Source: https://revistas.udistrital.edu.co/index.php/Tecnura/article/download/11565/12392?inline=1
Timestamp: 2020-03-28 19:14:23+00:00

Document:
doi: http://dx.doi.org/10.14483/udistrital.jour.tecnura.2016.4.a08
Evaluación del desgaste por abrasión de una mezcla drenante modificada con residuo de llanta triturada (GCR)
Evaluation of abrasion of a modified drainage mixture with rubber waste crushed (GCR)
Yee Wan Yung Vargas1, Jorge Eliécer Cordoba Maquilón2, Hugo Alexánder Rondón Quintana3
1	Ingeniera civil, especialista en Vías y Transporte, magíster en Ingeniería-Infraestructura y Sistemas de Transporte. Docente de la Universidad Francisco de Paula Santander. Cúcuta, Colombia. Contacto: yeewanyv@ufps.edu.co; ywyungv@unal.edu.co
2	Ingeniero civil, especialista en Vías y Transporte, especialista en Psicología Organizacional, magíster en Ingeniería-Infraestructura y Sistemas de Transporte, coctor en Ingeniería. Docente Universidad Nacional de Colombia. Medellín, Colombia. Contacto: jecordob@unal.edu.co
3	Ingeniero civil, magíster en Ingeniería Civil, doctor en Ingeniería. Profesor titular, Facultad del Medio Ambiente y Recursos Naturales, Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Bogotá D.C., Colombia. Contacto: harondonq@udistrital.edu.co
Fecha de recepción: 21 de febrero de 2016 Fecha de aceptación: 10 de septiembre de 2016
Cómo citar: Yung V., Y.W.; Cordoba M. J.E. y Rondón Q., H.A. (2016). Evaluación del desgaste por abrasión de una mezcla drenante modificada con residuo de llanta triturada (GCR). Revista Tecnura, 20(50), 106-118. doi: 10.14483/udistrital.jour.tecnura.2016.4.a08
Contexto: Las mezclas asfálticas drenantes son definidas como aquellas cuyos vacíos con aire oscilan entre 20% y 25%, y emplean como ligante, un asfalto modificado con algún polímero principalmente elastomérico. A diferencia de otros estudios reportados sobre el tema, se evaluó el efecto de la temperatura de mezcla entre el asfalto modificado con GCR y el material pétreo (160 ºC y 170 ºC), y la variación de las temperaturas de compactación para cada una de ellas (110 ºC, 130 ºC, 150 ºC) y (150 ºC, 160 ºC 170 ºC) respectivamente.
Método: El presente estudio evaluó en laboratorio, la resistencia al desgaste por abrasión (ensayo Cántabro) y la rigidez bajo carga monotónica (ensayo Marshall) y cíclica (módulo resiliente) que experimentó una mezcla asfáltica drenante MD fabricada con asfalto modificado con grano de caucho reciclado de llanta (GCR) por vía húmeda (se modifica el asfalto con el GCR a alta temperatura). Como asfalto base para la fabricación de las mezclas se utilizó cemento asfáltico CA 60-70 (PG 64-22).
Resultados: se reporta un incremento notable en la resistencia al desgaste por abrasión, a la resistencia bajo carga monotónica y la rigidez bajo carga cíclica de la MD cuando se modifica con GCR.
Conclusiones: Como conclusión general se resalta la influencia que tienen las temperaturas de mezcla entre el asfalto y el GCR, así como la de compactación (asfalto modificado y agregado) sobre el comportamiento de la MD modificada con GCR.
Palabras clave: Asfaltos modificados; desgaste por abrasión; mezclas drenantes; Estabilidad Marshall; GCR; Módulo resiliente.
Context: Porous asphalt mixtures are defined as an asphalt concrete with air voids content of around 20% and 25%, and the typical binder is a modified asphalt with some elastomeric polymer. Unlike other studies reported on the subject: i) The effect of mixing temperature between asphalt modified with GCR and stone materials (160 °C and 170 °C) was evaluated, ii) as the variation of compaction temperatures for each of (110 ºC, 130 ºC, 150 ºC) and (150 ºC, 160 ºC, 170 ºC), respectively.
Method: This study measured in laboratory, the resistance to abrasion (Cantabria trial) and the stiffness under monotonic (Marshall test) and cyclical (resilient modulus) loading of a porous asphalt mixture MD. Asphalt cement CA 60-70 (PG 64-22) was used as binder. This binder was modified with recycling tyre rubber (GCR) by wet way (The GCR and binder are completely mixed to form asphalt rubber).
Results: a significant increase in resistance to abrasion, resistance under monotonic loading and stiffness under cyclic loading of the MD is reported when this mixture is modified with GCR.
Conclusion: The results showed that there is a highlighted influence of mix temperature (between asphalt and GCR) and compaction temperature (modified asphalt and aggregate) on the behavior of the MD modified with GCR.
Keywords: Modified asphalt; abrasive wear; porous asphalt; Marshall stability; GCR; Resilient modulus.
De acuerdo con Rondón y Reyes (2015), los neumáticos en desuso son uno de los materiales más desechados en el mundo. Aproximadamente: i) el 2 % de los residuos sólidos totales provienen del desecho de neumáticos en desuso (Singh, Nimmo, Gibbs y Williams, 2009); ii) en Estados Unidos se desechan anualmente aproximadamente 300 millones de llantas (Zhong, Zeng y Rose, 2002; Shen, Amirkhanian y Lee, 2007); iii) de acuerdo con Botero et al. (2005), en Puerto Rico se produce, por cada habitante, un neumático de desecho al año; iv) la producción anual en Brasil es de aproximadamente 45 millones de llantas, y de estas, cerca de 30 millones son desechadas (Neto et al., 2003); v) para el año 2003 existían aproximadamente 900 millones de neumáticos colocados de manera inapropiada en el medio ambiente (Magalhães y Soares, 2003); vi) en China, en el año 2002 se produjeron 80 millones de llantas de desecho, y se esperaba para el año 2010 un número total de neumáticos abandonados de 200 millones (Cao, 2007); vii) en Bogotá D.C. (Colombia), tan solo en 1999 se generaron 1'981.375 llantas en desuso, y esta magnitud incrementó a 2'642.938 para mediados de agosto de 2010 (Rondón y Reyes, 2015). Estos desechos impactan negativamente el ambiente, contaminando principalmente el aire de la atmósfera, ya que por lo general son almacenados (generando focos de infección), incinerados al aire libre o utilizados como fuente de energía alterna (Rondón y Reyes, 2015).
Antecedentes sobre asfalto-GCR
Modificar asfaltos es una técnica ampliamente utilizada en el mundo para mejorar la respuesta de asfaltos y mezclas asfálticas (Rondón y Fernández, 2014; Rondón, Sánchez y Castaño, 2014). La tecnología de modificar materiales asfálticos con caucho no es reciente. En la década de 1840 aparece en Inglaterra la primera patente de un ligante asfáltico modificado con caucho natural. En la década de 1960, Charles H. MacDonald descubrió con éxito una forma exitosa de incorporar grano de caucho reciclado de llanta (GCR) al asfalto, y a dicha mezcla la denominó asfalto-caucho. Una descripción histórica sobre el tema de asfaltos y mezclas modificadas con GCR puede ser consultada en Carlson y Zhu (1999). De acuerdo con Rondón y Reyes (2015), el tamaño de las partículas de GCR para ser utilizado como modificador de asfalto debe ser menor a 6,3 mm (Rondón y Reyes, 2015). Para modificar el asfalto con GCR se emplean por lo general dos técnicas: i) por vía húmeda, el GCR es adicionado al asfalto a alta temperatura; ii) por vía seca, el GCR reemplaza parte del agregado pétreo dentro de la mezcla. En la actualidad, Colombia cuenta con las especificaciones del Instituto Nacional de Vías (Invías) (2013, artículo 413-13) para la caracterización de cementos asfálticos (CA) modificados con GCR, la cual se basa en la ASTM D-6114. Para el caso de Bogotá D.C., la ciudad cuenta con una especificación para la "aplicación de grano de caucho reciclado (GCR) en mezclas asfálticas en caliente (vía húmeda)" según especificación del Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) (2011, artículo 560-11). En ambas especificaciones se describen los objetivos, los alcances, los tipos de materiales, las condiciones para el recibo de los trabajos, la forma de producción del asfalto-caucho y la forma de medida y pagos entre otros aspectos.
Algunas ventajas de utilizar GCR para la modificación de asfaltos y mezclas asfálticas son: i) aumento en la resistencia a la fatiga y al ahuellamiento (Dong y Tan, 2011; Hsu, Chen y Hung, 2011; Punith et al., 2012); ii) incremento de la resistencia al envejecimiento (Huang, 2008; Dong y Tan, 2011; Punith, Xiao y Amirkhanian, 2011); iii) aumento de la resistencia al agrietamiento por bajas temperaturas (Choubane, Sholar, Musselman y Page, 1999; Huang, Bird y Heidrich, 2007; Khodary, 2010); iv) menor susceptibilidad térmica (Othman, 2006; Khodary, 2010; Dong y Tan, 2011); v) incremento en la resistencia al daño por humedad (Dong y Tan, 2011; Punith, Xiao y Amirkhanian, 2011); vi) mayor resistencia del asfalto modificado al calor (IDU y Universidad de los Andes, 2002, 2005); vii) incremento en la recuperación elástica del asfalto bajo carga (Huang, 2008; Khodary, 2010); viii) disminución del ruido de rodadura (Putman, 2005; Anderson, Pierce, Uhlmeyer y Weston, 2008; Wang, Chang, Xing y Xing, 2009); ix) mejoramiento de las propiedades reológicas (Huang, 2008; Kumar, Mehndiratta y Singh, 2010; Punith, Xiao y Amirkhanian, 2011); x) generan capas asfálticas de mayor durabilidad y menor necesidad de mantenimiento en proyectos viales (Wang y Zeng, 2006; Cooper, Mohammad y Abadie, 2007; Lee, Amirkhanian, Putman y Kim, 2007); xi) disminuyen el impacto ambiental negativo que producen las llantas (Huang, Bird y Heidrich, 2007; Wang et al., 2009; Xiao y Amirkhanian, 2009). Algunas desventajas de utilizar GCR para modificar asfaltos son: i) incrementan la viscosidad del ligante generando un aumento en la temperatura de mezcla y compactación (Bahia y Davies, 1994); ii) la modificación del CA con el GCR se realiza a temperaturas elevadas (entre 175 y 200 °C), produciendo un aumento en el uso de energía y combustibles durante la fabricación de la mezcla (Dong y Tan, 2011), iii) hay necesidad de comprar un equipo de modificación para mezclar el asfalto con el GCR y almacenarlo, lo que incrementa el costo inicial de la mezcla; iv) en ciertos casos, el caucho capta parte de los aceites del asfalto, lo que afecta las propiedades de adherencia y cohesión (Peralta et al., 2010).
Mezclas asfálticas drenantes
En Colombia estas mezclas son conocidas como MD de acuerdo con INVIAS (2013, artículo 453-13). Son mezclas cuyo porcentaje de vacíos es lo suficientemente alto (entre 20-25 %) para permitir que se filtre el agua de lluvia con rapidez y evacuarla hacia las obras de drenaje de la vía, evitando el fenómeno de hidroplaneo y encharcamiento en las vías. Adicionalmente, son mezclas que por su alta porosidad generan una textura superficial rugosa, adecuada para que la fricción entre el neumático de los vehículos con la rasante del pavimento sea alta, contribuyendo a la disminución en los niveles de accidentalidad de las vías. Son mezclas utilizadas para conformar la capa de rodadura en la capa asfáltica. El cemento asfáltico empleado es modificado con polímeros (Rondón y Reyes, 2015). El diseño de este tipo de mezcla se ejecuta por medio del método y ensayo Cántabro (ASTM D7064). En este, se evalúa la resistencia al desgaste por abrasión y a la disgregación, las briquetas o muestras son cilíndricas del tipo Marshall, compactadas a 50 golpes por cara, y se siguen los lineamientos especificados en INV. E-760-13, NLT 352/00.
Modificar mezclas porosas con el fin de transformar y mejorar sus propiedades mecánicas (especialmente en vías sometidas a climas de alta temperatura y tráfico pesado) ha sido recomendado ampliamente hace ya varios años (Ruiz, Alberola, Pérez y Sánchez, 1990; Álvarez, Martin y Estakhri, 2011). A continuación se presentan algunos estudios ejecutados sobre mezclas asfálticas drenantes o porosas modificadas con GCR o elastómeros. Cetin (2013), en un estudio sobre una mezcla asfáltica porosa modificada con GCR, reporta que el tamaño de las partículas de GCR influye sobre la resistencia a la abrasión, al daño por humedad y la rigidez bajo carga cíclica. En términos generales, registra que un incremento en el tamaño y contenido de GCR en la mezcla porosa disminuye su resistencia mecánica y durabilidad. Una conclusión similar la presenta Ibrahim et al. (2014), y además mencionan, que esta disminución en la resistencia es más notoria cuando reduce el contenido de asfalto. Según estos últimos investigadores, cuanto mayor sea el contenido de GCR adicionado, mayor debe ser la cantidad de asfalto necesario para optimizar el comportamiento de una mezcla asfáltica porosa, especialmente si el GCR presenta tamaño de partícula gruesa. Lo anterior puede ser explicado a partir de los resultados reportados por Katman et al. (2005). Estos investigadores reportaron una disminución en la resistencia a la abrasión cuando se modificó por vía húmeda una mezcla porosa. Según ellos, el GCR absorbe parte de la cantidad de ligante que se necesita para cubrir adecuadamente el agregado pétreo, disminuyendo la adherencia entre el ligante y dicho agregado, la resistencia al daño por humedad y al fenómeno de stripping. Partl, Pasquini, Canestrari y Virgili (2010) modificaron dos mezclas porosas con un polímero elastomérico (estireno-butadieno-estireno, SBS) y reportaron, con base en ensayos de laboratorio y un modelo de daño, una mayor resistencia al fenómeno de fatiga de estas mezclas en comparación con las convencionales (sin modificar). Cao et al. (2011) también reportan, a partir de ensayos de tracción indirecta, deformación permanente y fatiga, un mejor comportamiento de las mezclas porosas cuando se modifican con un polímero elastomérico. Hsu, Cheng y Hung (2011) reportan un incremento en la resistencia a la deformación permanente y la rigidez bajo carga cíclica de mezclas porosas cuando se modifican con caucho. Tahmoressi (2001) en la evaluación de cinco vías pavimentadas a escala real en el estado de Texas (USA) con mezcla asfáltica porosa, registró un mejor comportamiento (especialmente en la resistencia al agrietamiento) de dichas mezclas cuando se modifican con GCR. Por otro lado, estas mezclas son utilizadas cuando se quiere disminuir el ruido de rodadura (Nelson y Abbott, 1990; Lu y Harvey, 2011).
La mayor parte de los estudios ejecutados sobre modificación de mezclas asfálticas con GCR han sido realizados sobre mezclas de concreto asfáltico o del tipo denso y en caliente. En comparación con este último, se han realizado pocos estudios sobre modificación de mezclas drenantes o porosas modificadas con GCR. A pesar que se han ejecutado diversas investigaciones sobre el tema de estudio, la discusión sobre la eficacia de emplear GCR para fabricar mezclas drenantes no ha finalizado. Por consiguiente, los resultados de la presente investigación ayudan a que se profundice en la discusión. El objetivo del presente estudio fue evaluar la resistencia al desgaste por abrasión, la resistencia bajo carga monotónica y la rigidez bajo carga cíclica que desarrolla una mezcla asfáltica drenante cuando se modifica por vía húmeda el asfalto con un residuo de llanta triturada GCR. Las mezclas fueron elaboradas empleando como asfalto base, cemento asfaltico normalizado tipo CA 60-70, residuo de llanta triturada con tamaño máxima de partícula de 0,6 mm y granulometría de material pétreo acorde con la especificación Invías (2013, articulo 453-13) para la elaboración de mezclas drenantes. A diferencia de otros estudios al respecto, en el presente se evaluó el efecto de la temperatura de mezcla entre el asfalto y el GCR (vía húmeda de modificación), y entre el asfalto ya modificado y el agregado pétreo (temperatura de mezcla y de compactación).
En la tabla 1 se presentan los resultados de los ensayos ejecutados para caracterizar el agregado pétreo utilizado para la fabricación de las mezclas drenantes. Se observa en dicha tabla que los materiales pétreos cumplen los requisitos mínimos de calidad exigidos por la especificación Invías (2013, articulo 453-13) para mezclas drenantes. Los resultados de los ensayos ejecutados sobre el cemento asfáltico normalizado CA 60-70 se evaluaron en condiciones normales (sin modificar), y modificado con la llanta triturada GCR (tabla 2). La relación GCR/CA presentada en la tabla 2 es en peso. Se reporta un incremento notable en la rigidez cuando se aumenta el contenido de GCR en el asfalto (incremento en el punto de ablandamiento y disminución de la penetración). El GCR que se utilizó presenta un tamaño inferior a 0,6 mm (tamiz No. 30), libre de metal, fibras textiles u otros contaminantes, como lo refiere las especificaciones técnicas del IDU (2011, artículo 560-11) e Invías (2013, artículo 413-13).
Determinación del porcentaje óptimo de GCR en el asfalto
Se realizaron combinaciones de CA 60-70 con diferentes porcentajes de GCR/CA=10 %, 12 %, 15 %, 17,5 % y 20 % con respecto al peso por vía húmeda. La combinación del asfalto (CA 60-70) con el GCR se realizó teniendo en cuenta los parámetros presentados en la tabla 3 (basados en los establecidos por la especificación IDU, 2011).
Con el fin de realizar el diseño de la mezcla asfalto-GCR, se ejecutaron ensayos de viscosidad (tabla 4) empleando un viscosímetro rotacional (AASHTO T 316). De acuerdo con los resultados de las viscosidades mostrados en la tabla 4, se tomó como contenido óptimo de GCR en peso a adicionar al asfalto 17 %, ya que está dentro de los parámetros establecidos por la especificación Invías (2013, artículo 413-13): i) viscosidad 1,5 y 3,0 Pa-s; ii) penetración entre 40 y 60 décimas de mm; iii) punto de ablandamiento máximo de 55 °C.
La granulometría base utilizada para la fabricación de las mezclas asfálticas drenantes MD convencional (sin aditivo, GCR/CA=0 %) y modificadas MD-M (GCR/CA=17 %) se presenta en la tabla 5 (Invías, 2013, artículo 453-13).
La fase experimental para evaluar la respuesta mecánica de las mezclas MD-M se dividió en dos etapas:
Etapa 1. Inicialmente se evaluó la resistencia al desgaste por abrasión de la mezcla MD convencional y la modificada MD-M ejecutando ensayos Cántabro (ASTM D7064, INV. E-760-13). Este ensayo fue realizado teniendo en cuenta que es el utilizado para el diseño de mezclas asfálticas drenantes. Ambos tipos de mezclas (MD y MD-M) fueron fabricadas empleando contenidos de asfalto CA=4,0 %, 4,5 % y 5,0 %. De acuerdo con la especificación ASTM D 6925, la viscosidad de laboratorio recomendada para obtener la temperatura de fabricación de mezclas asfálticas del tipo abierta o porosa es, por lo general, aquella donde el ligante alcance una viscosidad entre 700 cp y 900 cp. Para el caso de asfaltos modificados este requisito no es confiable, debido en gran medida a que el comportamiento de estos materiales es fuertemente dependiente de la velocidad de corte (fluido no newtoniano) y las temperaturas reportadas en muchas ocasiones son altas y no realistas (West, Watson, Turner y Casola, 2010; Zoorob, Castro y Pereira, 2012) degradando, a dichas temperaturas, las propiedades originales del ligante al oxidarlo y envejecerlo. Adicionalmente genera problemas de emisiones contaminantes a la atmósfera. Por lo anterior, las mezclas convencionales fueron elaboradas a 130ºC entre el asfalto y el material pétreo, con temperatura de compactación (100 ºC, 110 ºC, 130 ºC). Las mezclas con aditivo (GCR) fueron fabricadas por ensayo y error bajo temperaturas de mezcla de 160 ºC y 170 ºC entre el asfalto modificado y el material pétreo. Así mismo la temperatura de compactación tuvo variaciones de (110 ºC, 130ºC, 150 ºC) para la mezcla de 160 ºC, y temperatura de compactación (150 ºC, 160 ºC, 170 ºC) para la mezcla de 170 ºC.. Por cada porcentaje de asfalto, temperatura de mezcla y temperatura de combinación entre el asfalto y el GCR fueron fabricadas cinco briquetas para la realización del ensayo Cántabro. Las mezclas se compactaron a 50 golpes por cara y cada briqueta presentaba una masa de 1000 g siguiendo los lineamientos establecidos por Invías (2013, artículo 453-13). Ejecutando el ensayo Cántabro, se determinaron las pérdidas por desgaste por abrasión en la máquina de los ángeles en seco y en húmedo (estas últimas sumergidas durante 24 horas a 60 ºC en baño maría).
Etapa 2. Con los resultados del ensayo Cántabro se establecieron el contenido óptimo de asfalto, las temperaturas de mezcla y temperatura de combinación entre el asfalto y el GCR. Para establecer los parámetros mencionados anteriormente se utilizaron los criterios establecidos por Invías (2013) para el diseño de mezclas drenantes: i) los vacíos con aire de la mezcla (AASHTO T 269) no deben ser inferiores al 20 % y superiores al 25 %; ii) la pérdida por desgaste en el ensayo cántabro (NLT 352, ASTM D7064, INV. E-760-13) no debe ser superior al 25 % en seco; iii) el tiempo que tarden 100 ml de agua en atravesar la muestra no deberá exceder 15 segundos; iv) el porcentaje de asfalto no debe ser inferior al 4,5 % con respecto al peso de los agregados. Lo anterior con el fin de fabricar nuevas briquetas de 1000 g compactadas a 50 golpes por cada cara (cinco por cada contenido de asfalto CA=4,0 %, 4,5 % y 5,0 % y GCR/CA=17 % en peso) para evaluar la resistencia bajo carga monotónica a través del ensayo Marshall (AASHTO T 245-97, 2004), y la rigidez bajo carga cíclica mediante la determinación del módulo resiliente ( AASHTO TP31) a tres temperaturas (10 °C, 20 °C y 30 °C) y frecuencias de carga (2,5 Hz, 5 Hz y 10 Hz). Cada ensayo de módulo resiliente fue realizado sobre nueve muestras (tres por cada temperatura) fabricadas de la misma forma como se manufacturaron las briquetas para los ensayos Cántabro y Marshall.
En las figuras 1-3 se presentan los resultados del ensayo Cántabro realizados sobre las mezclas drenantes convencional MD (sin aditivo, GCR/CA=0 %) y modificada MD-M (GCR/CA=17 %). Para el caso de la mezcla asfáltica drenante MD convencional (figura 1) se observa que la mayor resistencia al desgaste por abrasión en seco lo experimenta cuando se fabrica con un contenido de asfalto CA=5,0 %. En este porcentaje de asfalto, las mezclas desarrollan un desgaste por abrasión inferior al máximo especificado por Invías (2013) de 25 % para cualquier temperatura de mezcla utilizada. Este criterio de máximo desgaste por abrasión lo cumple adicionalmente la mezcla convencional cuando es fabricada a temperatura de 130 °C para cualquier porcentaje de asfalto empleado, y con un porcentaje de asfalto de 4,5 % y temperaturas de mezcla de 110 °C y 130 °C. Para el caso del desgaste por abrasión bajo condición húmeda se observa que la mayor resistencia la experimenta la mezcla fabricada con un contenido de asfalto CA=4,5 % bajo temperatura de mezcla de 130 °C (pérdida en húmedo de 64,56 %). Este valor es superior al máximo exigido por la especificación Invías (2013) de 45 % para el diseño de mezclas MD. En síntesis, para el caso de la mezcla asfáltica convencional, el mejor comportamiento al desgaste por abrasión lo desarrolla la mezcla fabricada bajo temperatura de mezcla de 130 °C y contenido de asfalto CA=4,5 %.
Para el caso de las mezclas drenantes modificadas con GCR (MD-M) y fabricadas combinando el asfalto y el material pétreo a 160 ºC, se observa una disminución notable de la resistencia al desgaste por abrasión en seco y húmedo cuando se comparan con las mezclas de control convencionales MD (figura 2). Tan solo las mezclas MD-M con contenido de asfalto CA=5,0 % cumplen el requisito mínimo de desgaste por abrasión en seco requerido por Invías (2013), y la resistencia bajo condición húmeda disminuye ostensible. Contrario a lo anterior, cuando en las mezclas MD-M se combina el asfalto y el material pétreo a 170 °C, la resistencia al desgaste por abrasión en seco y húmedo aumenta con respecto a la de control MD (figura 3). Para un contenido de asfalto CA=4,5 % (mínimo exigido por Invías, 2013), el mejor comportamiento al desgaste por abrasión en seco y húmedo lo desarrolla la mezcla MD-M fabricada bajo temperatura de mezcla de 170 ºC con una compactación de 160 ºC (disminución de 31 % y 10 % en las pérdidas por desgaste por abrasión en seco y húmedo respectivamente). Lo anterior indica que el GCR requiere de altas temperaturas para poderse mezclar con el asfalto. En síntesis, la mejor respuesta de las mezclas se reporta cuando aumenta la temperatura en la cual se combinan los elementos constituyentes: asfalto-GCR-agregados pétreos (temperatura de mezcla de 170° C entre el asfalto modificado y material pétreo, a una temperatura de compactación de 160ºC). Lo anterior se debe principalmente a que el asfalto en combinación con el GCR incrementa la viscosidad del ligante base, requiriendo mayores temperaturas para alcanzar un estado de fluidez óptimo que le permita adherirse mejor al agregado pétreo (manejabilidad y compactabilidad de la mezcla).
Ensayo de resistencia bajo carga monotónica (Marshall)
Para la ejecución del ensayo Marshall se fabricaron briquetas con contenidos de CA=4,5 %, GCR/CA=17 %, temperatura de combinación entre el asfalto y GCR de 170 °C y de mezcla con el agregado pétreo de 170 °C. Estos parámetros fueron escogidos teniendo en cuenta los resultados anteriormente presentados de desgaste por abrasión en el ensayo Cántabro y los criterios redactados en el capítulo de metodología. En la tabla 6 se presentan los resultados obtenidos de la prueba de resistencia bajo carga monotónica (Marshall). Se reporta un incremento significativo en la estabilidad (E) y relación estabilidad/flujo (E/F) de la mezcla asfáltica modificada con GCR, lo que induce a pensar que de manera directa la mezcla drenante modificada MD-M es más resistente bajo carga monotónica, y de manera indirecta, más resistente al fenómeno de acumulación de las deformaciones permanentes (ahuellamiento) a altas temperaturas de servicio. El uso de GCR (MD-M) incrementa E y E/F en 70,1 % y 103,1 %, respectivamente, con respecto a las mezcla MD que no lo utiliza. Lo anterior se debe principalmente al incremento en rigidez que desarrolla el asfalto cuando se modifica con el GCR.
Para la ejecución del ensayo de módulo resiliente también fueron fabricadas briquetas con contenidos de CA=4,5 %, GCR/CA=17 %, temperatura de combinación entre el asfalto y GCR de 170 °C y de mezcla con el agregado pétreo de 170 °C. En la figura 4 se presenta la evolución del módulo resiliente de las mezclas drenantes convencional MD (sin aditivo, GCR/CA=0 %) y modificada MD-M (GCR/CA=17 %). Se observa un incremento típico en los valores de módulo resiliente cuando disminuye la temperatura e incrementa la frecuencia de carga. Adicionalmente se reporta un incremento significativo en la rigidez bajo carga cíclica cuando la mezcla drenante se modifica con GCR. El incremento promedio en el módulo es de aproximadamente 17 % para cualquier temperatura de ensayo. Este incremento en el módulo es debido principalmente a la mayor rigidez y viscosidad que desarrolla el asfalto base cuando se modifica con el GCR.
El presente estudio midió la resistencia al desgaste por abrasión, bajo carga monotónica y cíclica que experimentó una mezcla asfáltica drenante cuando se modificó por vía húmeda con GCR. Con el fin de evaluar dichas resistencias, se adelantaron ensayos Cántabro, Marshall y módulo resiliente. A partir de los resultados se concluye:
El cemento asfáltico base incrementa su viscosidad y rigidez cuando se adiciona GCR por vía húmeda.
Las temperaturas de mezcla entre el asfalto y el GCR, así como la de mezcla entre el asfalto ya modificado y el agregado pétreo, influyen notoriamente en el comportamiento de la mezcla drenante modificada. Se reporta una disminución notoria en la resistencia al desgaste por abrasión cuando las mezclas drenantes modificadas con GCR son fabricadas a 160° C y su temperatura de compactación es de 150 ºC. Sin embargo, cuando se mezcla a 170 °C dicha resistencia incrementa, específicamente para una temperatura de compactación de 160 ºC comparados con las mezclas convencionales sin aditivo y un porcentaje de CA del 4,5%.
La resistencia bajo carga monotónica y la rigidez bajo carga cíclica de la mezcla drenante incrementa significativamente cuando se modifica con GCR.
El mejor comportamiento de la mezcla analizada se alcanzó cuando se empleó un contenido de asfalto CA=4,5 % en peso, GCR/CA=17 % en peso, temperatura de mezcla entre el asfalto y el GCR por vía húmeda de 170 °C y temperatura de mezcla entre el asfalto modificado y el agregado pétreo de 170° C, con una temperatura de compactación de 160ºC.
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References: artículo 413
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 artículo 453
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