de la muestra, también lo hace la retención de la misma pero en pequeña medida. Se desprende, también, que las muestras pertenecientes a una misma empresa tienen una variación continua y no muy importante de retención entre productos con distintos gramajes. Por último observamos, que los geotextiles que tienen el mismo gramaje, pero fueron fabricadas por empresas diferentes, arrojan resultados muy disímiles entre sí. Se puede inferir a partir de esto que el gramaje no puede ser considerado como único factor influyente en la determinación de retención de asfalto de un determinado producto, se deberían tener en cuenta además otros posibles factores como ser, trama y materia prima o polímero base. 7. Bibliografía Botasso G., Fensel E., Ricci L. Caracterización de Geosintéticos para uso vial Norma IRAM Determinación de la retención de asfalto por los geotextiles empleados en pavimentación asfáltica en todo su ancho. IRAM Norma IRAM Geotextiles y productos relacionados. Toma de muestras y preparación de las probetas para ensayo. IRAM. Gómez A. Ensayo de retención de emulsión asfáltica en geotextiles empleados en pavimentación. Tesis LEMaC UNT FRLP

18 ENSAYO COMPARATIVO PARA EVALUAR EL DESEMPEÑO DE PALIATIVOS DE POLVO Becario: Ignacio Celi (1) Directora: Ing. Natalia Alderete (2) 1. Resumen La supresión del polvo en el aire resulta una problemática esencial no sólo en el campo de la tecnología de los materiales sino también en la seguridad vial, rendimientos de cultivos, cuestiones ambientales y aspectos económicos. La idea de contar con alguna técnica que permita mantener la superficie sin necesidad de recurrir a horas de maquinaria vial, para restituir el perfil de la misma, ha permitido evolucionar en diferentes productos, que actúan cambiando la tensión superficial de las partículas de suelo con las sales o, en el caso de los compuestos orgánicos complejos, produciendo diferentes reacciones químicas. El objetivo del presente trabajo consistió en conocer los parámetros para clasificar los suelos y poder determinar el desempeño de diferentes paliativos, evaluando la eficacia relativa mediante el potencial de erosión. La cantidad de producto y los porcentajes de aplicación variaron para identificar el desempeño óptimo de cada producto. El método de ensayo utilizado fue el desarrollado por el Centro de Investigación y Desarrollo de Ingeniería del Cuerpo de Ingenieros de la Marina Estadounidense con el propósito de evaluar la eficacia relativa de los diferentes supresores de polvo. En base a éste se planteó una metodología de ensayo propia utilizando los recursos disponibles para lograr resultados representativos. Abstract The suppression of dust in the air is an essential problematic, not only in the field of materials technology, also in road safety, crop yields, environmental and economic aspects. The idea of having a technique that keeps the surface shape without expending hours of road machinery, to restore the profile of it, has allowed dust palliatives to evolve into different products. These products act changing the surface tension of the particles of soil salts or, in the case of complex organic compounds, producing chemical reactions. The aim of this study was to determine the parameters to classify soils and to determine the performance of different dust palliatives evaluating the relative efficacy through erosion potential. The amount of product and the application rates varied to identify the optimum performance of each product. The test method used was developed by the Center for Research and Development Engineering Corps of the U.S. Navy in order to evaluate the relative effectiveness of different dust suppressants. Based on this, an own methodology was developed using available resources to achieve representative results. (1) Becario de investigación del Centro de Investigaciones Viales LEMaC Depto. de Ing. Civil (2) Director de Beca

19 2. Fundamentos Los tratamientos superficiales son una alternativa para la supresión de polvo de menor costo que la pavimentación. Los mismos se pueden ejecutar sobre capas de rodadura existentes o capas estabilizadas. Su finalidad es mejorar o conservar las características físicas y mecánicas de la superficie. Hay distintos tipos de tratamientos superficiales: - Tratamiento Superficial Simple - Tratamiento Superficial Doble - Tratamiento Superficial Múltiple - Riego de Imprimación - Riegos de Liga - Paliativos de polvo - Cape Seal, Otta Seal, etc. - Riego Pulverizado - Lechadas Asfálticas Los paliativos de polvo son productos utilizados para la supresión de polvo en carreteras o calles no pavimentadas. Éstos actúan sobre las partículas de polvo generando la adhesión de las mismas entre sí, evitando así el molesto polvo generado por el aterrizaje de helicópteros, la circulación de vehículos, el viento, entre otros. 3. Materiales y equipos utilizados 3.1. Características de suelos El suelo utilizado para los ensayos fue clasificado de acuerdo con los parámetros establecidos por el sistema del Highway Research Board (H.R.B.). Este sistema clasifica a los suelos basándose en las determinaciones de laboratorio sobre la distribución de partículas por tamaño, y en los valores del Límite Líquido e Índice de Plasticidad a los que asigna símbolos desde A-1 hasta A-8, en tres grandes grupos: I. Suelos de partículas gruesas, que contiene hasta un 35% de finos. Comprende los grupos: A-1, con los subgrupos: (A-1-a y A-1-b); A-2, con los subgrupos: (A-2-4, A-2-5, A-2-6 y A-2-7) y A-3, sin subgrupos. II. Suelos de partículas finas (limo-arcillosos), que contiene por encima de un 35% de finos. Comprende los grupos: A-4, A-5, A-6 y A-7. De ellos sólo el A-7 se subdivide en: A-7-5 y A-7-6. Aquellos suelos que tienen un comportamiento similar se hallan dentro de un mismo grupo, y están representados por un determinado índice, llamado Índice de Grupo. La clasificación de un suelo en un determinado grupo se basa en su Límite Líquido, grado de plasticidad y porcentaje de material fino que pasa el tamiz N 200. Según el sistema de clasificación original, los Índices de Grupo de los suelos granulares están generalmente comprendidos entre 0 y 4; los correspondientes a los suelos limosos entre 4 y 8, y los de los suelos arcillosos entre 8 y 20. En los últimos años la metodología de cálculo del Índice de Grupo ha sido modificada en la normativa, posibilitando la obtención de resultados por encima de 20. El Índice de Grupo debe ir siempre acompañando a la clasificación.

20 Mediante los valores de los ensayos de Límite Líquido, Límite Plástico, Índice de Plasticidad (Tabla 1) y granulometría (Tabla 2) se determinó la clasificación HRB del suelo a ensayar como A-2-4(0). Ensayos Límite Liquido Límite Plástico Peso de pesafiltro = Pp [g] 34,4 - Pp + Muestra húmeda [g] 60,8 - Pp + Muestra seca [g] 54,8 - N de golpes 26 - Factor de corrección 0,99 - Humedad [%] 27 - Indice de Plasticidad = IP 0 Ensayo Tabla 1. Límite líquido y Límite plástico Granulometría Peso muestra [g] 157,4 4,2 97,3 157,4 Peso muestra [g] 11,8 P. muestra retenida[g] 92,5 Material Pasante [%] 157,4 103,2 34,4 Tamiz N 10 P. muestra retenida [g] Material Pasante [%] Tamiz N 40 Peso muestra [g] Tamiz N 200 P. muestra retenida[g] Material Pasante [%] Índice de grupo Tabla 2. Granulometría y Clasificación Características de probetas Los moldes utilizados para la confección de las probetas son moldes metálicos de 15,5 cm de diámetro interno y 3,6 cm de espesor (Figura 1). Con el objetivo de conocer la Densidad Seca Máxima y la Humedad Óptima se realizó el ensayo Proctor tipo I de la Dirección Vialidad Nacional sobre el suelo en estudio, obteniéndose los siguientes resultados: Dsmáx (Densidad Seca Máxima): 1,816 g/cm 3 Hóp (Humedad Óptima): 15,2 %. Las probetas fueron compactadas estáticamente, con la Humedad Óptima, mediante la prensa de compresión hasta lograr un 95% de su Densidad Seca Máxima. Una vez moldeadas, se dejaron a temperatura ambiente hasta peso constante, para luego poder ser ensayadas.

21 Figura 1. Molde metálico con la muestra del suelo 3.3. Características de la cámara de viento El equipo consiste en una cámara de viento fabricada en el LEMaC Centro de Investigaciones Viales, sellada para evitar que el polvo se escape durante el ensayo y dividida en dos compartimentos. En uno de dichos compartimentos se encuentra el equipo generador del flujo de aire que alcanza 240 km/h, y en el otro compartimento se ubica la probeta a ser ensayada (Figura 2). Este dispositivo de aplicación del flujo de aire resultó capaz de alcanzar velocidades que erosionen la superficie de las muestras. Las probetas se colocan dentro de la cámara sellada debajo de una boquilla metálica de apertura rectangular de 16,12 cm de ancho y 2,54 cm de alto (Figura 2). Un conducto de retorno permite la circulación del aire desde la cámara de ensayo hacia el ventilador eléctrico para equilibrar la presión. Figura 2. Probeta colocada en el compartimiento de ensayo Las corrientes de aire se aplican a 2,54 cm de altura sobre la probeta y en un ángulo de 20º con respecto a la horizontal (Figura 3). A su vez se incorpora al flujo de aire 600 g de arena silícea seleccionada. La arena utilizada es arena que pasa por el tamiz N 20 y queda retenida en el tamiz N 30. Esto se realizó para replicar las condiciones durante el aterrizaje generando la abrasión adicional mediante las partículas de arena.

22 Figura 3. Boquilla metálica 3.4. Características de los paliativos de polvo Para el análisis del desempeño de los paliativos de polvo se evaluaron tres diferentes productos, designados como A (Tabla 3), B (Tabla 4) y C (Tabla 5). Los productos A y B están especialmente formulados para caminos de tierra. Éstos actúan eléctricamente sobre las partículas de polvo generando la adhesión de las mismas entre sí evitando el polvo en el aire. El producto C tiene aplicaciones en otras áreas, sin embargo, el fabricante recomendó su uso como paliativo. Aspecto Características Paliativo A Líquido amarillento Densidad a 25ºC (gr/cm3): Aprox ph 7 Formulación Preparación Aspecto 0,6% de producto 99,4% H20 Tabla 3. Características paliativo A Mezclar el producto con el agua y aplicar. Se recomienda una dosis de 50litros de producto por cada 8000 litros de agua, lo que equivale a regar aproximadamente 25 cuadras una vez por día dependiendo del tipo y granulometría del suelo, como así también del uso del camino. Características Paliativo B Líquido blanco lechoso Densidad a 25ºC (gr/cm3): Aprox. 1,00 1,05 ph 4-5 Formulación Preparación 9% de producto 91% H 2 0 Mezclar el producto con el agua y aplicar. Se recomienda una dosis de 0,1 litro de producto diluidos en 1 litro de agua, por cada m 2 de superficie a tratar. Tabla 4. Características paliativo B

23 Aspecto Formulación Preparación Características Paliativo C Solución blanca viscosa 10% producto 89,5% Agua desionizada 0,5% CaCl 2 para ajustar la viscosidad Calentar el agua desionizada a 60ºC, fundir el paliativo y añadirlo al agua, mezclar y por último añadir una pequeña cantidad de solución de sal. Enfriar el sistema a 40ºC y aplicar. 4. Desarrollo experimental Tabla 5. Características paliativo C El ensayo realizado es un ensayo de tipo comparativo, con el cual se evalúa la eficacia de los productos y se busca una óptima dosificación en el desempeño de los mismos. Esto se lleva a cabo sometiendo a una probeta de suelo a un flujo de aire intenso y a la abrasión mediante arena monogranular durante 2 minutos (Figura 4). La metodología implementada consistió, por una parte, en la confección de probetas y la posterior aplicación del paliativo, denominándose éstas como probetas tratadas. Por otra parte, en la confección de probetas sin paliativo, denominadas probetas patrón. Luego, se procedió a la evaluación de las probetas tratadas y probetas patrón, comparando los valores obtenidos mediante el ensayo para tener resultados representativos. La aplicación se realizó mediante un rociador para poder lograr una distribución uniforme del producto. A su vez se ajustó la velocidad y la forma de aplicación para que los resultados sean similares a las aplicaciones de campo. La cuantificación del potencial de erosión se realizó mediante las pesadas de las muestras antes y después de ser sujetas al flujo de aire. Este método es utilizado para determinar la eficacia relativa de los paliativos de polvo y para identificar las cantidades de paliativo necesarias para alcanzar niveles aceptables de mitigación de polvo. La medición del peso de las muestras antes y después del ensayo brindó información sobre la efectividad de los paliativos de polvo. Figura 4. Pobreta durante y después del ensayo

24 Un punto importante a tener en cuenta es que, si bien esta metodología de evaluación del desempeño de paliativos no hace diferenciación entre el suelo que es erosionado y el suelo que suspendido en el aire como polvo, los resultados son válidos para realizar comparaciones entre diferentes paliativos. Las concentraciones de polvo dentro de la cámara no se pudieron registrar ya que no se cuenta con las tecnologías necesarias para su medición, como técnicas ópticas para detectar los niveles de polvo en el aire. 5. Análisis de resultados 5.1. Valores obtenidos y dosificaciones empleadas 1er ensayo: Paliativo A - Se evaluaron cuatro probetas: dos de ellas fueron probetas patrón y otras dos fueron rociadas con 11,7 g de solución de agua más paliativo A (7,9 g de producto en 1 l de agua) según indicaciones del producto, y se compararon los resultados (Tabla 6). Paliativo A CON ADITIVO 11.7gr PATRÓN NOMENCLATURA C D E F Peso inicial [g] 2966,7 2993,5 2972,6 2982,2 Peso final [g] 2943,8 2972,9 2967,2 2971,7 diferencia [g] 22,9 20,6 5,4 10,5 Potencial de erosión [%] 0,8 0,7 0,2 0,4 PROMEDIO[g] 21,7 7,9 Tabla 6. Resultados del primer ensayo 2do ensayo: Paliativo B Se evaluaron seis probetas: tres de ellas fueron probetas patrón y otras tres fueron rociadas con 20 g de solución de agua más paliativo B (20 g de producto en 1 l de agua) según indicaciones del producto, y se compararon los resultados (Tabla 7) Paliativo B CON ADITIVO 20g PATRÓN NOMENCLATURA D E F A B C Peso inicial [g] 3032,3 3056,9 3039, ,5 2346,9 Peso final [g] 3027, ,6 2338, ,9 diferencia [g] 5 3,9 4,5 10,9 13,5 12 Potencial de erosión [%] 0,2 0,1 0,1 0,5 0,6 0,5 PROMEDIO [g] 4,5 12,1 Tabla 7. Resultados del segundo ensayo

25 3er ensayo: Paliativo C - Se evaluaron cinco probetas: dos de ellas fueron probetas patrón (A y B), a las probetas C, D y F se le aplicaron con un pincel 15g de solución de agua más paliativo C (30 g de producto en 300 cm 3 ), y a la probeta E se le aplicaron 20 g, y se compararon los resultados (Tabla 8). Paliativo C CON ADITIVO 15g CON ADITIVO 20g PATRÓN NOMENCLATURA C D F E A B Peso inicial [g] ,3 3057,5 3052,8 3032,5 3017,4 Peso final [g] 3027,2 3027, ,7 3015,9 3000,4 diferencia [g] 11, ,5 8,1 16,6 17 Potencial de erosión [%] 0,4 0,5 0,5 0,3 0,5 0,6 PROMEDIO [g] 14,1 8,1 16,8 Tabla 8. Resultados del tercer ensayo 5.2. Evaluación de resultados De acuerdo a los valores registrados en los ensayos realizados, se pueden efectuar las siguientes observaciones: El paliativo que no cumplió con su función fue el paliativo A, ya que la pérdida de suelo que tuvieron las probetas después del ensayo fueron más del doble que la pérdida de suelo que tuvieron las probetas patrones. El paliativo B fue el que mejor desempeño tuvo, ya que disminuyó aproximadamente en la mitad la pérdida de suelo en comparación con la probeta patrón. El paliativo C es eficaz al agregarle una dosis significativa del producto. Por lo tanto, es necesario evaluar el aspecto económico para poder contemplar si esta alternativa resulta adecuada en comparación con la aplicación simple de otro producto. El paliativo B, a comparación del resto de los paliativos, resulta más práctico ya que se usa muy poco producto diluido en una gran cantidad de agua, por lo que sólo es necesaria una aplicación para obtener resultados satisfactorios. 6. Conclusiones Efectivamente el trabajo desarrollado ha sido de utilidad para poder conocer el desempeño que tienen los distintos paliativos con las dosificaciones propuestas. Los ensayos realizados de Límite Líquido, Límite Plástico, granulometría e Índice de Plasticidad permitieron clasificar al suelo empleado. A su vez, la metodología utilizada posibilitó la evaluación del desempeño de los productos, logrando determinar la efectividad relativa de cada uno de ellos para el suelo en estudio.

26 El empleo de paliativos permite lograr una disminución de la erosión, y el polvo consecuente. Sin embargo, es necesario realizar los ensayos correspondientes para determinar la dosis óptima. Mediante el desarrollo del equipamiento y de las primeras experiencias se abren nuevos interrogantes para seguir investigando la temática, siendo de fundamental importancia al considerar la gran cantidad de temas que involucra la supresión del polvo, no sólo en cuestiones de mantenimiento de caminos sino también en relación al medio ambiente y la seguridad vial. 7. Bibliografía Laboratory Investigation of Chemical Dust Palliative Performance on Sandy Soil, J. F. Rushing et. al., Dust Control Field Handbook, Standard Practices for Mitigating Dust on Helipads, Lines of Communication, Airfields, and Base Camps, J. F. Rushing et. al., Dust palliative selection and application guide, Peter Bolander, Pavement Engineer, Pacific Northwest Region. Alan Yamada et. al., The incorporation of dust palliatives as a maintenance option in unsealed roads management systems, D. Jones, paper from the 20 th ARRB Conference Norma de Dirección de Vialidad Nacional VN E1 65: Tamizado de suelos por vía húmeda Norma de Dirección de Vialidad Nacional VN E2 65: Límite Líquido Norma de Dirección de Vialidad Nacional VN E3 65: Límite plástico, índice de plasticidad Norma de Dirección de Vialidad Nacional VN E5 93: Compactación de suelos AASHTO DE-SUELOS-AASHTO

27 Tesis de Becarios de Investigación 2012 ADHERENCIA ENTRE DISTINTOS SUSTRATOS INTERPONIENDO UN MATERIAL GEOSINTETICO Becario: Luciano Cepeda (1) Director: Ing. Luis Delbono (2) Proyecto de I+D+i de pertenencia: Sistema dinámico de valoración para el control de fisuración refleja usando geosintéticos como S.A.M.I. en la rehabilitación de pavimentos Código de Incentivos 25/I Resumen Estudio de la de adherencia entre capas, con y sin la interposición de un material geosintético, materializando la unión a través de emulsión asfáltica modificada de rotura rápida. Para cuantificar la resistencia a la adherencia se utilizaron dos equipos de ensayo: ensayo de corte LCB (Laboratorio de Caminos de Barcelona), y ensayo a tracción directa mediante equipo EMIC DL 10000, disponibles en el LEMaC. 2. Abstract Study of adhesion between layers, with and without the interposition of a geosynthetic material, materializing through binding to modified asphalt emulsion quick break. To quantify the bond strength using two test equipment: LCB shear test (Barcelona Highway Laboratory), and direct tensile test by computer EMIC DL 10000, LEMaC available. 3. Fundamentos La adherencia entre capas garantiza el buen desempeño de un paquete estructural, haciendo que este trabaje solidariamente. La falta de ligadura entre capas se traduce en una mala distribución de tensiones, generadas por el tránsito, en el espesor total del pavimento. Actualmente la incorporación de materiales geosintéticos, son realizados con objeto de aumentar la vida útil del camino. Uno de los problemas por lo cuales se tienen en cuenta es la fisuración refleja (cuando una fisura del viejo pavimento se propaga a la nueva capa y crece por esta hasta su superficie), fenómeno que permite el ingreso de agua de lluvia a las capas subyacentes haciendo que el deterioro se evidencie al cabo de unos años o unos pocos meses alcanzando los mismos problemas que la capa original. A raíz de esta problemática, el objetivo de este trabajo se basó en valorar la adherencia en la interface de sustratos de diferentes características (hormigónasfalto), interponiendo diferentes materiales geosintéticos, utilizando como agente de adhesión una emulsión de rotura rápida modificada. 4. Desarrollo experimental Para valorar la adherencia entre capas con la interposición de un material geosintético y sin la incorporación del mismo, se utilizó la metodología de ensayo LCB y tracción directa, utilizando equipos disponibles en el Centro de Investigaciones Viales (LEMaC). Para su estudio se confeccionaron los sistemas que se muestran en la Tabla 1: (1) Becario de Investigación del LEMaC, Centro de Investigaciones Viales. Dpto. Ing. Civil (2) Director de Beca

28 Tesis de Becarios de Investigación 2012 Tabla 1. Sistemas considerados a ensayar: Sistemas Material Sistema 1 Sin material intermedio (Blanco) Sistema 2 Arena asfalto Sistema 3 HSK PET Base fundida Sistema 4 HSK PET base sin fundir Sistema 5 MAC PET Sistema 6 RBK PET Sistema 7 HSK PVA Sistema 8 FM PP Sistema 9 GR FV 4.1 Ensayo de adherencia al corte por flexión LCB: El ensayo LCB consiste en colocar un espécimen de ensayo en posición horizontal, apoyado en dos puntos como una viga simplemente apoyada. El plano de debilidad, sobre el cual se desea efectuar la determinación quedará en las cercanías de uno de los apoyos. Se aplica una carga centrada P de tal modo que el espécimen esté sometido a flexión, y que la solicitación en el plano de debilidad sea un esfuerzo cortante con un valor de carga equivalente a P/2. El ensayo se efectúo con una velocidad de avance de 1,27 mm/min a temperatura ambiente (20 ºC aproximadamente). Durante el ensayo se registran los valores de carga y deformación en las distintas instancias del mismo. El registro de cargas se efectúa mediante la transmisión de datos de una Celda de Carga a una computadora. La medición de las deformaciones se efectúa por medio de un LVDT, (transformador usado para medir desplazamientos lineales). También se determino el trabajo (área bajo la curva) y la tensión de adherencia. Figura 1: Ensayo LCB para sistema 2 Figura 2: Ensayo LCB para el sistema 11 (1) Becario de Investigación del LEMaC, Centro de Investigaciones Viales. Dpto. Ing. Civil (2) Director de Beca

29 Tesis de Becarios de Investigación Ensayo de adherencia por tracción directa: El ensayo consiste en colocar la probeta, verticalmente sujetada por una mordaza en cada extremo, generando una fuerza de tracción. Se realizó el ensayo a tracción directa ajustando la velocidad de la maquina a 1,27 mm/min al igual que la velocidad de adherencia por corte. El software registra la carga y deformación de la probeta. La temperatura del ensayo fue de 25 ºC a una humedad relativa de 63 %. Figura 3: Curva típica de ensayo a tracción directa Figura 4: Ensayo en procedimiento 5. Resultados 5.1 Ensayo de adherencia por corte LCB En la Tabla 2 se presentan los resultados obtenidos para cada sistema propuesto. Tabla 2 Resultados obtenidos para el ensayo de adherencia por corte Carga Carga en la Deformación Material aplicada interfase (mm) (Kg) (Kg) Tensión (Mpa) Trabajo (Kg.mm) Sistema 1 (Blanco) 381,01 190,51 0,55 0,22 156,33 Sistema 2 (Arena Asfalto) 214,91 107,45 0,99 0, Sistema 3 (HSK PET base fundida) 443,49 221,75 0,79 0,26 306,8 Sistema 4 (HSK PET base sin fundir) 117,58 58,79 0,62 0,07 61,49 Sistema 5 (MAC PET) 740,84 370,42 0,96 0,44 465,3 Sistema 6 (RBK PET) 194,01 97,01 1,52 0,11 459,7 Sistema 7 (HSK PVA) 442,16 221,08 0,59 0,26 248,0 Sistema 8 (FM PP) 220,39 110,20 1,68 0,13 394,1 Sistema 9 (GR FV) 325,68 162,84 0,50 0,19 161,8 5.2 Ensayo de adherencia por tracción directa Se presentan, en la Tabla 3 los resultados obtenidos para cada sistema propuesto: (3) Becario de Investigación del LEMaC, Centro de Investigaciones Viales. Dpto. Ing. Civil (4) Director de Beca

30 Tesis de Becarios de Investigación 2012 Tabla 3 Resultados obtenidos para el ensayo de adherencia por tracción directa Deformación a Tensión a Carga máx. Material carga máx. carga máx. (Kg) (mm) (MPa) Trabajo (Kg.mm) Sistema 1 (Blanco) 0,45 0,53 0, ,44 Sistema 2 Arena asfalto 0,14 0,24 0,017 24,08 Sistema 3 HSK PET base fundida 0,39 0,64 0,047 65,48 Sistema 5 (MAC PET) 1,96 2,27 0, ,19 Sistema 6 (RBK PET) 1,78 2,53 0, ,14 Sistema 7 (HSK PVA) 1,89 1,87 0, ,60 Sistema 8 (FM PP) 1,63 1,38 0, ,45 Sistema 9 (GR FV) 0,87 1,07 0, ,51 Se puede determinar un coeficiente de adherencia, comparando la tensión de adherencia de la muestra con material, con la tensión de adherencia máxima obtenida entre contacto intimo hormigón mezcla. CAd Ad Ad 1 max ecuación 1 Coeficiente de Adherencia CAd. Donde: CAd = Coeficiente de Adherencia = (adimensional) τad1 = Tensión de adherencia de la muestra con material = (kg/cm2) τadmax = Tensión de adherencia máxima entre contacto intimo hormigón mezcla = (kg/cm2) Tabla 4 determinación del coeficiente de adherencia CAd Material CAd (por corte) CAd (por tracción) Sistema 1 (Blanco) 1,0 1,0 Sistema 2 Arena asfalto 0,59 0,32 Sistema 3 HSK PET base fundida 1,18 1,85 Sistema 5 (MAC PET) 2,0 4,66 Sistema 6 (RBK PET) 0,5 3,44 Sistema 7 (HSK PVA) 1,18 4,53 Sistema 8 (FM PP) 0,59 3,09 Sistema 9 (GR FV) 0,87 1,93 6. Conclusión del ensayo 6.1 Se diseñaron diferentes sistemas anti-reflejo, analizando la adherencia que se logra al interponer distintos tipos de materiales geosintéticos, representados de acuerdo a la circunstancia de obra. 6.2 Se ha comprobado de que no existir la emulsión como agente de adhesión, no existe adherencia entre capas, se incorpore o no un material geosintético. (1) Becario de Investigación del LEMaC, Centro de Investigaciones Viales. Dpto. Ing. Civil (2) Director de Beca

31 Tesis de Becarios de Investigación Al finalizar los ensayos el material geosintético con abertura de malla quedo adherido, en la mayoría de los casos, a la base asfáltica, mientras que los materiales compuestos por una membrana asfáltica, que cubren toda la superficie, quedaron adheridos a la base de hormigón. 6.4 En la mayoría de los casos estudiados, la incorporación de un material geosintético, entre una capa de hormigón y asfáltica, ha mejorado la adherencia, en comparación con el blanco de comparación. En el caso de una capa de arena asfalto esta se ve reducida. 6.5 Si se hiciera un análisis cualitativo de los resultados se puede decir, que la rotura de probetas que poseen materiales geosintéticos intercalados es del tipo dúctil, propiciando la deformación luego de la carga máxima y hasta alcanzar la separación total de la probeta. 6.6 El sistema 5, base de hormigón interponiendo el material MAC PET, fue el que mejor se comporto, alcanzando la mayor tensión y área bajo la curva (trabajo), también se destaca la mayor deformación frente a los demás ensayos. Para este se obtuvo el mayor coeficiente de adherencia. 6.7 Se evidencia, para el material HSK PET, la importancia de que el material geotextil no tejido de base funda a la temperatura de colocación y compactación de la mezcla asfáltica. De lo contrario se esta perjudicando considerablemente la adherencia entre capas. 6.8 El sistema 6, obtuvo la máxima deformación en ambos ensayos a causa a la maleabilidad del material RBK PET. 6.9 El sistema 2, interface de arena asfalto, resulto el más despreciable por su carencia de carga En los ensayos de corte juega un papel muy importante la rugosidad, al ensayar se puede observar el deslizamiento de capas, dando carga hasta el desprendimiento entre ellas. Mientras que a tracción directa la fuerza normal de desprendimiento es la que prevalece. 7. Bibliografía 7.1 Ricci L. (2011). Evaluación de la adherencia entre capas asfálticas con intercapa de Geosintético. Tesis de Maestría de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires, desarrollada en el LEMaC Centro de Investigaciones Viales. Argentina. 7.2 Delbono L., Ricci L., Botasso G., Fensel E., Rivera J., Seligmann M. (2010). Evaluación de un Geocompuesto como Sistema de Membrana Anti-fisura S.A.M.I. XXXVI Reunión del Asfalto. Argentina. 7.3 Sota J. (2003). Desarrollo de adherencia entre capas en Whitetopping: análisis del ensayo LCB y aplicación en un pavimento en servicio. LEMaC Centro de Investigaciones Viales. Argentina. 7.4 Campana J. M. (2002). Consideración de la adherencia entre capas asfálticas en el análisis estructural. Informe técnico. Argentina. 7.5 Norma NLT-382/08. (2008). Evaluación de la adherencia entre capas de firme, mediante ensayo de corte. Depósito Legal: M ISBN: España. 7.6 Tosticarelli J. (2008). Membrana anti-fisura de arena asfalto en repavimentaciones. Comportamiento estructural. XXXV Reunión del asfalto. Rosario-Argentina. (3) Becario de Investigación del LEMaC, Centro de Investigaciones Viales. Dpto. Ing. Civil (4) Director de Beca

32 CONOCIMIENTOS BÁSICOS SOBRE MEZCLAS EN FRÍO Becaria: Carolina Gerardi (1) Directora: Ing. Cecilia J. Soengas (2) Proyecto de I+D+i de pertenencia: Metodología teórico práctica para el diseño de tratamientos superficiales bituminosos bajo condiciones de servicio Código UTN Disposición 315/11 1. Resumen En esta tesis se desarrollan principalmente los lineamientos teóricos de las mezclas en frío. Éstas constan de una combinación de agregados y emulsión asfáltica. Su nombre en frío se refiere a que la puesta en obra se realiza a temperatura ambiente. Se pueden formular tres tipos de mezclas: Tratamientos superficiales (simples, dobles o triples); Lechadas bituminosas y Microaglomerados. La diferencia con las mezclas asfálticas en caliente es que éstas se formulan con ligantes asfálticos (convencionales y/o modificados) a temperaturas superiores a 140 C, y la puesta en obra se realiza a temperaturas muy superiores a la ambiente, caso contrario no podrían extenderse ni compactarse adecuadamente. La tesis trata principalmente sobre las aplicaciones de las mezclas en frío y los materiales que las componen, sus propiedades y diferencias entre si. 2. Abstract The cold mix asphalt mixtures are composed of a combination of aggregate and asphalt emulsion. Its name refers to the work carried out at room temperature. Three types of superficial treatments can be formulated (simple, double or triple); slurry seals and micro agglomerates. The difference with the "hot mix asphalt" is that they are made with asphalt binders (conventional and or modified) at elevated temperatures over 140 ºC, and a utilization in work is performed at temperatures well above ambient, otherwise there could be extended or compacted properly. The thesis is mainly about the applications of mixtures made in cold and their materials, their properties and differences in between. 3. Fundamentos 3.1 Tratamientos superficiales Se denomina tratamiento superficial simple a la aplicación de emulsión asfáltica sobre una superficie estable, seguida de la distribución y compactación de una capa de agregado. Se realizan los tratamientos para sellar, proteger la base y capas inferiores, y formar una capa de rodamiento antideslizante. El ligante se encarga de impermeabilizar la superficie y fijar los áridos, mientras que la capa de árido debe resistir la circulación de vehículos y permitir la fácil evacuación del agua. La repetición de dos o más tratamientos superficiales simples se denomina tratamientos dobles, triples, etc. Los agregados que conforman estos tratamientos deben ser partículas limpias, duras, resistentes al pulido, provenientes de la trituración de rocas graníticas, basálticas, gravas y escorias de alto horno. Con tamaños máximos 6 20 mm y mínimos 0 3 mm. En la Tabla N 1 están las granulometrías más usadas en estos agregados: (1) Becaria del Área de Materiales Viales, LEMaC Centro de Investigación Viales. Dpto. Ingeniería Civil (2) Tutora de la Tesis 1

33 Agregado Grueso Agregado Fino Tamiz % pasa Tamiz % pasa 1/2" 100 3/8" 100 3/8" /4" /4" Nº Nº Nº Nº Nº Tabla N 1: Granulometrías más utilizadas El material bituminoso más utilizado para tratamientos son las emulsiones asfálticas catiónicas ya que poseen las siguientes ventajas: - Baja viscosidad a temperatura ambiente, lo cual, facilita el transporte, permite la aplicación en frío produciendo un buen mojado del árido. - Evita agregar mejoradores de adherencia - Evita gastos de combustible, elimina riesgos de incendio y accidentes. - Permite trabajar en ambientes fríos y húmedos. Dosificación: Existen diversos métodos para determinar las cantidades de ligante asfáltico y áridos a utilizar en los tratamientos superficiales. A continuación se detalla la denominada Regla del del Ing. Tagle ya que ha sido el de mayor aplicación en nuestro país. El método se utiliza para determinar la cantidad de betún en los tratamientos simples, dobles y triples, en función de las cantidades y características granulométricas de los agregados a emplear. Las cantidades de material bituminoso expresadas en volumen de cemento asfáltico, están relacionadas con el volumen de agregado pétreo suelto, por los porcentajes que se aprecian en la Tabla N 2: Tratamientos tipo Aplicación Bituminosa Relaciones Porcentajes Simple, Doble y Triple Total Betún Piedra (en Vol. De agregado suelto) 9 Doble y Triple 1º Riego Betún Tamaño Máximo Efectivo (del agregado grueso 5 Triple 2º Riego Betún Agregado Grueso (en Vol. De agregado grueso) 3 Tabla N 2: Porcentajes de Ligante asfáltico dependiendo del volumen de agregado Además de la regla de Tagle para la dosificación de los tratamientos, existen diversos métodos empíricos, basados en resultados y observaciones. (1) Becaria del Área de Materiales Viales, LEMaC Centro de Investigación Viales. Dpto. Ingeniería Civil (2) Tutora de la Tesis 2

34 El Gráfico 1 esquematiza una base estabilizada, protegido por un tratamiento simple. Piedra partida 6:20 del tratamiento Riego de emulsión catiónica del tratamiento Estabilizado granular de 5 cm de espesor Gráfico N 1. Esquema de un tratamiento superficial simple 3.2. Lechadas Bituminosas y Microaglomerados en Frío Las lechadas bituminosas se utilizaban primeramente para impermeabilizar pavimentos envejecidos o como tratamientos de sellado. Actualmente se aplican sobre superficies fisuradas, agrietadas, desgastadas o envejecidas pero que conservan su valor estructural y portante. Son mezclas fabricadas a temperatura ambiente, de áridos finos, emulsiones bituminosas, agua y filler en caso necesario. Posee granulometría de los áridos con tamaños máximos inferiores a 6 mm, lo cual no permite aumentar el espesor de su única capa ya que la misma se volvería inestable, a raíz de esto y con el avance de nuevas tecnologías, se aumentó el tamaño de los áridos, surgiendo los llamados microaglomerados. Estos últimos están constituidos por dos capas de lechadas, la primera más fina. Se utilizan como ligante también las emulsiones asfálticas pero deben ser modificadas. La diferencia entre lechadas y microaglomerados radica principalmente en los áridos que el tamaño máximo está entre 8 y 12 mm en estos últimos y se utilizan emulsiones modificadas. Agregados: Para las lechadas y microaglomerados, se utilizan arenas naturales de ríos, arenas de trituración de rocas o mezcla de ambas. Es el componente mayoritario de la mezcla, es importante controlar su calidad, el desgaste y la resistencia al pulido. Se debe procurar que no posean materia orgánica ni materiales arcillosos, ya que poseen finos muy activos que disminuyen la cohesión, retrasando la apertura al tránsito además de disminuir la adhesividad final del ligante con el árido. El estado de la superficie a revestir determina el espesor que deberá tener la lechada asfáltica y por lo tanto la curva granulométrica a utilizar, esta corresponde a uno de los cuatro tipos expresados en la Tabla N 3 que es un estracto de la norma IRAM El tipo I se aplica para sellar fisuras, rellenar huecos pequeños y corregir peladuras superficiales. - El tipo II se aplica para rellenar huecos superficiales, corregir condiciones de erosión severa y para suministrar nueva superficie de desgaste. - La tipo III provee una nueva capa de rodamiento sobre superficies muy desgastadas. - La tipo IV se aplica sobre bases estabilizadas. (1) Becaria del Área de Materiales Viales, LEMaC Centro de Investigación Viales. Dpto. Ingeniería Civil (2) Tutora de la Tesis 3

35 Tamiz % PASA por los tamices en g/100g Tipo I Tipo II Tipo III tipo IV 12,7 mm 100 9,5 mm ,7 mm Nº Nº Nº Nº Nº Nº Nº Tabla N 3: Granulometría de agregados para las diferentes tipos de lechadas Emulsión Asfáltica: Es otro componente importante de la mezcla, ya que tiene como objetivo la perfecta envuelta de los áridos. Las lechadas se fabrican con emulsiones de rotura lenta o superestables, pueden ser convencionales o modificadas. La velocidad de la rotura de la emulsión debe estar controlada de manera que se produzca lo más rápido posible una vez extendida la mezcla. Los microaglomerados se formulan con emulsiones modificadas de rotura controlada siempre. Agua: De este componente va a depender la trabajabilidad de la mezcla, si es muy fluida puede producirse segregación en sus componentes, si es poco fluida (escasez de agua) puede provocar una rotura prematura de la emulsión, aumentando la viscosidad y dificultando el extendido de la misma. Dosificación: a) Determinación teórica de tipo, cantidad de áridos y emulsión. Tipo de agregado: de acuerdo al estado de la superficie Emulsión más adecuada: depende de las características granulométricas, clima, maquinarias disponibles, etc. Filler, si es necesario: para corregir la curva granulométrica o para mejorar el comportamiento de la mezcla. Luego se debe determinar el porcentaje teórico de asfalto residual, para ello se realizan en forma conjunta los ensayos W.T.A.T (Wet Track Abrasion Test) y LWT (Loaded Wheel tester). El primero permite determinar el contenido mínimo de asfalto correspondiente a la máxima pérdida de abrasión admisible. Mediante el segundo se determina el máximo contenido de asfalto, de acuerdo al límite admisible de absorción de arena por la probeta. En cada uno de los ensayos se representan los resultados mediante una curva, que al combinarlas es posible fijar el rango válido de contenido de asfalto, tal que se eviten exudaciones por exceso y desgastes por defecto. (1) Becaria del Área de Materiales Viales, LEMaC Centro de Investigación Viales. Dpto. Ingeniería Civil (2) Tutora de la Tesis 4

36 b) Determinación de la cantidad de agua para ajustar la consistencia. Es importante que la mezcla tenga una consistencia óptima para evitar problemas en la aplicación por falta de fluidez, así como también segregación de sus componentes por exceso de agua. Una mezcla tendrá una cantidad óptima de agua cuando ésta se pueda agitar y distribuir fácilmente, con una varilla metálica, dentro de un aro de ensayo, y pueda desmoldarse conservando su forma. También se puede utilizar el cono de Consistencia. Aplicaciones: Los microaglomerados se utilizan principalmente para solucionar tres problemas distintos: Mejorar la rugosidad superficial, para una mayor seguridad al tránsito, Impermeabilización del pavimento, y Rejuvenecimiento de pavimentos con degradación superficial. A su vez presentan las siguientes ventajas respecto a las lechadas: Mayor resistencia mecánica Mayor resistencia al deslizamiento Mayor durabilidad de la textura y Mayor durabilidad del tratamiento. 4. Desarrollo experimental Durante el año en curso, solo se realizaron algunos pocos ensayos referidos a mezclas en frío, principalmente en microaglomerado. Se espera para este próximo año, realizar una comparación entre la dosificación de las lechadas y los microaglomerados. 5. Conclusiones Las mezclas asfálticas en frío se han ido perfeccionando a medida que avanzaron las tecnologías tanto de los ligantes asfálticos, la maquinaria en la producción de áridos y colocación de las mezclas. La alternativa más eficiente para reparar superficialmente los pavimentos son hoy en día, las mezclas en frío. La buena dosificación y característica de sus componentes, en especial de los áridos, son fundamentales para asegurar su buen comportamiento en servicio. 6. Bibliografía Riegos Auxiliares y Riego con gravilla Asociación técnica de emulsiones bituminosas. Autores: Alberto Bardesi y Ramón Tomás. Tratamientos superficiales Autores: Cecilia Soengas, Oscar Rebollo, Gerardo Botasso y Christian Piermaria. Trabajo realizado en el LEMaC Centro de Investigaciones Viales en el año Tratamientos superficiales, avances con las determinaciones en el método MODoT T72 Autores: Carlos Redal Baigorri, año Diseño de mezclas en frío: una propuesta racional basada en la comprensión actual de la rotura de emulsiones bituminosa. Autores: Didier Lesueur y Juan José Potti, artículo de la Revista Carreteras N 138 enero febrero de 2005 Asfalto: Lechadas Asfálticas. Recomendaciones para su preparación, ensayo y aplicación Norma IRAM Emulsiones Bituminosas Cartilla técnica de la firma comercial, Akzo Nobel Sistema de Pavimentación de bajo Espesor. Autor: Ing. Pablo Bolzán. (1) Becaria del Área de Materiales Viales, LEMaC Centro de Investigación Viales. Dpto. Ingeniería Civil (2) Tutora de la Tesis 5

37 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD Y LA VELOCIDAD DE SUCCIÓN CAPILAR DE AGUA DEL HORMIGÓN ENDURECIDO Becario: Marcos Johel Naber (1) Director: Prof. Jorge D. Sota (2) Proyecto de I+D+i de pertenencia: Control de la Fisuración en Pavimentos de Hormigón: Juntas de Contracción Código UTN: UTI 1103 Código de Incentivos 25/I Resumen El método de ensayo de la norma IRAM 1871 establece los procedimientos para la determinación de la capacidad y la velocidad de succión capilar de agua del hormigón endurecido. La capacidad y la velocidad de succión del hormigón, y particularmente del hormigón de recubrimiento, son parámetros asociados con la durabilidad de las estructuras de hormigón. En este trabajo se determina la capacidad y velocidad de succión capilar, según la norma IRAM 1871, para un hormigón destinado a pavimento. 2. Abstract The test method according to IRAM 1871 establishes procedures for determining the capacity and speed of water wicking of hardened concrete. The capacity and speed of suction of the concrete, and particularly of concrete coating, are parameters associated with the durability of concrete structures. 3. Fundamentos La succión capilar se produce como consecuencia de la acción de fuerzas de adhesión de las moléculas de agua a las paredes de los poros en el hormigón y otros materiales porosos. Este mecanismo de transporte puede favorecer el ingreso de agentes agresivos, todos los ambientes se encuentran considerados por el proyecto de reglamento CIRSOC ,pero este no es el principal motivo por el que el ensayo de succión capilar se utiliza para diseñar hormigones durables, sino que es un descriptor indirecto de otras propiedades de transporte del hormigón más relacionado con cada agresividad ambiental en particular, velocidad de ingreso de cloruro en ambientes marinos, carbonatación en ambientes industriales, ingreso de sulfato en ambientes con sulfato, ingreso de agua en ambientes con ciclos de congelamiento y deshielo. Una baja velocidad de succión indica, en general, un hormigón con propiedades de transporte satisfactorias para asegurar una vida útil aceptable de la estructura. La relación agua-cemento (a/c) afecta no solamente la resistencia a la compresión del hormigón, sino también su permeabilidad. Pequeños cambios en esa relación (a/c) pueden significar apreciables diferencias en la permeabilidad. La relación (a/c) se define como el peso del agua presente por unidad de peso de cemento. A menor relación (a/c), mayor es la concentración de la pasta, caso contrario aumenta la dilución de la pasta. (1) Becario de investigación del Centro de Investigaciones Viales LEMaC. Dpto. de Ing. Civil (2) Director de Beca y/o Director a Cargo en el proyecto o en el Depto. o cátedra asociada

38 Con menor relación (a/c), la concentración creciente de los granos de cemento en la pasta deja menos espacio entre ellos para ser ocupados por el agua, al estar más unidos unos con otros. En resumen, hay mayor espacio entre los granos de cemento de la pasta a medida que aumenta la relación (a/c). Inicialmente el espacio entre los granos de cemento forma una red continua, llena de agua formado por los poros capilares. A medida que los granos de cemento se van hidratando, generan cristales que bloquean los poros y esto hace al hormigón menos penetrante. Los poros pequeños son bloqueados más fácilmente que los grandes y mientras más granos de cemento se tengan, menor relación (a/c), el bloqueo será mayor con lo que se consigue una menor permeabilidad y un hormigón más durable. Otro aspecto a tener en cuenta es la influencia del curado del hormigón, ya que para obtener un eficiente bloqueo de los poros capilares los granos de cemento deben estar bien hidratados, controlando la humedad y temperatura del curado. Método de ensayo de succión capilar según IRAM 1871 El método de ensayo según la norma IRAM 1871 permite calcular la capacidad y la velocidad de succión capilar de agua del hormigón endurecido. Se utilizan probetas de 50 +/- 2 mm de espesor, que se obtienen a través del aserrado, realizado a 30 mm del extremo correspondiente a la base, de probetas cilíndricas de 100 mm de diámetro x 200 mm de altura (Figura 1). Figura 1 Luego se procede a sellar con pintura impermeabilizante toda la superficie lateral de las probetas para evitar la absorción en ese sector no contemplado en los cálculos (Figura 2). Figura 2 (1) Becario de investigación del Centro de Investigaciones Viales LEMaC. Dpto. de Ing. Civil (2) Director de Beca y/o Director a Cargo en el proyecto o en el Depto. o cátedra asociada

39 Previo al ensayo, las probetas se sumergen en agua durante 72 h. Las probetas se someten a secado en estufa a una temperatura de 50 +/- 2 ºC, hasta que la diferencia entre dos pesadas sucesivas efectuadas cada 24 +/- 1 h sea menor que 0.1% de la última medición. Una vez secadas las probetas, se registra la masa seca y se recubren con doble pliego de una película de polietileno durante 24 h, en ambiente de laboratorio. (1)Luego, las probetas se introducen en un recipiente, con una altura de agua respecto de la base de absorción de 3 +/- 1 mm. Este instante se registra como el tiempo inicial del ensayo. En los tiempos de t=30 min, t=1 h, t=2 h, t=3 h, t=4 h, t=5 h, t=6 h, t=24 h, t=48 h, y a continuación cada 24 h ± 1 h hasta que la variación de masa de la probeta sea menor que 0,1 % entre dos determinaciones sucesivas, se retira cuidadosamente cada probeta y se determina la masa húmeda. Figura 3 Para cada probeta (i) en el instante de lectura (t) se determina el incremento de masa por unidad de área (Cit), mediante la fórmula siguiente: Siendo: Cit el incremento de masa por unidad de área de la sección transversal de la probeta o del testigo (i) en el instante de lectura (t), en gramos por metro cuadrado; Mhit la masa húmeda de la probeta (i) en el instante de lectura (t), en gramos; Msi la masa seca de la probeta (i), en gramos; Ai el área de la sección transversal de la probeta (i), en metros cuadrados. La capacidad de succión capilar de cada probeta (Ci), en gramos por metro cuadrado, es el valor del incremento de masa por unidad de área de la sección transversal de la probeta o del testigo (i), en el instante de lectura (t), (Cit), que corresponde al tiempo (t) cuando la variación de masa es menor que 0,1 % entre dos determinaciones sucesivas de la masa húmeda (Mhi). La capacidad de succión capilar del hormigón (C), en gramos por metro cuadrado, se calcula como el promedio de la capacidad de succión capilar de cada probeta de la serie de ensayo (Ci). En un único gráfico se grafica el incremento de masa por unidad de área de la serie de ensayo (Cit), en gramos por metro cuadrado, en función de la raíz cuadrada del tiempo de lectura ( t ), en segundos a la un medio. (1) Becario de investigación del Centro de Investigaciones Viales LEMaC. Dpto. de Ing. Civil (2) Director de Beca y/o Director a Cargo en el proyecto o en el Depto. o cátedra asociada

40 Figura 4 La velocidad de succión capilar del hormigón (S) correspondiente a la serie de ensayo, en gramos por metro cuadrado por segundo a la un medio, es la pendiente de la recta obtenida mediante ajuste por cuadrados mínimos de la serie de puntos, obtenida La velocidad de succión capilar del hormigón correspondiente a la serie de ensayo, en gramos por metro cuadrado por segundo a la un medio, es la pendiente de la recta obtenida mediante ajuste por cuadrados mínimos de la serie de puntos. 4. Desarrollo experimental El ensayo fue realizado siguiendo el procedimiento descripto en la norma IRAM Se realizaron dos hormigones,(con distintos tipos de agregados)un hormigón con agregado natural (tabla 1) y uno con un remplazó de un 30% de agregado fino reciclado (tabla 2). confeccionando tres probetas cilíndricas de 100 mm de diámetro x 200 mm de altura, que posteriormente fueron curadas en cámara húmeda durante 28 días. Luego de cumplida la edad de ensayo, se realizó el aserrado de las muestras, se cubrió la superficie lateral de las probetas con pintura de base acuosa color celeste y, una vez secada la pintura, se sumergieron las probetas en agua durante 72 h. Figura 5 Tabla 1 Tabla 2 Cumplido el período de inmersión, las probetas se colocaron en estufa a una temperatura de 50 ºC hasta peso constante, registrándose los resultados siguientes: (1) Becario de investigación del Centro de Investigaciones Viales LEMaC. Dpto. de Ing. Civil (2) Director de Beca y/o Director a Cargo en el proyecto o en el Depto. o cátedra asociada

41 Tabla 3 (hormigón convencional) Tabla 4(hormigón reciclado) Antes de cada pesada se envolvieron en doble bolsa de polietileno cerrada hasta alcanzar una temperatura de 20 +/- 2 ºC. Realizamos los incrementos de masa húmeda (1), obteniendo los siguientes valores: Hormigón convencional: Tabla 5 Obteniendo las siguientes curvas: Grafico 1 Tabla y = 5,5x + 910,37 R² = 0,8707 Series y = 1498,4ln(x) ,3 R² = 0,9668 Series1 y = 5,4945x + 908,06 R² = 0,8899 Grafico 2 Grafico 3 La velocidad de succión capilar del hormigón obtenida fue de 5,5 g/ (m².s 1/2 ) (1) Becario de investigación del Centro de Investigaciones Viales LEMaC. Dpto. de Ing. Civil (2) Director de Beca y/o Director a Cargo en el proyecto o en el Depto. o cátedra asociada

42 Hormigón con agregado reciclado: Tabla 6 Obteniendo las siguientes curvas: Grafico 4 Tabla 7 Grafico 5 Grafico 6 La velocidad de succión capilar del hormigón obtenida fue de 2.6 g/ (m².s 1/2 ) 5. Análisis de Resultados Los resultados obtenidos en este ensayo del hormigón convencional no son razonables, debido a que considerando otras investigaciones, los valores de la velocidad de succión capilar correspondientes a hormigones de las mismas características (relación a/c inferior a 0,45) oscilan entre 2 y 3 g/ (m².s 1/2 ). De la ecuación obtenida del gráfico realizado, se (1) Becario de investigación del Centro de Investigaciones Viales LEMaC. Dpto. de Ing. Civil (2) Director de Beca y/o Director a Cargo en el proyecto o en el Depto. o cátedra asociada

43 deduce que el valor de la velocidad de succión del hormigón en estudio se ubica por encima de estos valores, y más aún, por encima del valor máximo fijado por el Reglamento CIRSOC 201, que es de 4 g/ (m².s 1/2 ). Por este motivo, se decidió repetir el ensayo correspondiente a la misma dosificación de hormigón, a fin de verificar si se han producido errores o apartamientos en la aplicación de los procedimientos establecidos en la norma. 6. Conclusión El método de ensayo IRAM 1871 requiere un instrumental sencillo y su ejecución es simple pero los resultados son muy sensibles al contenido de humedad de la probeta en el momento de iniciarlo y al cuidado con que se realicen las mediciones de succión. 7. Bibliografía IRAM 1871, Hormigón. Método de ensayo para determinar la capacidad y la velocidad de succión capilar de agua del hormigón endurecido. IRAM, Buenos Aires, (2004). CIRSOC , Proyecto de reglamento argentino de estructuras de hormigón, INTI, Buenos Aires, (2005) AATH Memorias del V Congreso internacional editores Prof. Sota Jorge D., Ing. Ortega Néstor F., Ing. Moro Juan M. Reprograficas JMA. S.A. CABA, Buenos Aires Relación entre la velocidad de succión capilar y la velocidad de secado de probetas de hormigón. Y.A. Villagrán Zaccardi, V.L Taus, A.A Di Maio, A. Pittori. (1) Becario de investigación del Centro de Investigaciones Viales LEMaC. Dpto. de Ing. Civil (2) Director de Beca y/o Director a Cargo en el proyecto o en el Depto. o cátedra asociada

44 INFLUENCIA DE LA FRACCION GRUESA DE ARIDOS EN LAS PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS ASFALTICAS DENSAS EN CALIENTE Becario: Nieto Juan Pablo (1) Director: Mgr. Botasso Hugo Gerardo (2) Proyecto de I+D+i de pertenencia: Estudio de las deformaciones plásticas permanentes en mezclas asfálticas densas con polímeros Código UTN: UTI-1094 Código de Incentivos 25/I Resumen En el presente trabajo se pretende exponer los efectos producidos en una mezcla asfáltica en caliente densa, cuando se modifican en forma exclusiva las relaciones entre los retenidos en el tamiz de 19mm con la fracción retenida en el tamiz de 12.5mm para una mezcla de tamaño máximo de 1 y tamaño máximo nominal 3/4. Para ello se presentan criterios de diseño de la curva granular de la mezcla como ser la metodología SuperPave utilizando la curva de Fuller y la gráfica de la potencia 0.45, y las propuesta por las especificaciones técnicas particulares y generales de la DNV a partir de las curvas limites granulométricas para estas mezclas cumpliendo con los parámetros de continuidad de la curva y las tolerancias en cada fracción. 2. Abstract In the present study presents the effects produced in a dense hot mix asphalt, when modified exclusively relations between retained on 19mm sieve with the fraction retained on the sieve 12.5mmpara a mixture of maximum size 1 "nominal maximum size 3/4". This will present design criteria granular mixture curve such as SuperPave methodology using the Fuller curve and 0.45 power graph, and the proposal for the particular and general technical specifications of the DNV from curves granulometric limits for these blends meeting the parameters of the curve continuity and tolerances for each fraction. 3. Fundamentos El diseño de las mezclas asfálticas para uso en caminos rurales o urbanos requiere de un estudio de las cargas que lo solicitan, esto es de transito y climáticas, y es en este aspecto que se han desarrollado metodologías de diseño que modelan dichas condiciones de cargas. Así los diseños actuales fijan una serie de ensayos y parámetros, tanto para cada componente de la mezcla (agregados y ligante asfáltico), como en su integridad (la mezcla asfáltica), para las condiciones de cargas que se consideren. Con este espíritu se ha desarrollo la metodología SHARP - SuperPave (estudio del ligante, agregados y mezcla) que requiere de todo un equipamiento parta su aplicación. Esta metodología ha sido validada en varios países como también cuestionada. Uno de los aspectos a discutir son los límites granulométricos (mas precisamente la llamada zona restringida), su cumplimiento brindaría un adecuado empaquetamiento de los agregados asegurando una adecuada resistencia a las deformaciones plásticas permanentes, pero existen mezclas que bajo ciertos rangos volumétricos y no cumpliendo con dicha zona restringida han tenido una adecuado comportamiento resistente a las deformaciones plásticas permanentes. La veracidad de los hechos hizo necesario que hoy día esta metodología este en proceso de estudio. Entre las tipología de falla en los pavimentos flexibles se encuentra el ahuellamiento, generada por la acción combinada de elevadas cargas por eje y elevadas temperaturas en el pavimento, consecuentemente la capa de rodadura pierde su serviciabilidad por la formación de una huella en la zona de contacto neumático pavimento. La huella es consecuencia de la acumulación de las deformaciones plásticas permanentes en la capa de concreto asfáltico, esto se debe (1) Becario de investigación del Centro del Area Materiales Viales (2) Director de Beca- Director LEMaC

45 primordialmente a un desplazamiento con volumen constante (flujo plástico), seguido de una reducción volumétrica del material que compone la mezcla asfáltica y las deformaciones debidas a los esfuerzos cortantes que transmiten las cargas del tránsito. La solución a este problema se ha dado modificando los asfaltos con polímeros creando la gama de asfaltos AM1, AM2, AM3 (según Normas IRAM) entre otros, otra forma es optimizar la estructura granular de los áridos de la mezcla, es decir, obtener un óptimo empaquetamiento y mayor contacto de los mismos, dando origen a la metodología Bailey, que hace necesario una calidad de áridos cada vez más severa. El diseño de una mezcla debe cumplir las especificaciones propias de cada país (generales y particulares), que en muchos casos no solo es la única herramienta diseño si no que además puede llegar a estar desactualizada, en las cuales se fijan límites granulares para cada tipo de mezclas, espesores mínimos de capas asfálticas, un mínimo de estabilidad, etc., tratando de cumplir, por así decirlo, con un mínimo de calidad de la mezcla. 4. Desarrollo experimental El presente trabajo aborda el estudio de la incidencia en la resistencia a las deformaciones plásticas permanentes en una mezcla asfáltica de características ya conocidas, esto es, se conocen las propiedades de la mezcla asfáltica tanto en su diseño como su desempeño en obra, al variar exclusivamente el tamaño ¾ del árido grueso. Ya que la metodología de diseño de la mezcla empleada está basada en el uso de las especificaciones técnicas generales de de la Dirección Nacional de Vialidad ETGVN se plantea la metodología SuperPave para el diseño de la curva granular para el mismo conjunto de agregados, valorando el desempeño resistente a las deformaciones plásticas permanentes de ambas mezclas por medio del ensayo de rueda cargada. La mezcla original se designa como M95 (siendo 95 el porcentaje de agregados de la mezcla que pasa el tamiz ¾ ), los agregados componentes de la mezcla se observa en la tabla-1, para los mismos se obtuvo un porcentaje óptimo de GRANULOMETRIA DE LOS ARIDOS M95 asfalto de 4.9% por la metodología Marshall, cuyos Tamiz Abert. AG1 AG2 AF1 AF2 FILLER valores se ven reflejados en las 06:20 09:22 00:06 A.S. CAL tablas 7, 8 y 9. La curva de agregados obtenida por la metodología SuperPave se observa en la tabla-3, y sus parámetros Marshall se reflejan en las tablas 14, 15 y 16. 3/ ,0 66,5 100,0 0,0 100,0 1/ ,0 24,8 100,0 0,0 100,0 3/ ,0 13,1 100,0 0,0 100, ,5 0,7 93,9 0,0 100, ,3 0,1 63,1 0,0 100, ,2 0,0 27,1 0,0 98, ,1 0,0 18,6 0,0 96, ,1 0,0 6,5 0,0 81,8 Tabla- 1 2

46 4.1. Diseño de las curvas de agregados. En la tabla-2 se observa el diseño granular de las mezclas identificadas como M, mezclas diseñadas según pliego de las ETGVN, seguido del valor 95 (o cual corresponda) referido al valor en porcentaje del total de la composición de agregados que pasa el tamiz ¾. Nº Tamiz Composición μm C mín. M90 M93 M95 M97 M100 C máx ,0 100,0 100,0 100,0 100, / ,0 93,0 95,0 97,0 100, / ,7 77,7 77,7 77,7 77,7 90 3/ ,7 66,7 66,7 66,7 66, ,5 52,5 52,5 52,5 52, ,7 35,7 35,7 35,7 35, ,6 16,6 16,6 16,6 16, ,0 12,0 12,0 12,0 12, ,3 5,3 5,3 5,3 5,3 8 Tabla- 2: Curvas granulares según límites DNV Grafica- 1: Curva granulares ETGVN. %PTAc vs log(tamiz) En la gráfica-2 se aprecia el cambio granular propuesto en el tamiz ¾, dando origen a las mezclas M93, M97, M90, M100. 3

47 % Pasa tamíz Composición de agregados 100,0 M100 M97 M95 M93 M97 80,0 60, Abertura de tamiz (logaritmico) Grafica-2: Curva granulares ETGVN. %PTAc vs log(tamiz) Para el estudio de la curva granulométrica SP95 por la metodología SuperPave se deben definir el tamaño máximo nominal (TMN) y tamaño máximo (TM) del conjunto de agregados. Según la granulometría M95 el TMN (3/4 ) = 12.5mm y TM (1 )= 19.1mm, a partir de estos datos se obtiene la tabla-4 que nos permite construir las curvas límites y puntos de control. En la tabla-3 se represento la curva granulométrica en los límites dados por las ETGVN cuyos porcentajes cumplen con los límites impuestos por SuperPave, puede observarse que las fracciones por arriba y por debajo del tamiz 30 presentan menores y mayores porcentajes de material pasante acumulado correspondientemente. Tamiz Composición Nº μm C mín. 95,0% C máx , / , / ,8 90 3/ , , , , , ,7 8 Tabla- 3: Composición de agregados (cumpliendo SuperPave). En la grafica-3 se muestran las curvas límites correspondiente a la tabla-3. 4

48 Tamiz Máx. Densidad Puntos de Control (TMN 19,1) Zona Restringida (TMN 19,1) Nº μm Expo. 0,45 Mín. Máx. Mín. Máx. 3/ ,77 100, / ,12 82,6 3/ ,75 73, ,02 53, ,47 39, ,6 34, ,79 21,1 17,7 20, ,58 15,4 13,7 13, ,31 8, Tabla- 4: Límites granulares SuperPave. La representación de las curvas planteadas por SuperPave (tabla-4) se observa en el gráfico-4. Grafica-3:Curva granulares SP95, curvas ETDVN. %PTAc vs log(tamiz) 5

49 Grafica-4: Curva granulares SuperPave SP95. %PTAc vs Exp Diseño de las mezclas (M ) usando las ETGVN. Con el objeto de agilizar el análisis realizado, se construyo la tabla-5 que detalla tanto los retenidos parciales en el tamiz ¾ y ½ (RPc) y acumulado ½ (RAc) a partir del análisis granulométrico de la tabla-2. M90 M93 M95 M97 M100 R.Pc.¾ (%) R.Pc.½ (%) R.Ac½ (%) 22.3 Tabla- 5: Análisis granular (%) M90 M93 M95 M97 M100 R.Pc.¾ vs RAc ½ 44.8% 31.4% 22.4% 13.4% 0% R.Pc ½ vs RAc ½ 55.2% 68.6% 77.6% Relacion ¾ / ½ 45/55 30/70 25/75 15/85 0/100 Tabla-6: Relación proporcional ¾ y ½ 6

50 Los valores del diseño Marshall de las mezclas en estudio, como asi tambien los valores Marshall se indican en las tablas 7, 8 y 9. En la tabla 10 se tienen los valores del Ensayo de rueda cargada WTT. M90 M93 M95 M97 M100 Estabilida Fluencia E/F Tabla- 9: Parámetros mecánicos Marshall M90 M93 M95 M97 M100 WTS PD Tabla- 10: Parámetros del ensayo de WTT. Dosificación Mezcla Aridos 9: : Filler Asfalto 4.9 Tabla- 7: DosificacionMarshall M90 M93 M95 M97 M100 DMarshall DRice V VAM RBV Tabla- 8: Parámetros volumétricos Marshall Grafica- 5: Curvas ensayos WTT. Mezclas M90, M93, M95, M97, M100. 7

51 En la tabla 11 se relacionan las profundidades de huella PD versus la relación de fracción ¾ retenida en el total del retenido acumulado en el tamiz ½, dicho valor expresado en %. M90 M93 M95 M97 M100 R.Pc.¾ vs RAc ½ 44.8% 31.4% 22.4% 13.4% 0% Relacion ¾ / ½ 45/55 30/70 25/75 15/85 0/100 PD (mm) Tabla- 11: Tabla comparativa de mezclas M con profundidad de huella PD. M100 M90 M97 M93 M95 Grafica- 6: Curva de tendencia polinómica (valores tabla 11) 4.3. Diseño de la mezcla (SP95) por metodología SuperPave. Con el mismo objeto planteado en 4.2 se construyo para la mezcla SP95 la tabla- 12, detallando los retenidos parciales en el tamiz ¾ y ½ (RPc) y acumulado ½ (RAc) a partir del análisis granulométrico de la tabla-3. Como se verá en los valores obtenidos a partir de los ensayos propuestos la mezcla SP95 es comparada con la patrón M95 con el fin de obtener conclusiones entre las metodologías de diseño del esqueleto granular. SP95 M95 R.Pc.¾ (%) 10 5 R.Pc.½ (%) R.Ac½ (%) 22.3 Tabla- 12: Análisis granular (%) Los valores de diseño como parametros Marshall de la mezcla en estudio se indican en las tablas- 13, 14 y 15. En la tabla 16 se tienen los valores del ensayo de rueda cargada WTT. Dosificación Mezcla Aridos 9: : Filler Asfalto 4.9 Tabla- 13: DosificacionMarshall Como puede observarse el esqueleto granular obtenido por la metodología SuperPave no resulto como se esperaba, un aumento en la resistencia a las deformaciones plásticas permanentes al cumplir con los límites impuestos tanto por 8

52 las dos métodos. En la mezcla M95 se realizaron cambios en los porcentajes áridos totales, tabla-13, que permitieron diseñar SP95 de SP95 DMarshall DRice V 7 VAM 18.5 RBV 62.1 Tabla- 14: Parámetros volumétricos Marshall SP95 Estabilidad 749 Fluencia 3.5 E/F Tabla- 15: Parámetros mecánicos Marshall SP95 M95 WTS PD Tabla- 16: Parámetros del ensayo de WTT. SP9 M95 5. Análisis de Resultados Grafica- 7: Curvas de ensayo WTT. De los ensayos de Wheel tracking test (WTT), valorado a partir de los parámetros de profundidad de huella PD (mm) y pendiente de huella WTS (10-3 mm/ciclos), se deduce que la mezcla M95 con un retenido parcial ¾ del orden del 25% del total acumulado de retenido ½, el mecanismo de acomodamiento de las partículas parece ser el óptimo para esta curva granular, ya que en el entorno de esta (mezcla M95) al variar el porcentaje de retenido ¾ la fracción retenida parcial en el tamiz ½ no permite un adecuado acomodamiento de los agregados del tamaño ¾, véase tabla-11 y grafica-6. La curva granulométrica obtenida con la metodología SuperPave no logro optimizar la mezcla desde el punto de vista de los parámetros volumétricos y mecánicos analizados por la metodología Marshall como también su resistencia a las deformaciones plásticas permanentes, ver tablas14, 15, 16 y grafica-7. Sin embargo es llamativo que la mezcla SP95 presente menores deformaciones iniciales y elevada profundidad de huella respecto a M95. Este hecho de debe a una alta taza de ahuellamiento WTD, hecho atribuible en gran medida a la inestabilidad granular obtenida por la mezcla, causada por el agruesamiento de las fracciones por encima del tamiz 30 y finesa de las fracciones por debajo del mismo tamiz, tablas - 2 y 3. 9

53 6. Conclusiones 6.1 La mezcla identificada como M95 presenta la mejor alternativa al valorar la resistencia a las deformaciones plásticas permanentes, reflejado a partir de la profundidad de huella PD. 6.2 Tanto la profundidad PD como la pendiente WTS de huella, aumentan considerablemente para los puntos estudiados. 6.3 En las mezclas M93, M95, M97, M100 se producen mayores deformaciones iniciales y finales respecto a la mezcla M95, siendo mayores cuanto mas no alejemos de este (grafica-5). 6.4 La mezcla SP95 presenta una menor deformación inicial pero alta taza de ahuellamiento, obteniéndose una gran profundidad de huella comparada con la mezcla M95 (grafica-7), esto se debe a que la curva granular presenta un mayor y menor porcentaje de aporte en las fracciones por encima y debajo del tamiz 30 haciendo la mezcla inestable granularmente. 7. Bibliografía Comisión Permanente del Asfalto. Especificaciones de mezclas asfálticas en caliente de bajo espesor para carpetas de rodamiento. (2005) Transportation Research Board. Bailey Method for Gradation Selection in Hot-Mix Asphalt Mixture Design. Circular. (2002) Botasso H.G. Inclusión de Caucho Reciclado en Mezclas Asfálticas. (2007) Nieto J. P. Estudio del Ahuellamiento en Mezclas Asfálticas Densas en Caliente para Capas de Rodadura variando la Temperatura de Compactación. (2009) Norma española UNE-EN : Mezclas Bituminosas. Métodos de Ensayo para Mezclas Bituminosas en Caliente. Parte 22: Ensayo de Rodadura. (2008) Norma VN-E9-86. Ensayo de Estabilidad y Fluencia por el Método Marshall. IRAM 1533: Método de laboratorio para la determinación de la densidad relativa real, de la densidad relativa aparente y de la absorción de agua. Autor: Nieto; Estudio comparativo de diseño de mezclas asfálticas por el método tradicional y el método Bailey Ahuellamient; Tesis de becario

54 ESTUDIO DE LÍQUENES Y OTROS ORGANISMOS CAUSANTES DEL DETERIORO BIOLÓGICO EN PROBETAS DE MORTERO Becaria: Sabrina Belén Prunell (1) Directora: Dra. Vilma G. Rosato (2) Proyecto de I+D+i de pertenencia: Relevamiento y estudio de líquenes y otros organismos causantes de deterioro biológico en obras viales Código UTN: UTI-1283 Código de Incentivos 25/I Resumen Los hongos y líquenes son capaces de desarrollarse sobre morteros y otros materiales de cemento. En experiencias anteriores se observó que los distintos aditivos (filler calcáreo, puzzolana y escorias de alto horno) influyen sobre el crecimiento del moho Aspergillus niger, notándose que el factor de mayor relevancia es la microporosidad antes que la porosidad total o la concentración de Ca. Se busca corroborar dicha hipótesis preparando morteros de cemento con escorias de alto horno, pero empleando un curado breve de 7 días para comparar si las diferencias en la porosidad a edad temprana influye en el desarrollo de A. niger, empleando microscopía electrónica de barrido, espectrometría de dispersión de electrones y porosimetría por intrusión de Hg. 2. Abstract Fungi and lichens are able to develop on mortars and other cement materials. In previous experiences it was observed that the different additions (calcareous filler, puzzolan and slash) have an influence on the growth of the mould Aspergillus niger, and the most relevant factor is microporosity rather than total porosity or Ca concentration. The aim is to test this hypothesis by preparing cement mortars with slash, but with a short 7 days curing to compare if the differences in porosity at young age influence the development of A. niger, using scanning electron microscopy, electron dispersive spectrometry and Hg intrusive porosimetry. 3. Fundamentos Los líquenes y hongos se desarrollan sobre los materiales de cemento, causando daños sobre todo estéticos, pero también químicos y mecánicos (Pinna, Nugari y Salvadori).También es necesario recordar que los mohos pueden causar alergias y enfermedades respiratorias en quienes utilizan las viviendas o espacios afectados. Por eso es importante analizar qué factores son los que favorecen o inhiben su desarrollo. Con esta finalidad, se adaptó el método de ensayo acelerado de Wiktor et al. (2009) y se realizaron diversas pruebas preparando morteros con filler calcáreo, puzzolana y escorias de alto horno, que luego de ser inoculados con el moho se incubaron y se estudiaron bajo MO (microscopio óptico),meba (Microscopía Electrónica de Barrido Ambienta) y porosimetría por intrusión de mercurio. Se observó que el desarrollo del moho A. niger está más relacionado a la microporosidad y a la cantidad de poros mayores de 1µm existentes antes que a la porosidad total o la concentración de Ca (Rosato, Sota y Prunell, 2012) Para verificar esto, se preparó un nuevo experimento: se (1) Becaria de investigación del Centro LEMaC Depto de Ingeniería Civil (2) Directora de Beca. Directora del proyecto asociado

55 prepararon probetas con escorias de alto horno, se siguió el procedimiento descrito y se realizaron los ensayos mencionados, pero realizando un curado breve de 7 días en vez de 28. Se desea ver si el diferente desarrollo de la porosidad a corta edad influye en el crecimiento de A. niger. 4. Desarrollo experimental Aislamiento de la cepa Se empleó una cepa de Aspergillus niger previamente aislada del muro del convento de San Francisco de La Plata. Preparación de los cultivos Se cultivó la cepa de Aspergillus niger en medio de agar- extracto de malta (AEM), preparado de la siguiente forma: 1000 ml de agua destilada, 20 g de agar en polvo, 30 g de maltosa y 5 g de peptona de carne. Preparación de los bloques de material Se confeccionaron probetas de mortero de 1x 6,5 x 2,5 cm en moldes de acrílico de 11 x 12 cm. En total se utilizaron 7 moldes, tres probetas por molde. Las mezclas se realizaron con 3 concentraciones diferentes de filler, puzolana y escorias, considerando también una mezcla patrón de cemento normal (Tabla 1). Los bloques se curaron en cámara húmeda durante 7 y 28 días y luego se dejaron una semana en cámara de carbonatación. Para la preparación de las mezclas se utilizaron los siguientes componentes: Cemento Portland: Es un cemento hidráulico que se obtiene de calcinar una mezcla de arcillas y piedra caliza en un horno, para pulverizar posteriormente la mezcla obtenida. Arena fina silícea: Es el material que resulta de la desintegración natural de las rocas, es la que sus granos pasan por el tamiz de mallas 1mm de diámetro y son retenidos por otro de 0.25 mm. Escoria de alto horno: Material silico- calcáreo que se obtiene en las cubas de fundición de aceros y que posee propiedades hidráulicas, frente al hidróxido de calcio. Inoculación e incubación de los bloques Previo a la inoculación, se esterilizaron los bloques y vermiculita mediante el proceso de tindalizado: los materiales se dejan una hora en la autoclave con la espita abierta. Este proceso se repite durante 3 días. Así se asegura la eliminación de todos los microorganismos sin someter al material a la presión. 2

56 Tabla 1: Dosificaciones Mezcla Agua Cemento Arena a/mc Escoria , ,60 20% , ,60 30% , ,60 50% Este material se dispuso en frascos de plástico estériles de 500 ml de capacidad: primero se colocó la vermiculita en la base y se regó con 30 ml de agua destilada estéril. Luego se cubrió la base de vermiculita con un filtro estéril de 10 cm de diámetro y se ubicaron los bloques (dos por cada frasco). Los cultivos de A. niger se inundaron con agua destilada estéril y se raspó la superficie con un ansa estéril para obtener una suspensión de esporas, que se roció sobre la superficie de los bloques. Una vez preparados los cultivos, se incubaron durante 4 meses en la estufa de cultivos a 35º C. Luego se observaron bajo microscopio estereoscópico (ME) y microscopio electrónico de barrido ambiental (MEBA). Además, se estudiaron los materiales mediante microanálisis de espectrometría de dispersión de electrones (EDE) y porosimetría por intrusión de mercurio. 5. Análisis de Resultados Crecimiento del moho: tanto en las muestras curadas durante 7 o 28 días, no se observó crecimiento. Observaciones bajo ESEM: En las muestras con 20% y 50% de escoria curados durante 28 días, al medir los poros de las imágenes (Figura 1 y figura 2), el promedio de diámetro de los mismos es de 6,5 µm y 4,7 µm, respectivamente. Figura 1: mortero con 20% escoria, curado 28 días observado bajo ESEM. Figura 2: mortero con 30% escoria, curado 28 días observado bajo ESEM 3

57 Al realizar las mismas mediciones en las imágenes de los morteros con escoria, curados durante sólo 7 días fueron de 6,18 y 6.08 µm (Figuras 3 y 4). Esto señala que ambas mezclas tienen tamaños de poros bastante semejantes, excepto el mortero con 30% de escoria y 28 días de curado, que, como es de esperarse, tiene poros menores Figura 3: mortero con 20% escoria, curado 7 días observado bajo ESEM. Figura 4: mortero con 30% escoria, curado 7 días observado bajo ESEM Porosimetría por intrusión de mercurio: se presentan los resultados en la tabla 2, presentando el porcentaje de volumen que representan los poros comprendidos entre los intervalos indicados.. Se observa que el porcentaje del volumen de poros representados por los poros mayores de 10 Å (1 µm) es mucho menor en los morteros con escoria. No se incluyen datos de los morteros curados a 7 días, porque el ensayo no pudo hacerse por desperfecto del aparato Muestra % del volumen total de poros para el rango de tamaño de poros (en Å) Tabla 2: Distribución del tamaño de poros. Cemento normal Cemento con 20% de escorias (curado 28 días) Cemento 30% escorias (curado 28 días) < , , , , Volumen total de los poros (mm 3 )

58 Microanálisis EDE Los elementos que se detectan en los morteros se presentan en la tabla 3. La presencia de S y Fe en los morteros con escoria se debe justamente al tipo de agregado. Muestra Elementos Tabla 3 Microanálisis EDE 5. Conclusiones A diferencia de lo observado anteriormente con otros morteros con adiciones de filler calcáreo y puzolana, no se observa desarrollo del moho A. niger. Esto se atribuye a la baja proporción de poros mayores a µm observada en estas mezclas, Esto resulta desfavorable pare el hongo, porque las hifas (filamentos) son mayores a 1 µm y, en consecuencia, no tendrían espacio para crecer y penetrar el material. Queda confirmar si esto es así en las mezclas curadas durante 7 días, ya que no se pudo verificar con la porosimetría por intrusión de Hg, La medición de los poros a partir de las imágenes de ESEM utilizando las escalas, parecen indicar que los poros son de similares tamaños. 6. Bibliografía Cemento normal Cemento con 20% de escorias (curado 28 días) Cemento 30% escorias (curado 28 días) Cemento 20% escorias (curado 7 días Cemento 30% escorias (curado 7 días C O Mg Al Si P S K Ca Fe Caneva G., Nugari M.P. y Salvadori O.(2003). La Biologia nel restauro. Nardini Editori, Firenze (Cuarta Ed.) Prunell, S., Rosato, V. G., Sota, J. D. (2011). Deterioro biológico acelerado por acción del hongo Aspergillus niger en matrices de cemento Portland con adiciones. 2do Congreso Iberoamericano y X Jornada Técnicas de Restauración y Conservación del Patrimonio, La Plata, 13 al 15 de setiembre (2011) (en CD) Wiktor V., De Leo F., Urzí C., Guyonnet R.. Grosseau Ph., García-Díaz E. (2009). Accelerated test to study fungal biodeterioration of cementitious matrix. International Biodeterioration and Biodegradation 63 :

59 EMPLEO DE MÉTODOS NO DESTRUCTIVOS PARA ESTIMAR EL GRADO DE ENDURECIMIENTO DE HORMIGONES PARA PAVIMENTOS Becaria: Irvin Quispe Sallol (1) Directora: Ing. Marcelo Barreda (2) 1. Resumen El propósito del presente trabajo fue establecer la correlación entre parámetros obtenidos aplicando ensayos no destructivos y la resistencia de un hormigón adecuado para su utilización en pavimentos. En particular, los valores obtenidos sirven para determinar el momento oportuno para efectuar el aserrado de juntas de contracción. 2. Abstract The purpose of this study was to establish the correlation between parameters obtained using non-destructive testing of concrete resistance suitable for use in pavements. In particular, the values used to determine the appropriate time to perform the sawing of contraction joints. 3. Fundamentos Los ensayos no destructivos (END) se pueden usar para evaluar la resistencia y otras propiedades del hormigón endurecido. En general, los procedimientos se basan en mediciones de respuestas del hormigón ante diferentes acciones, de cuyos resultados, mediante calibraciones adecuadas, pueden deducirse los valores de las propiedades a investigar. El concepto de madurez es una técnica útil para estimar la ganancia de resistencia del hormigón a edades tempranas, generalmente menores de 14 días. El método considera los efectos combinados de la temperatura y el tiempo sobre el desarrollo de resistencia del hormigón. El aumento de la temperatura de curado puede acelerar el proceso de hidratación que aumentara el desarrollo de la resistencia. La madurez es una función del producto del tiempo de curado y la temperatura interna en el hormigón. Entonces se supone que una mezcla dada a plazos iguales tendrá la misma resistencia, independientemente del curado y de las historias de temperatura y tiempo. La velocidad del pulso ultrasónico depende de las propiedades del hormigón que determinan su rigidez elástica y su resistencia mecánica. Las diferencias en la velocidad de los pulsos ultrasónicos en las distintas zonas de una estructura, reflejan las correspondientes variaciones de la calidad del hormigón. Pueden obtenerse relaciones empíricas entre la velocidad de pulso ultrasónicos y la resistencia a compresión del hormigón. Teniendo en cuenta la serie de factores que influyen en la velocidad del pulso ultrasónico, se deberán tomar precauciones adecuadas cuando se desee expresar los resultados de la velocidad de pulsos ultrasónicos en términos de resistencia a la compresión. El número de rebote determinado con el esclerómetro puede ser utilizado para evaluar la uniformidad de la calidad superficial del hormigón, para delimitar zonas de calidad inferior o de hormigón deteriorado en estructuras, para estimar la resistencia a compresión del hormigón y para indicar cambios con el tiempo en las características del hormigón, tales como las originadas por la hidratación del cemento, de modo que provee una información útil para determinar cuándo pueden retirarse los encofrados y los puntales. (1) Becaria de investigación del Centro LEMaC Depto de Ingeniería Civil (2) Directora de Beca. Directora del proyecto asociado

60 4. Desarrollo experimental y análisis de resultados Se diseñó una mezcla de hormigón apta para pavimentos, tratando de respetar las exigencias establecidas en el Pliego de Especificaciones Técnicas de la Dirección Nacional de Vialidad, con los materiales empleados habitualmente en el Partido de La Plata (Tabla 1). Dosificación de Hormigón para Pavimento Materiales P [kg/m3] Agua 160 Cemento CPC Piedra Partida Granítica 10: Piedra Partida Granítica 6: Arena silícea 204 Arena de trituración granítica 0:6 611 Aditivo plastificante 0,8 a/c 0,44 Tabla 1 Dosificación tipo para el Partido de La Plata Como aglomerante se usó un cemento portland compuesto con adición de filler calcáreo y escoria, con una resistencia de 40 MPa (CPC 40). Como agregado grueso se empleó piedra partida granítica en dos tamaños (10:30 y 6:20) combinados (40/60 % respectivamente) y como agregado fino, arena silícea natural (módulo de finura = 1,15) y arena granítica de trituración (0:6) (módulo de finura = 3,36) combinadas (25/75 % respectivamente). (Tabla 2) Granulometrías de los agregados utilizados y sus combinaciones (% Pasa) Muestras Tamices Grueso 10:30 Granítico Grueso 6:20 Granítico 40% (10:30) 60% (6:20) Fino 0:6 Granítico Fino Silíceo 75% (0:6) 25% (silíceo) Curva Total / / / / Tabla 2- Granulometría de los agregados y sus combinaciones El aditivo usado fue un plastificante, recomendado para el uso en hormigones de pavimentos, con el fin de reducir agua de mezclado manteniendo el asentamiento deseado. Con el fin de poder estimar el momento oportuno para efectuar el aserrado de las juntas en pavimentos confeccionados con el hormigón considerado, se determinó la correlación entre la resistencia a compresión y la velocidad de pulso ultrasónico y la correlación entre la resistencia y la madurez del hormigón. No se determinó la correlación entre la resistencia y el número de rebote empleando el esclerómetro debido que a edades tempranas el hormigón no adquiere suficiente resistencia como para proporcionar una lectura relevante. El medidor de madurez utilizado permitió el cálculo simultáneo de dos valores de madurez diferentes, empleando las expresiones de Nurse-Saúl y de Arrhenius. En el primer caso, se calcula el factor temperatura-tiempo de la forma siguiente: 2

61 Donde: ( ) ( ) M (t) = factor temperatura-tiempo a la edad t (grados centígrados. horas) t = intervalo de tiempo (horas) T a = temperatura promedio del hormigón durante el intervalo de tiempo t (grados centígrados) T 0 = temperatura de referencia (grados centígrados) En el segundo caso, la función empleada permite adquirir la edad equivalente como sigue: ( ) Donde: t e = edad equivalente a la temperatura de referencia T s (horas) Q = energía de activación dividida por la constate universal de los gases (kelvin) T a = temperatura promedio del hormigón durante el intervalo de tiempo t (kelvin) T s = temperatura de referencia (kelvin) t = intervalo de tiempo (kelvin) El Gráfico 1 muestra los valores de resistencia a compresión - velocidad ultrasónica, obtenidos a las mismas edades. La velocidad ultrasónica fue determinada sobre una probeta prismática aplicando el método de medición indirecta o superficial, colocando los transductores en la misma cara. Esta forma de realizar las mediciones fue utilizada debido a que en los pavimentos generalmente se tiene acceso a una sola cara del hormigón. Se obtuvo una curva de correlación que responde a la ecuación (1): (1) donde: y = resistencia a compresión (MPa) x = velocidad ultrasónica (m/s) En los Gráficos 2 y 3 se observan las curvas de correlación resistencia a compresión factor temperatura -tiempo, obtenidas mediante el empleo de dos de los cuatro canales disponibles en el equipo de medición empleado. Las ecuaciones obtenidas son las siguientes: Grafico 1 donde: (2) (3) y = resistencia a compresión (MPa) x = factor temperatura-tiempo ( C. horas) 3

62 Grafico 2 Grafico 3 En los Gráficos 4 y 5 se observan las curvas de correlación resistencia a compresión edad equivalente, obtenidas mediante el empleo de dos de los cuatro canales disponibles en el equipo de medición empleado. Las ecuaciones obtenidas son las siguientes: (4) (5) donde: y = resistencia a compresión (MPa) x = edad equivalente (horas) Grafico 4 Grafico 5 La Tabla 3 proporciona valores de la resistencia a compresión necesaria para comenzar el aserrado de juntas, considerando las características del agregado grueso y el contenido de cemento del hormigón empleado en la ejecución del pavimento. Tabla 3. Resistencia a la compresión cilíndrica necesaria para comenzar el aserrado usando equipo convencional (2) Forma del agregado grueso Dureza del agregado grueso Contenido de cemento kg/m 3 Corte aceptable (algún desmoronamiento en los bordes) MPa Corte excelente (casi sin desmoronamiento en los bordes) MPa Triturado Blando Triturado Duro Redondeado Blando Redondeado Duro

63 Considerando en la Tabla 3 la fila correspondiente al hormigón cuyas características más se aproximan al hormigón en estudio, se obtendría un corte aceptable para una resistencia a compresión del hormigón de 4,8 MPa y un corte excelente para una resistencia de 6,8 MPa. Aplicando la ecuación (1), estos valores de resistencia corresponden a valores de la velocidad ultrasónica de 1272,8 y 1708,2 m/s, respectivamente. Aplicando la ecuación (2), los valores de resistencia considerados corresponden a valores del factor temperatura-tiempo de 367,7 y 463,9 grados centígrados. horas, respectivamente. Aplicando la ecuación (4), los valores de resistencia contemplados corresponden a valores de la edad equivalente de 13,4 y 16,8 horas, respectivamente. Es decir que el aserrado puede realizarse sin inconvenientes cuando los valores determinados sobre el pavimento en construcción, obtenidos a través de los métodos de ultrasonido o madurez, coincidan con los obtenidos en laboratorio mediante la aplicación de las ecuaciones precedentes. 5. Conclusiones Los resultados obtenidos conducen a las siguientes conclusiones: Los métodos utilizados son confiables en este tipo de hormigones y tienen buena reproducibilidad de resultados en las condiciones ensayadas. Se pueden establecer anticipadamente parámetros obtenidos mediante la aplicación de técnicas no destructivas, para determinar el momento oportuno para efectuar el aserrado de juntas en pavimentos urbanos. Se debería realizar un ajuste final con las temperaturas imperantes durante la época del año en que se construye el pavimento. 6. Bibliografía 1. Guide to Nondestructive Testing of Concrete. FHWA-SA ACI R-01, American Concrete Institute. Accelerated Techniques for Concrete Paving, Early Cracking of Concrete Pavements Causes and Repairs, TB016.01P, American Concrete Pavement Association, Skokie, Illinois, Pliego de Especificaciones Técnicas Generales, Dirección Nacional de Vialidad, ASTM C 1074, Standard Practice for Estimating Concrete Strength by the Maturity Method, IRAM 1683, Hormigón de Cemento Portland, Método para Determinar la Velocidad de Pulsos Ultrasónicos, IRAM 1694, Método de ensayo de la dureza superficial del hormigón endurecido mediante la determinación del número de rebote empleando el esclerómetro de resorte,

64 METODOLOGIA DE MOLDEO DE PROBETAS DE MATERIAL GRANULAR NO LIGADO PARA EL ENSAYO DE MODULO RESILIENTE Becario: Gladys Sosa (1) Directores: Sr. Martín Villanueva (2) Sr. Luciano Brizuela 1. Resumen La tesis pretende por un lado lograr conformar probetas estables al manipuleo, y por el otro pretende que dichas probetas tengan una densidad uniforme entre las capas que la conforman. A su vez, se plantea una metodología confiable que logre el cumplimiento de lo anteriormente mencionado. 2. Abstract The thesis pretends, on the one hand, to mould stable samples with handling resistance properties and, on the other hand, to achieve a uniform density throughout the different layers of the sample. Moreover, a trustful methodology is presented in order to accomplish the objectives mentioned above. 3. Fundamentos Hace algunos años, el LEMaC adquirió un equipo de ensayo de Módulo Resiliente. Inicialmente se realizaron determinaciones sin cumplimentar con todos los requisitos que establece la norma de ensayo, a fin de familiarizarse con el equipo. Concluida esta etapa, se hizo necesario tomar recaudos más rigurosos tanto en la manipulación de la máquina como en la confección y tratamiento de las probetas, de esta manera se persigue el objetivo de cumplir con las indicaciones que establece la norma AASHTO: T (2003) y sumar confiabilidad en el resultado de las determinaciones. 4. Desarrollo experimental Moldeo de probetas: Primariamente se comenzó a moldear probetas de 30 cm de altura y 15 cm de diámetro en 6 capas, utilizando para su compactación un percutor y empleando un molde de probetas de hormigón. En el acto de desmolde, la probeta se partía diametralmente cuando se intentaba separar las dos mitades. Debido a esto se decidió cambiar el tipo de molde, con lo cual se reemplazó el compuesto por dos mitades, por uno de dimensiones idénticas al anterior pero con un único corte longitudinal. Figura Nº 1: Molde metálico de dos piezas (1)Becaria: Gladys Sosa Area Estudios del Trasporte (2)Directores: Luciano Brizuela y Martín Villanueva PID Nº 25/i053 Figura Nº 2: Molde metálico de una sola pieza

65 Los resultados ante esta opción fueron satisfactorios. Aun así, era necesario adicionar algún accesorio separador con el fin de eliminar cualquier tipo de adherencia entre el suelo y la pared interna del molde. Ante esta situación se optó por emplear una lámina de papel aluminio, material que fue descartado por su difícil colocación dentro del molde y su gran tendencia a rajarse ante el menor contacto con el material granular; luego se intentó con un material tubular de lycra. Figura Nº 3 Molde con material tubular de lycra Foto Nº 4 Molde con material de lycra y aporte de material Foto Nº 5: Probeta confeccionada y recubierta con material de lycra Este mejoró la conformación de la probeta pero se decidió abandonar su uso por el costo del material Otro de los problemas de que se manifestó fue el referido a la energía de compactación. En algunos de los suelos con los cuales se trabajó, la energía necesaria para llegar a la densidad prefijada por el ensayo Proctor era muy superior a la que le podía entregar el operador conjuntamente con el percutor. Esta circunstancia promovió el uso de un molde de tamaño menor, (con el objetivo de aumentar la energía especifica de compactación), específicamente el de 10 cm. de diámetro y 20 cm de alto, que según la granulometría del material analizado, cumplía con la norma. Figura Nº 6: Molde de 10cm x 20cm En esta etapa se modificó el número de capas, pasando así de 6 a 5, para dar de esta forma, la posibilidad al agregado de mayor tamaño de acomodarse de la mejor manera dentro de cada capa Se utilizó además, una lámina de acetato como separador entre el molde y el suelo, suprimiendo cualquier tipo de adherencia que pudiera producirse luego de la compactación entre el metal y el material a analizar. Esta lámina fue lubricada además con vaselina líquida. Utilizando este tamaño y tipo de molde se han conseguido los mejores resultados. Cabe mencionar que se han debido solucionar inconvenientes como: enrase, membrana y humedad de moldeo. 2

66 Control de Densidad: Uno de los objetivos primordiales fue el de conseguir que la densidad de la probeta sea uniforme en todas sus capas. Para evaluar este ítem se acordó moldear distintos suelos granulares y una vez terminado el proceso de compactación y desmolde, proceder a separar cada una de las capas constitutivas de la probeta y realizar la determinación de la densidad de cada una de ellas. El material disponible para conformar el estabilizado granulométrico fue el siguiente: Piedra partida 6:20 Piedra partida 6:20 Piedra partida 6:12 Tandil Olavaria Olavarria Olavarria Arena de trituración 0:6 Arena de trituración 0:6 Suelo seleccionado A-4 (7) Olavarría Tandil Teniendo en cuenta las curvas granulométricas límites que establece el Pliego de Especificaciones Técnicas Generales de la Dirección Nacional de Vialidad para material destinado a bases, se generaron dos curvas con los siguientes porcentajes de cada material: 3

67 Porcentaje que pasa Porcentaje que pasa A continuación se detalla el análisis granulométrico de ambas mezclas: Opción I Curva granulométrica Abertura de malla (micrómetros) Límite inferior Opción I Límite superior Opción II Curva granulométrica Abertura de malla (micrómetros) Límite inferior Opción II Límite superior A estas dos combinaciones se les practicó el ensayo Proctor modificado y los resultados son lo que se muestran seguidamente: Luego se procedió al conformado de las probetas. En su ejecución, se decidió intercalar entre capa y capa una lámina de acetato para facilitar la descomposición de la probeta en sus respectivas capas luego de su moldeo y de esta forma poder hacer las mediciones correspondientes en cada una de ellas. Los resultados fueron los que se ven a posteriori: 4

68 Opción II (5/9/2012) Compactación al 100% Molde: mediano Capas: 5 Altura de la capa: 4cm Dsmax: Hopt: 6.4% Densidad húmeda Humedad óptima < < < 6.4 < 7.4 Figura N 9: esquema de probeta (Opción II, compactación: 100%) La determinación de los volúmenes individuales de cada capa fue llevada a cabo de la siguiente manera: En primera instancia se hicieron tres medidas de la altura de cada capa con un calibre, pero sin desarmar la probeta. Una vez hecho esto, se procedió a separar cada capa y realizar una nueva medición con el calibre, pero esta vez con mayor precisión. Estas mediciones fueron las que se utilizaron para calcular los volúmenes expuestos en las figuras. No obstante lo antedicho, a la capa inferior se la sometió al cálculo de volumen a través del método de Arquímedes, pero esta acción fue desechada ya que en el proceso de inmersión el material comenzaba a disgregarse con extrema facilidad. Para establecer la humedad, se secó en estufa de 100ºC toda la capa. Figura N 10: Probeta desmolada con lámina de acetato aun adherida Figura N 11: Probeta desmoldada evidenciando sus distintas capas Figura N 12: separación de cada capa de la probeta 5

69 Opción II (10/9/2012) Compactación al 90% Molde: mediano Capas: 5 Altura de la capa: 4cm 90% Dsmax: Hopt: 6.4% Densidad húmeda Humedad óptima < < < 6.4 < 7.4 Figura N 13: esquema de la probeta (Opción II; compactación: 90%) Figura N 14: aspecto de la probeta compactada al 90% Figura N 15: separación en las distintas capas donde se observa disgregamiento del material Figura N 16: detalle del desprendimiento del material 6

70 Opción I (12/9/2012) Compactación al 100% Molde: mediano Capas: 5 Altura de la capa: 4cm Ds máx : H ópt : 5.8% Densidad húmeda Humedad óptima < < < 5.8 < 6.8 Figura N 17: esquema de la probeta (Opción I; compactación: 100%) Luego de terminar el proceso de medición del volumen de las capas, surgió la idea de realizar nuevamente dicha determinación a través del método de Arquímedes, pero esta vez, impermeabilizándola con un recubrimiento de parafina, este procedimiento será el adoptado en lo porvenir. Figura N 18: impermeabilización de la probeta a través de parafina fundida Figura N 19: capa impermeabilizada con parafina 7

71 5. Conclusiones Se logró lo pretendido en cuanto al moldeo de la probeta y a su desmolde y se consiguió la estabilidad deseada. Se estableció el método para evaluar la densidad de cada capa, usando parafina en la determinación del volumen. Queda pendiente evaluar la distribución uniforme de la densidad, para lograr que cada capa entre en el rango de tolerancia especificado por norma. 6. Agradecimientos. Se agradece especialmente en el desarrollo de la metodología planteada al Ing. Enrique Giaccio, por el interés y el apoyo prestado, y al Ing. Natalia Alderete, por la asistencia en cuanto a la traducción de las normativas y sus trabajos previos que sirvieron de base para el presente desarrollo. 8

72 FORMULACION DE EMULSIONES ASFALTICAS Becario: Ignacio Zapata Ferrero (1) Director: Ing. Cecilia Soengas (2) Proyecto de I+D+i de pertenencia: Metodología Teórico Práctica para el Diseño de Tratamientos Superficiales Bituminosos Bajo Condiciones de servicio Código UTN Disposición 315/11 1. Resumen En pos de una mayor preservación del medio ambiente se han ido dejando de lado las técnicas en caliente para la manipulación del asfalto en el mantenimiento de pavimento, por las denominadas técnicas en frío. Dichas técnicas se basan en la utilización de emulsiones asfálticas, una solución que se logra dispersando el asfalto en agua con la ayuda de un emulsificante. La presente tesis se centra en explicar los constituyentes básicos de las emulsiones, cómo es su funcionamiento y cómo se fabrican. 2. Abstract In pursuit of greater environmental protection have been neglected techniques for handling hot asphalt pavement construction, by so-called cold techniques. These techniques rely on the use of bitumen emulsions; a solution is obtained by dispersing the asphalt in water with the aid of an emulsifier. This thesis focuses on explaining the basic constituents of the emulsions, as its operation and how they are manufactured. 3. Fundamentos - Origen de las emulsiones El asfalto, para que pueda ser utilizado en la construcción de carreteras, debe ser calentado previamente aproximadamente hasta los 140 C para poder reducir su viscosidad permitiendo su trabajabilidad y mezcla con los agregados. Existen alternativas a este método como pueden ser la incorporación de disolventes al asfalto que luego de mezclarse con los agregados, la composición alcanza su resistencia óptima al verse evaporados los disolventes. Como desventaja este método presenta la exposición de los disolventes, que pueden ser nafta o kerosene, a la atmosfera, resultando bastante perjudicial para la misma. La alternativa que es mucho más amigable con el medio ambiente, es la de emulsionar el asfalto con agua, dando como resultado una emulsión asfáltica. Pero como el asfalto y el agua son dos líquidos no miscibles, se debe tener la presencia de un tercer agente, que se denomina emulsificante para que sea estable la emulsión asfáltica. - Definición Desde el punto de vista fisicoquímico, una emulsión es una dispersión de un líquido en otro no miscible. En nuestro caso son dispersiones de asfalto en un medio acuoso. De este modo se ponen en obra ligantes asfálticos a temperatura ambiente sin el inconveniente de tener que calentarlos para su uso o de incorporarles (1) Becario del Área de Materiales Viales, LEMaC Centro de Investigación Viales. Dpto. Ingeniería Civil (2) Tutora de la Tesis 1

73 solventes para permitir su trabajabilidad. El asfalto tiene una naturaleza química hidrófoba, es decir, repulsión por el agua, por lo tanto la forma de mezclar estos dos componentes es la de usar un agente emulsificante. Este último, tiene la tarea de reducir la tensión superficial del asfalto, y así permitir que se mezcle con el agua. La Foto 1 muestra glóbulos de emulsión estables. Foto 1. Emulsión estable. La carga repulsiva de los glóbulos evita que se acerquen demasiado El emulsificante es el encargado de aportarle a la emulsión su polaridad, generar un equilibrio físico entre el asfalto y el agua a nivel microscópico, y evitar que durante el almacenamiento de la emulsión estas dos fases no se vuelvan a juntar. Existen cuatro tipos diferentes de emulsificantes: Emulsificante catiónico Emulsificante aniónico Emulsificante no iónico Emulsificante anfótero El emulsificante se manifiesta físicamente como una larga cadena hidrocarbonada, que en su extremo presenta una molécula que será la encargada de darle la polaridad al mismo. El extremo presenta afinidad por el agua, y la cadena hidrocarbonada afinidad por el asfalto. De esta forma la cadena hidrocarbonada se introduce en los glóbulos de asfaltos y permite su mezcla con agua. Sin embargo el emulsificante debe ser previamente neutralizado con un ácido para formar un jabón soluble en agua, que será finalmente la fase acuosa que entrará en contacto con el asfalto. En la Foto 2 se observa la interfaz asfalto fase acuosa. Foto 2. Concentración de emulsificante en la interfaz agua asfalto - Fabricación Las emulsiones asfálticas se fabrican en instalaciones que constan de equipamientos para la dispersión del ligante asfáltico en agua. La calidad del producto, dependerá de ciertos elementos mecánicos que son los siguientes: (1) Becario del Área de Materiales Viales, LEMaC Centro de Investigación Viales. Dpto. Ingeniería Civil (2) Tutora de la Tesis 2

74 Sistemas de almacenamiento de materias primas. Sistemas de calentamiento, alimentación, transporte del ligante y del agua. Sistemas de fabricación compuesto por homogeneizadores, difusores y molino coloidal. A niveles de producciones mayores, se utilizan grandes plantas para la fabricación de emulsión en serie. Pero también se pueden fabricar en escala menor en un laboratorio utilizando un molino coloidal. En la Foto 3 se puede visualizar una planta industrial. El molino coloidal consta de un rotor y un estator en el cual el primero gira entre 3000 y 3500 rpm contra el estator fijo. Este sistema produce un efecto de corte y cizallamiento a la mezcla que se introduzca en el mismo, en el cual el asfalto puede ser suministrado al molino por gravedad o inyectado bajo presión. La distancia de separación entre rotor y estator es un punto fundamental a hora de formar la emulsión, ya que una separación menor entre ellos producirá una mejor dispersión del asfalto en la fase acuosa. El producto llega al rotor y éste lo empuja, debido a las fuerzas centrífugas hasta la superficie y hacia abajo. En este punto se ponen en juego fuerzas de corte y cizallamiento de mayor magnitud que la fuerzas de tensión superficial, y permiten que los productos se mantengan como una unidad. En la Foto 3 se puede visualizar el molino utilizado en el laboratorio. Foto 3. Molino de Laboratorio con el que se realizaron los ensayos - Rotura de la emulsión: Es un paso importantísimo en cualquiera de las mezclas en frío que se formulen. El rompimiento ocurre principalmente cuando la emulsión entra en contacto con los agregados. Este proceso indica que el equilibrio físico-químico entre las moléculas de asfalto y las de agua, se rompió. Debido a esto, el agua presente en la emulsión empieza a evaporarse dejando tapizados los agregados con una película de asfalto. La velocidad de rotura de la emulsión depende del tipo de emulsificante utilizado, del ph de la emulsión, de la reactividad del árido y de la emulsión, y del ambiente de colocación, teniendo en cuenta humedad y temperatura. 4. Desarrollo experimental Los primeros ensayos para la fabricación de emulsión asfáltica, se hicieron con un molino marca Alcasa, asfalto 70/100, agua destilada del laboratorio y un (1) Becario del Área de Materiales Viales, LEMaC Centro de Investigación Viales. Dpto. Ingeniería Civil (2) Tutora de la Tesis 3