Ciencia y Educación (ISSN 2707-3378)
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ANÁLISIS COMPARATIVO DE LA DEFORMACIÓN Y RESISTENCIA DE LA MEZCLA
ASFÁLTICA CON TOBA VOLCÁNICA Y MEZCLA ASFÁLTICA TRADICIONAL.
COMPARATIVE ANALYSIS OF THE DEFORMATION AND STRENGTH OF ASPHALT
MIXTURE WITH VOLCANIC TOBA AND TRADITIONAL ASPHALT MIXTURE.
Autores: ¹Danny Damián Arciniegas Benítez y ²Efraín Leoncio Ríos Intriago
¹ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-4377-6987
¹E-mail de contacto: darciniegasb@ulvr.edu.ec
²E-mail de contacto: eriosi@ulvr.edu.ec
Articulo recibido: 28 de Marzo del 2021
Articulo revisado: 3 de Abril del 2021
Articulo aprobado: 30 de Abril del 2021
¹Estudiante de Ingeniería Civil de la Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil (Ecuador).
²Tecnólogo en Ciencias Navales egresado del Instituto Superior Centro Tecnológico Naval (Ecuador). Estudiante de Ingeniería Civil de
la Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil (Ecuador).
Resumen
La mezcla asfáltica en caliente es la
combinación de áridos con un ligante. Las
cantidades relativas de ligante y áridos
determinan las propiedades físicas de la
mezcla. La desventaja de las mezclas asfálticas
tradicionales es su deformación, resistencia,
durabilidad, utilizada en la carpeta asfáltica, la
cual presenta pocos años de vida útil, debido a
los agregados gruesos, finos, ligante que
intervienen en la dosificación de la mezcla, se
producen deterioros de la mezcla asfáltica
tradicional por acciones físicas, química,
ambientales. La toba volcánica es un tipo de
roca ígnea volcánica, ligera, de consistencia
porosa, formada por la acumulación de cenizas
u otros elementos volcánicos muy pequeños
expelidos por los respiraderos durante una
erupción volcánica. Esta investigación
considera el uso de la toba volcánica como
agregado grueso para ser utilizado en las
mezclas asfálticas, con el fin de mejorar la
resistencia, deformación, durabilidad de la
mezcla asfáltica
Palabras claves: Mezcla asfáltica, toba
volcánica, deformación, resistencia.
Abstract
Hot mix asphalt is the combination of
aggregates with a binder. The relative amounts
of binder and aggregates determine the
physical properties of the mixture. The
disadvantage of traditional asphalt mixtures is
their deformation, resistance, durability, used
in the asphalt mat, which has a few years of
useful life, due to the coarse and fine
aggregates, binder that intervene in the dosage
of the mixture. deterioration of the traditional
asphalt mix due to physical, chemical and
environmental actions. The volcanic tuff is a
type of volcanic igneous rock, light, of porous
consistency, formed by the accumulation of ash
or other very small volcanic elements expelled
by the vents during a volcanic eruption. This
research considers the use of volcanic tuff as a
coarse aggregate to be used in asphalt mixtures,
in order to improve the strength, deformation,
and durability of the asphalt mixture.
Keywords: Asphalt mixture, volcanic tuff,
deformation, resistance.
Sumário
Asfalto misturado a quente é a combinação de
agregados com um ligante. As quantidades
relativas de aglutinante e agregados
determinam as propriedades físicas da mistura.
A desvantagem das misturas asfálticas
tradicionais é sua deformação, resistência,
durabilidade, utilizadas na esteira asfáltica, que
possui poucos anos de vida útil, devido aos
agregados graúdos e finos, aglutinantes que
interferem na dosagem da mistura, são
produzidos deterioração da massa asfáltica
tradicional devido a ações físicas, químicas e
ambientais. O tufo vulcânico é um tipo de rocha
ígnea vulcânica, leve, de consistência porosa,
formada pelo acúmulo de cinzas ou outros
pequenos elementos vulcânicos expelidos pelas
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aberturas durante uma erupção vulcânica. Esta
pesquisa considera o uso de tufo vulcânico
como agregado graúdo para ser utilizado em
misturas asfálticas, a fim de melhorar a
resistência, deformação e durabilidade da
mistura asfáltica.
Palavras-chave: Mistura asfáltica, tufo
vulcânico, deformação, resistência.
Introducción
La historia del uso de asfalto se remonta hace
miles de años. Los primeros usos del “asfalto”,
se localizan en la impermeabilización de
embalses y tanques de agua. Existen indicios de
carreteras (4000 a. de C). en Iraq. En Babilonia
(600 a. de C.), se localizan vías pavimentadas a
base de bloques de terracota unidos por asfalto
natural (Labrador, 2006).
Todas estas vías de acceso estaban basadas,
fundamentalmente, en el uso de amalgamas de
piedra con arena y otros materiales, y de algunas
de ellas, todavía se conservan restos. Mención
destacada en numerosas publicaciones, merece
la llamada “Ruta de la Seda”, tanto por su
longitud, como por su duración (se estima en
unos 1400 años la duración de esta vía). Por esta
ruta realizó Marco Polo alguno de sus
innumerables viajes. (Rojo, 2020)
Los romanos fueron los que construyeron, de
una forma más técnica, sus carreteras, llamadas
más comúnmente calzadas por el uso de la cal.
La red de comunicaciones romana era muy
amplia, se estima en más de 85.000 km. con el
fin de poder comunicar las diferentes provincias
del Imperio. Tenían un trazado rectilíneo, con
escaso número de curvas, con lo cual
necesitaban una profusa utilización de obras de
fábrica para poder salvar los diferentes
obstáculos que se iban presentando. Hoy en día
siguen siendo objeto de estudio, en la ingeniería
moderna
Con el paso de los siglos, y con funciones
básicas de comunicación para el comercio y la
guerra, se va extendiendo la pavimentación de
los caminos. Durante los siglos XV y XVI la
pavimentación de los caminos se hace más
extensiva, y son los franceses los primeros en
realizar estudios más sistemáticos de la
construcción de éstos, a ellos se debe el primer
documento técnico, que data de 1.554. Todos
estos antecedentes adolecían de algo que hoy
parece fundamental, el mantenimiento posterior
de la vía, con lo cual, su existencia solía ser
bastante corta. (Rojo, 2020)
La fatiga en las mezclas asfáltica es el principal
inconveniente en el deterioro de su estructura
que afecta al pavimento asfaltico, esto es
producido por las cargas vehiculares a la que
está expuesta, produciendo perdida en su
rigidez produciendo fisuras y grietas. La vida de
los pavimentos está directamente relacionada
con este fenómeno por ese motivo debe
realizarse las correcciones adecuadas para
evitar este deterioro en su estructura. (Gómez,
2019)
El Módulo de Rigidez es una relación de
tensiones y deformaciones, que particularmente
en las mezclas asfálticas no se presenta como un
valor único, como en el caso de otros
materiales, sino como dependiente de la
Temperatura de ensayo y la Frecuencia de
aplicación de la carga. Para estos materiales, el
Módulo de Rigidez que valora la respuesta del
pavimento asfáltico ante solicitaciones
dinámicas, considerando el rango de
Temperaturas que pueda sufrir el pavimento en
servicio, es comúnmente conocido como el
Módulo Dinámico (Apas, 2017).
En líneas generales puede decirse que la
variación de las propiedades dinámicas por el
cambio de la Temperatura provoca una
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disminución apreciable en el valor del Módulo
Dinámico a medida que ésta aumenta. Por otro
lado, el efecto de la Frecuencia de aplicación de
la carga se manifiesta a través del movimiento
de los vehículos pesados sobre la estructura, y
genera módulos mayores a medida que la
velocidad se incrementa, es decir a medida que
aumenta la Frecuencia de carga (Apas, 2017).
Para conocer en cada caso en particular cómo
esto se manifiesta en forma cuantitativa, es
necesario efectuar determinaciones del módulo
en laboratorio, por medio de distintos
procedimientos, sometiendo a las muestras a
deformación en su rango lineal, bajo cargas
repetidas o cargas con velocidad de
deformación controlada, registrando durante el
ensayo de ambos esfuerzos (Apas, 2017).
Desarrollo
Mezcla asfáltica.
Las mezclas asfálticas se emplean en la
construcción de firmes, ya sea en capas de
rodadura o en capas inferiores y su función es
proporcionar una superficie de rodamiento
cómoda, segura y económica a los usuarios de
las vías de comunicación, facilitando la
circulación de los vehículos, aparte de
transmitir suficientemente las cargas debidas al
tráfico a la explanada para que sean soportadas
por ésta. Se tienen que considerar dos aspectos
fundamentales en el diseño y proyecto de un
firme: (Barrera Rodríguez, 2015)
➢ La Función Resistente, que determina los
materiales y los espesores de las capas que
habremos de emplear en su construcción.
➢ La Finalidad, que determina las
condiciones de textura y acabado que se
deben exigir a las capas superiores del
firme, para que resulten seguras y
confortables. A estas capas superiores se le
denomina pavimento.
Arena.
La arena son granos finos compuestos de los
residuos de la rocas y minerales el diámetro de
este agregado varia de 0,063 mm y 2 mm. Se lo
utiliza particularmente como parte de los
agregados en la construcción de diversas obras
así como también para relleno como material de
confinamiento. (Infante, 2007).
Grava triturada.
Son rocas expuestas a la máquina de trituración
con la finalidad de utilizarlas como parte del
agregado grueso en las obras de construcción,
estas obtienen una resistencia mayor al ser parte
de una mezcla de hormigón debido a sus aristas
angulosas, es un material excelente para la
construcción (Castro Dorado, 2015).
Ligante asfáltico.
Los ligantes asfálticos son elaborados a partir
del pitch asfáltico o residuo proveniente de la
destilación del petróleo crudo (Mendonça,
2021).
Toba volcánica
Producto de violentas erupciones volcánicas, se
produce una formación rocosa llamada toba
volcánica. Estas formaciones son consideradas
rocas ígneas extrusivas y se caracterizan por su
consistencia porosa y liviana. La toba volcánica
cuyo principal uso es en la industria de la
construcción, es posible encontrarla en las áreas
con presencia de volcanes, en distintas regiones
del mundo. La composición de estas rocas
puede variar de acuerdo con los minerales que
intervienen en su formación (Romero-Segura,
2021).
Estas formaciones rocosas nacen a partir de las
actividades volcánicas. Una condición
importante para la aparición de la toba
volcánica es que ocurran erupciones violentas.
Cuando estas erupciones se producen, el polvo,
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las partículas, las cenizas volcánicas y el
magma se asientan en la superficie terrestre y se
van acumulando, luego sufren un proceso de
enfriamiento rápido.
Todas las partículas que son expulsadas por la
erupción pueden provenir de la chimenea
principal del volcán o bien, pueden ser escapes
que se producen desde las grietas o fisuras en
las paredes del volcán en erupción. Las grietas
son canales bastante más estrechos que la
abertura principal pero que se extienden desde
la superficie de la tierra hasta las cámaras donde
se encuentra acumulado el magma.
Luego que las partículas de roca, las cenizas y
el magma, se depositan sobre la superficie
terrestres, se produce un proceso llamado
litificación. Este proceso es el que, finalmente,
termina en la conformación de estas rocas
ígneas, llamadas toba volcánica. El proceso de
formación puede producirse de varias maneras.
Uno de ellos consiste en partículas y magma
que se acumula y queda enterrado debajo de
capas de otras rocas y el proceso de
endurecimiento, hasta formar piedras, se
produce por compactación. Otra de las
alternativas consiste en la cementación.
Esto ocurre cuando las partículas, que se
encuentran a temperaturas muy elevadas,
forman rocas. En este proceso, la calcita y el
cuarzo se encuentran en soluciones y precipitan
y van pegando las partículas a una roca. En estos
casos, tanto las partículas como la roca se
fusionan, debido a la temperatura y forman una
toba volcánica soldada.
La toba volcánica puede estar constituida por
una gran variedad de minerales, esto la
diferencia de otro tipo de rocas.
Individualmente, los granos que la conforman
pueden ser cristalinos, vítreos o cenizos. La toba
puede contener en su interior augita, biotita,
plagioclasas y leucita, pero la variedad de
minerales puede ser más amplia. Debido a la
presencia de numerosos minerales, podemos
encontrar toba volcánica que varíen en color,
aspecto o textura. Pero siempre manteniendo
sus características básicas de porosidad y
livianas, con resultado se su proceso de
solidificación (Romero-Segura, 2021).
Pavimento flexible.
El pavimento flexible aquel está compuesto por
una capa o carpeta asfáltica es decir el
pavimento flexible utiliza una mezcla de
agregado grueso o fino (piedra machacada,
grava y arena) con material bituminoso
obtenido del asfalto o petróleo, y de los
productos de la hulla. Esta mezcla es compacta,
pero lo bastante plástica para absorber grandes
golpes y soportar un elevado volumen de
tránsito pesado. El uso de pavimentos flexibles
se realiza fundamentalmente en zonas de
abundante tráfico como pueden ser vías, aceras
o estacionamientos. La construcción del
pavimento flexible se realiza a base de varias
capas de material. Cada una de las capas recibe
cargas por encima de la capa. Cuando las supera
la carga que puede sustentar traslada la carga
restante a la capa inferior. De ese modo lo que
se pretende es poder soportar la carga total en el
conjunto de capas. (Cifuentes, 2021).
Una carpeta constituida por una mezcla
asfáltica proporciona la superficie de
rodamiento; que soporta directamente las
solicitaciones del tránsito y aporta las
características funcionales. Estructuralmente, la
carpeta absorbe los esfuerzos horizontales y
parte de los verticales, ya que las cargas de los
vehículos se distribuyen hacia las capas
inferiores por medio de las características de
fricción y cohesión de las partículas de los
materiales y la carpeta asfáltica se pliega a
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pequeñas deformaciones de las capas inferiores
sin que su estructura se rompa. Las capas que
forman un pavimento flexible son. carpeta
asfáltica, base y súbase, las cuales se construyen
sobre la capa subrasante. (Meza, 2019)
Estructura de los pavimentos
Un pavimento es un operador que funciona a
base de respuestas, cuando es activado por
funciones de excitación (Bin, 2021).
Físicamente el pavimento es un sistema
multicapa, construido por materiales de
características mecánicas conocidas, dispuestos
en capas de espesor conocido. De esta manera,
el pavimento está caracterizado por las
propiedades, disposición y cantidad de los
materiales utilizados, así como de la calidad de
la construcción.
Cuando actúan sobre el pavimento funciones
tales como las cargas producidas por el tránsito,
se generan respuestas inmediatas del pavimento
que obedecen leyes casi identificadas como
estados de esfuerzos, deformaciones unitarias y
deflexiones
El tiempo transcurrido hasta alcanzar las
condiciones de falla constituye el ciclo de vida
del pavimento, durante el cual, las condiciones
y características del pavimento se degradan con
el tiempo dando lugar a una curva de
comportamiento, que refleja propiamente el
nivel de servicio que el pavimento proporciona
al usuario, lo cual tiene a su vez importantes
implicaciones de tipo económico.
El proyecto de un pavimento debe involucrar
los aspectos de diseño estructural, materiales y
su disposición, tránsito, clima, aspectos
constructivos y estrategias de conservación,
cuya eficiencia debe juzgarse a través de su
evaluación beneficio costo. (Bin, 2021)
La función de un pavimento es la de proveer una
superficie de rodamiento al tránsito y distribuir
las cargas aplicadas por el mismo, sin que se
sobrepasen las tensiones admisibles de las
distintas capas del pavimento y de los suelos de
fundación. Los pavimentos están formados por
capas de resistencia decreciente con la
profundidad. Generalmente se componen de:
carpeta de rodamiento (que puede ser asfáltica
o de hormigón), base y sub base apoyado todo
este conjunto sobre la subrasante. En algunos
casos puede faltar alguna de estas capas (Bin,
2021).
Capa subrasante
Generalmente es el terreno natural en la cual se
apoya toda la estructura del pavimento, es decir
que no forma parte de la estructura en sí. Sin
embargo, la capacidad soporte de la subrasante
es un factor básico que afecta directamente la
selección de los espesores totales de las capas
del pavimento. Su finalidad es resistir las cargas
que el tránsito transmite al pavimento,
transmitir y distribuir las cargas al cuerpo del
terraplén, evitar que los materiales finos
plásticos del cuerpo del terraplén contaminen el
pavimento y economizar los espesores de
pavimento. La capa superior de la capa
subrasante coincide con la línea subrasante del
proyecto geométrico. Es indispensable tomar en
cuenta las especificaciones de la pendiente
longitudinal. La altura para las obras de drenaje
para que el agua capilar no afecte el pavimento
(Bin, 2021).
Capas de relleno o material selecto
Es una capa compactada consistente en
materiales de procedencia natural o que son
sometidos a modificaciones mínimas previo a
su utilización en una obra. El material que
compone estas capas debe poseer mejores
propiedades que la subrasante. El propósito de
esta capa es alejar las cargas del tráfico de la
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subrasante mediante un material con costo
menor que las capas de base y subbase. Aunque
las bases y las subbases tienen características
semejantes, las sub bases son de menor calidad
(Bin, 2021).
Capa Sub base
Es la capa de material que se construye
directamente sobre la terracería y su función es:
Reducir el costo de pavimento disminuyendo el
espesor de la base. Proteger a la base aislándola
de la terracería, ya que, si el material de la
terracería se introduce en la base, puede sufrir
cambios volumétricos generados al cambiar las
condiciones de humedad dando como resultado
una disminución en la resistencia de la base.
Proteger a la basura impidiendo que el agua
suba por capilaridad. Transmitir y distribuir las
cargas a las terracerías (Bin, 2021).
Capa Base
Es la capa de material que se construye sobre la
subbase. Los materiales con los que se
construye deben ser de mejor calidad que los de
la subbase y su función es la de tener la
resistencia estructural para soportar las
presiones transmitidas por los vehículos. Tener
el espesor suficiente para que pueda resistir las
presiones transmitidas a la sub base. Aunque
exista humedad la base no debe de presentar
cambios volumétricos perjudiciales (Bin,
2021).
Capa de rodadura o revestimiento asfáltico
En el caso de los pavimentos flexibles, está
constituida por un material pétreo, al que se
adiciona un producto asfáltico que tiene por
objeto servir de aglutinante. Esta capa trasmite
las cargas inducidas por el tráfico hacia la capa
de base en la que se apoya, además que provee
una superficie adecuada para el rodamiento del
tráfico. También debe poseer la menor
permeabilidad posible, con el fin de que el agua
superficial drena en su mayor parte sobre ésta,
reduciendo la cantidad de agua que llegue a la
base. En general, la carpeta de rodamiento de
mayor calidad se construye con mezcla asfáltica
producida y colocada en caliente (Bin, 2021).
Asfalto
Es un material aglomerante oscuro, constituido
por mezclas complejas de hidrocarburos no
volátiles con alto peso molecular; originarios
del petróleo crudo, en el cual están disueltos,
pueden obtenerse por evaporación natural de
depósitos localizados en la superficie terrestre,
denominados Asfaltos Naturales, o por medio
de procesos de destilación industrial cuyo
componente predominante es el Bitumen
(Montejo-Ávila, 2021).
Los asfaltos destilados del petróleo son
producidos ya sea por destilación por vapor o
soplados. La destilación por vapor produce un
excelente asfalto para pavimentos, mientras que
el producto de destilación por aire o soplado
tiene una escasa aplicación en pavimentación.
• Obtención y tipos
Según el origen del petróleo crudo la
composición de base se divide en: -
➢ Base Asfáltica
➢ Base Parafínica
➢ Base Intermedia
Los asfaltos de base asfáltica, es decir, asfaltos
obtenidos de petróleos asfálticos, son más
deseables para pavimentación, ya que tienen
buenas características ligantes y de resistencia
al envejecimiento por acción del clima. Los
asfaltos de base parafínica se oxidan lentamente
expuestos a la intemperie, dejando un residuo
escamosos y de poco valor como ligante.
De acuerdo con su aplicación, los asfaltos los
podemos clasificar en 2 grandes grupos:
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➢ Asfaltos Industriales
➢ Asfaltos para Pavimentos
Éstos últimos se subdividen en:
➢ Cementos Asfálticos
➢ Asfaltos Cortados
➢ Emulsiones Asfálticas (Montejo-Ávila,
2021).
Proceso constructivo de pavimentos flexibles.
a) Preparación de la subrasante.
b) Compactación de la subrasante.
c) Barrido de la superficie.
d) Imprimación del ligante bituminoso sobre
la superficie.
e) Colocación del asfalto sobre la superficie,
con la ayuda de una maquina terminadora.
f) Controles de calidad.
g) Compactación de la superficie con
compactadora neumático o rodillo liso.
h) Realización de juntas transversales. (En
caso de ser necesario)
i) Realización de juntas longitudinales. (En
caso de ser necesario) (González
Morgado, 2018)
Ventajas del pavimento asfáltico
La ventaja de las vías de asfalto proporciona
beneficios, dentro de esto existe la eficiencia en
el costeo, al igual que la disminución en el
efecto de contaminación acústica, todo esto
considerando que permite mejorar la movilidad
de las personas del mismo modo con los
servicios, siendo importante mantener el
progreso en los países, principalmente de las
carreteras que propician el impulso del avance
socioeconómico. Por ello es importante tener
presente las siguientes características:
➢ Fácil de construir y mantener: teniendo
claro que el pavimento flexible se
construye por medio de varias capas que
permiten un flujo continuo del mismo
material que se encuentra en movimiento,
la textura de la superficie y el ups son dos
factores que se disminuyen en el uso de este
tipo de pavimento.
➢ Es flexible: la superficie del pavimento
permite que estas sean formuladas y
diseñadas de modo que permita soportar las
distintas cargas que genera el tráfico y por
ende las condiciones climáticas del lugar
donde se establezca.
➢ Re-utilizable 100%: el asfalto en la
construcción es posible reciclarlo, esto se
debe a que los pavimentos de asfalto son
sostenibles, lo que incurre en menos uso de
betún para crear nuevo asfalto, puesto que
es posible crear casi un 100% de asfalto
regenerado. (Arévalo Prieto, 2021)
Desempeño de la carpeta asfáltica en el
pavimento flexible
El concreto asfáltico, o HMA (Hot Mix
Asphalt), es un material de pavimentación
constituido por un ligante asfáltico y agregado
mineral. El ligante puede ser un cemento
asfáltico o un cemento asfáltico modificado,
que actúa como un agente ligante que aglutina
las partículas en una masa cohesiva. El
agregado mineral o material pétreo con ciertas
características de resistencia, durabilidad y
graduación, al ser ligado por el material
asfáltico actúa como una estructura pétrea que
aporta resistencia y rigidez a la mezcla. Al
incluir, tanto ligante asfáltico como material
pétreo al concreto asfáltico, su comportamiento
se afecta por las propiedades individuales de
cada componente, y por la interrelación de estos
dentro del sistema (Garnica Anguas, 2005).
Comportamiento del ligante asfáltico
La más importante característica del ligante
asfáltico, muchas veces una ventaja, y a veces
una desventaja, es su susceptibilidad térmica.
Otro aspecto que influye de manera
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determinante en el comportamiento del ligante
es el tiempo de aplicación de la carga. Como el
comportamiento del cemento asfáltico es
dependiente de la temperatura y de la duración
del tiempo de aplicación de la carga, ambos
factores pueden intercambiarse.
Es decir, una baja velocidad de carga puede
simularse con temperaturas elevadas, y una alta
velocidad de carga puede simularse con bajas
temperaturas. Por ello, los ensayos de
caracterización de los cementos asfálticos
deben especificar la temperatura y la velocidad
de aplicación de carga, para que los resultados
del ensayo sean efectivamente interpretados.
Comportamiento del agregado mineral
Los materiales pétreos empleados para la
elaboración de concreto asfáltico pueden o no
tener algún tipo de tratamiento previo a su
utilización. La aplicación de tratamientos al
agregado mineral, tienen como objeto mejorar
ciertas características de la mezcla asfáltica;
estos tratamientos pueden ser el lavado del
agregado, el cribado o la trituración parcial o
total. Independientemente de la fuente (métodos
de procesamiento u origen mineralógico) se
espera que el agregado provea un resistente y
durable esqueleto pétreo para tolerar las
repetidas aplicaciones de carga. Agregados de
textura rugosa, de buena cubicidad, dan más
resistencia que los redondeados. Aunque una
pieza de agregado redondeado podría poseer la
misma resistencia interna de una pieza angular,
las partículas angulares tienden a cerrarse más
apretadamente, resultando una fuerte trabazón
de las partículas, a diferencia de lo que ocurre
con las partículas redondeadas, ya que tienden a
deslizarse unas sobre otras.
Comportamiento de la mezcla asfáltica
El comportamiento de la mezcla asfáltica se
explica mejor considerando que el cemento
asfáltico y el agregado mineral actúan como un
sistema. Para una mayor compresión del
comportamiento de una mezcla asfáltica, es
necesario identificar los tipos básicos de
deterioros que el ingeniero trata de evitar: la
fisuración por baja temperatura, la fisuración
por fatiga, y la deformación permanente
(roderas).
Agrietamiento por baja temperatura
Este tipo de deterioro se caracteriza por la
aparición de fisuras transversales que se
producen con un espaciamiento notablemente
uniforme. La fisuración perpendicular al eje del
camino, por lo general no se asocia a las cargas
del tránsito. Cuando la carpeta se encuentra
sobre una losa de concreto asfáltico, el
fenómeno puede atribuirse a la reflexión de las
grietas que existen en la losa.
La carpeta se contrae debido a las bajas
temperaturas, originando esfuerzos de tensión
dentro de la capa; en algún lugar a lo largo de la
carpeta se excede la resistencia a la tracción, y
la capa asfáltica se fisura. El ligante asfáltico
juega un papel importante en la fisuración por
baja temperatura. Las mezclas asfálticas
elaboradas con un cemento asfáltico de
naturaleza dura o propensa a la oxidación serán
más susceptibles a presentar este tipo de
deterioro.
Se ha visto que el empleo de ligantes blandos y
resistentes al envejecimiento, reducen
notablemente la fisuración por baja
temperatura; también es importante lograr
mezclas asfálticas impermeables con un
contenido de vacíos de aire adecuado, con el
propósito de que el cemento asfáltico que
constituye la mezcla no resulte excesivamente
oxidado.
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Agrietamiento por fatiga
La fisuración por fatiga es un deterioro que con
frecuencia se produce en la huella donde las
cargas pesadas se aplican. La aparición de
fisuras longitudinales intermitentes a lo largo de
la huella son un signo prematuro de la
fisuración por fatiga; en algún momento estas
fisuras iniciales se unirán con otras, causando
un estado intermedio de la fisuración por fatiga
dando lugar a lo que se conoce como “piel de
cocodrilo”. Un estado de severidad más
avanzado de la fatiga resulta con la dislocación
y desprendimiento de bloques de carpeta
asfáltica, bajo la acción del tránsito, con
llevando a la formación de baches en la
superficie de rodamiento.
Una mezcla asfáltica muy rígida tiende a oponer
baja resistencia a la fatiga cuando la estructura
del pavimento permite deflactar a la carpeta
asfáltica. Materiales muy rígidos, altas
deflexiones y altos niveles de tensiones
conducen a vidas útiles, reducidas por la fatiga.
El mecanismo de fatiga no puede enfocarse
como un problema de los materiales
exclusivamente, ya que este mecanismo se
produce generalmente por un número de
factores que deben generarse simultáneamente;
obviamente un factor trascendental son las
cargas pesadas repetidas en el pavimento.
La estructura del pavimento juega un rol central
en este tipo de deterioro, ya que una subrasante
con un drenaje pobre resulta en pavimentos
blandos con altas deflexiones, pobres diseños
y/o deficiente construcción de las capas del
pavimento; así como espesores de pavimento
muy delgados y rígidos, son también propensos
a sufrir altas deflexiones.
Roderas
Las roderas son deformaciones plásticas en la
superficie de rodamiento de un pavimento
asfáltico, que se presentan a lo largo de la zona
de mayor incidencia de los neumáticos de
vehículos pesados. Usualmente aparece como
una depresión longitudinal con ligero
levantamiento lateral del material asfáltico.
Deformación permanente en las mezclas
asfálticas
La aparición de roderas en la superficie de
rodamiento, aparte de afectar la funcionalidad
del pavimento representa un problema serio
para quienes transitan por la vía, ya que la
acumulación de agua dentro de estas
depresiones longitudinales suele causar el
deslizamiento de las ruedas de los vehículos. Es
por esto que se deben establecer límites
permisibles de profundidad de rodera en
función de las consideraciones de seguridad.
Tipos de deformación permanente
La deformación permanente en pavimentos
flexibles equivale a la acumulación de pequeñas
deformaciones generadas con cada aplicación
de carga. Esta deformación es irrecuperable. La
aparición de roderas en un pavimento flexible
se debe principalmente a dos causas:
deformación permanente en las capas
subyacentes, y/o deformación permanente en la
carpeta asfáltica.
Deformación permanente en las capas
subyacentes
La deformación se produce por la aplicación
repetida de carga a la subrasante, la sub-base, o
la base por debajo de la carpeta asfáltica y
aunque el empleo de materiales más rígidos
reduce parcialmente este tipo de deformación,
el fenómeno normalmente se considera más
como un problema estructural de materiales.
Frecuentemente es el resultado de una sección
de pavimento demasiado delgada, y sin la
suficiente profundidad para reducir a niveles
tolerables la tensión sobre la subrasante cuando
Ciencia y Educación (ISSN 2707-3378)
Vol. 2 No. 4
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Página 15
las cargas se aplican. Podría ser también
producto de una subrasante debilitada por el
ingreso inesperado de humedad.
Deformación permanente en mezclas asfálticas
Cuando una mezcla asfáltica presenta roderas,
es evidente que su resistencia al corte es
demasiado baja para resistir las cargas pesadas
repetidas a las que está sujeta. La deformación
por corte se caracteriza por un movimiento de la
mezcla hacia abajo y lateralmente.
Las superficies de rodamiento que presentan
este tipo de problema representan un peligro
para el usuario, ya que los surcos que se forman
retienen suficiente agua como para provocar
hidroplaneo o acumulación de hielo.
Respuesta de la mezcla asfáltica a los esfuerzos
de corte
La deformación permanente de las mezclas
asfálticas débiles es un fenómeno asociado a las
altas temperaturas. Si bien esto podría sugerir
que es problema del cemento asfáltico, resulta
más correcto enfocarlo como un problema
conjunto del agregado y del cemento asfáltico.
De hecho, la ecuación Mohr-Coulomb puede
emplearse para ilustrar cómo ambos materiales
pueden influir en el ahuellamiento de la mezcla
asfáltica.
Para que el cemento asfáltico aporte una
aceptable resistencia al corte, es deseable que su
comportamiento sea lo más próximo al de un
sólido elástico cuando el pavimento este sujeto
a las altas temperaturas de su entorno; así,
tenderá a recuperar su posición en lugar de
permanecer deformado.
Los cementos asfálticos con características
pobres de resistencia al corte minimizan la
cohesión, y hasta cierto punto el esfuerzo
normal de confinamiento; como consecuencia,
la mezcla comienza a comportarse como una
masa de agregados no ligados. Para obtener una
mezcla asfáltica que exhiba un ángulo alto de
fricción, es necesario seleccionar un agregado
de buena cubicidad (caras fracturadas) y
rugosidad, con una granulometría bien
graduada; de tal forma que se desarrolle un buen
contacto partícula-partícula. Así, cuando la
carga se aplica, las partículas se juntan y
funcionan no sólo como una masa de partículas
individuales, sino como una única roca elástica.
Mecanismo de la deformación permanente
La deformación permanente en mezclas
asfálticas resultado de una combinación de dos
factores: la densificación de la mezcla
(decremento de volumen), y la deformación
plástica por esfuerzos de corte. En estudios
durante las pruebas del tramo AASHO e
investigaciones más recientes realizadas con
equipos de ruedas cargadas (Farfán Gonzales,
2021) indican que la deformación plástica (sin
cambio de volumen) por esfuerzo de corte, es
por mucho el principal mecanismo de
deformación permanente.
De manera similar, trabajos recientes coinciden
en que las roderas son producidas
principalmente por flujo plástico sin que ocurra
cambio de volumen (Pérez, 2021). El espesor de
carpeta asfáltica es de 23 cm, mismo que se
encuentra sobre una plataforma de hule con una
rigidez determinada, a fin de reproducir el
efecto de una subrasante con un
comportamiento puramente elástico, y así todas
las mediciones de la deformación permanente
atribuirlas solamente al concreto asfáltico.
• Factores que influyen en la deformación
permanente. Agregado pétreo.
A continuación se describen los factores que
influyen directa o indirectamente en la
formación de roderas en la carpeta asfáltica;
Ciencia y Educación (ISSN 2707-3378)
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entre los que se encuentran características
propias de los materiales, el tránsito y el medio
ambiente.
Granulometría
En la actualidad existe evidencia, que muestra
que son deseables mezclas con granulometrías
de graduaciones densas para mitigar los efectos
de la deformación permanente. Cuando estas
mezclas se compactan adecuadamente, resultan
con menos vacíos de aire y mayor contacto
entre partículas a diferencia de una
granulometría abierta. Algunos investigadores
han concluido que mezclas elaboradas con
granulometrías abiertas del tipo gap-graded,
exhiben mayor deformación que la mezclas de
granulometría densa. (Herrera Moreno, 2021)
Lo anterior lo atribuyen a que en las primeras se
presenta un menor contacto entre partículas; y
dado que el contacto partícula-partícula en la
mezcla es de mayor importancia a altas
temperaturas, las mezclas de tipo gap-graded
son más susceptibles de sufrir roderas bajo estas
condiciones. A pesar de que lo anterior parece
ser un consenso general entre los ingenieros de
pavimentos, algunos investigadores han
reportado mezclas de granulometría abierta del
tipo open graded que han exhibido una buena
resistencia a la deformación plástica. (Herrera
Moreno, 2021)
Textura y angularidad
La textura y angularidad del agregado juegan un
papel importante en el comportamiento de la
mezcla. Se ha visto que mezclas con agregados
triturados y de textura rugosa, son menos
deformables que aquellas que se han elaborado
con agregados redondeados, aún con la misma
graduación, el efecto que tiene la angularidad
del agregado para un porcentaje de vacíos dado,
en la rigidez de la mezcla Burgos Ascoy, (2019)
investigo la estabilidad de diferentes mezclas,
empleando las mismas curvas de graduación
para todas las mezclas y diferentes porcentajes
de agregados triturados y redondeados.
Tamaño máximo de la mezcla de agregados
Se han reportado que concretos asfálticos
elaborados con asfaltos blandos, bajos
contenidos de vacíos de aire, y tamaños
máximos del agregado grandes (38 mm o
mayores), han presentado buena resistencia a la
deformación permanente. Conviene señalar que
se ha concluido que el uso de mezclas asfálticas
con tamaños máximos de agregado, de
aproximadamente dos tercios el espesor de la
carpeta (“large-stone” mixtures), pueden
reducir la susceptibilidad a presentar roderas en
las mezclas asfálticas, ya que este tipo de
mezclas mitiga en gran medida el efecto de
concentración de cargas que producen las altas
presiones de inflado de los neumáticos.
• Factores que influyen en la deformación
permanente. Ligante asfáltico.
El comportamiento reológico (esfuerzo y
deformación) del ligante debe tomarse en
cuenta en la selección del cemento asfáltico que
se vaya a emplear en la fabricación de la mezcla,
de tal forma que sea adecuado para las
condiciones de servicio (niveles de tránsito,
velocidades de aplicación de carga,
temperatura, a las cuales va a estar sujeto el
pavimento.
Controlando la rigidez del ligante a elevadas
temperaturas se garantiza que el asfalto provea
su mayor aporte a la resistencia global al corte
de la mezcla, en términos de la elasticidad a
altas temperaturas. Muchos investigadores han
tratado de mejorar el desempeño de la mezcla a
la deformación permanente mediante
modificadores en el cemento asfáltico,
buscando así incrementar la viscosidad a altas
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temperaturas sin causar efectos adversos a la
mezcla a bajas temperaturas.
La rigidez, debido al envejecimiento,
contribuye a la resistencia al corte del ligante
asfáltico con el tiempo, ya que su viscosidad se
incrementa con las altas temperaturas. Desde
luego, un cemento asfáltico demasiado rígido
ayuda de manera importante en el agrietamiento
por fatiga.
• Factores que influyen en la deformación
permanente. Aspectos de la mezcla asfáltica.
Metodología de diseño
En relación con los métodos de diseño, en
Estados Unidos de Norteamérica se han
utilizado principalmente dos: el basado en el
procedimiento Marshall, y el método que aplica
el estabilómetro de Hveem. Hasta 1985, treinta
y ocho estados de la Unión Americana han
empleado el procedimiento Marshall más el
procedimiento Hveem. Sin embargo ante los
recientes incrementos del tránsito, en términos
de repeticiones de carga y aplicaciones de carga
por eje mayores, así como por las altas
presiones de inflado de los neumáticos, se
observó un incremento en el problema de la
deformación permanente en la red nacional de
carreteras norteamericanas, particularmente en
los estados en donde se utilizó el método
Marshall como procedimiento de diseño.
Contenido de asfalto
La selección de un contenido óptimo de asfalto
durante la etapa de diseño es crítica en el
desempeño de la mezcla. Si se seleccionan
excesivos contenidos de asfalto, la aparición de
roderas en la mezcla es muy probable como
resultado de un bajo porcentaje de vacíos de aire
de la carpeta debido a altas densidades en el
lugar, después de que se haya completado la
compactación por el tránsito.
Dentro del estudio nacional de deformación
permanente en pavimentos asfálticos, realizado
en Estados Unidos en 1987, Khandall establece
que para efectos de la deformación permanente,
el contenido de asfalto en la mezcla resulta de
mayor relevancia que las propias características
del ligante asfáltico. (Vaz, 2019)
Vacíos de aire (Va)
Los vacíos de aire tienen un efecto significativo
en el desempeño de la mezcla asfáltica. Una
considerable reducción de vacíos de aire en la
mezcla como consecuencia de un alto contenido
de cemento asfáltico provoca que estos vacíos
sean llenados con asfalto debido al flujo del
ligante por las altas temperaturas, y la
compactación adicional de la mezcla por acción
del tránsito. Bajo esta condición, el asfalto actúa
como un lubricante entre los agregados
afectando el contacto entre partículas, con lo
cual disminuye la resistencia al corte de la masa
pétrea.
Se ha observado que cuando el porcentaje de
vacíos de aire de la carpeta asfáltica cae por
debajo del 3%, la probabilidad de aparición de
roderas en la superficie de rodamiento se
incrementa significativamente. Según Vaz,
(2019), los beneficios que se obtienen con las
propiedades de angularidad y textura del
agregado dejan de tener relevancia en el
comportamiento de la mezcla cuando se incurre
en rangos de porcentaje de vacíos de aire
inaceptables, por debajo de 2.5%.
Vacíos en el agregado mineral (VAM)
Algunos investigadores (Sánchez Córdova,
2021) han concluido que una mezcla asfáltica
resistente a la deformación permanente requiere
que ésta presente bajos porcentajes de vacíos de
aire en el agregado mineral (VAM); lo anterior
se logra utilizando graduaciones densas. Cabe
mencionar que se debe de cumplir con valores
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mínimos de VAM, y de esta forma garantizar
suficiente espacio para acomodar el volumen
efectivo de asfalto.
Energía de compactación en el laboratorio
El mecanismo de formación de roderas
comienza desde el momento en que la carpeta
asfáltica es abierta al tránsito, por lo que es
deseable dejar una carpeta terminada con un
porcentaje de vacíos de aire de cuando menos el
8 %, para que una vez completada la
densificación impuesta por el tránsito, este
porcentaje de vacíos se encuentre en un rango
de aproximadamente del 3 al 5 por ciento.
Esta condición de la mezcla es deseable desde
el punto de vista de desempeño y durabilidad,
según los métodos de diseño hoy en uso. Por lo
anterior, resulta de relevancia el hecho de
simular en laboratorio, tan cerca como sea
posible, la compactación que se produce en el
sitio de la obra. Parece ser un consenso general
entre los ingenieros de pavimentos, adoptar de
la compactación giratoria como método de
compactación en el laboratorio, ya que el efecto
de la densificación por la acción de amasado
parece reproducir de manera más fiel las
condiciones en campo. (Alamilla, 2021)
Resultados
Los análisis para realizar serán de acuerdo con
lo estipulado en las Especificaciones del
Ministerio y Transporte de Obras Públicas, de
la misma manera se obtendrá y evaluará las
características técnicas y sus propiedades del
agregado grueso como es la toba volcánica y su
uso en la mezcla asfáltica
Los ensayos fueron realizados en el laboratorio
Ruffilli de la Universidad de Guayaquil para la
elaboración del proyecto investigativo, el
porcentaje del material fino como es la arena se
mantuvo para cada ensayo solo vario la toba
volcánica, hay que destacar que adicionalmente
se realizó una combinación entre los agregados
grueso tradicional y toba volcánica en la
utilización del cisco tradicional y el material
grueso de la toba volcánica, para obtener un
mejor resultado en su estabilidad y flujo y este
dentro de los parámetros requeridos para la
elaboración de la mezcla asfáltica no
tradicional, los detalles de los ensayos se
describen a continuación.
Tabla 1 Ensayo de abrasión, muestra normal (Norma INEN 860)
Muestra Ripio 3/4” y 3/8”
1
2
Peso muestra antes del ensayo
5000
5000
Peso muestra después del ensayo Ret #12
3720
3766
Peso muestra pasa #12
1280
1234
% desgaste
25.60
24.68
Promedio
25.1
Máximo desgaste de agregados para hormigón asfaltico 40%, cumple especificación
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Tabla 2 Ensayo de abrasión, muestra con toba volcánica (Norma INEN 860)
Muestra Ripio 3/4” y 3/8”
1
2
Peso muestra antes del ensayo
5000
5000
Peso muestra después del ensayo Ret #12
3455
3592
Peso muestra pasa #12
1889
1839
% desgaste
37.78
36.78
Promedio
37.3
Máximo desgaste de agregados para hormigón asfaltico 40%, cumple especificación
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
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Tabla 3 Ensayo de Granulometría de la muestra normal (Norma INEN 872)
Fino
% cada tolva
52.87
100.00
%pasa 3
%pasa Total
% Especifico
TAMIZ
1” (25,0 mm)
52.87
100.0
-
3/4” (19.0 mm)
52.87
100.0
100
1/2” (12.7 mm)
52.87
93.1
90-100
3/8” (9.5 mm)
52.87
80.3
-
# 4 (4,75 mm)
49.39
57.3
44-74
# 8 (2,36 mm)
34.11
40.0
28-58
# 50 (0.30 mm)
12.85
13.0
5-21
# 200 (.075 mm)
5.43
5.4
2-10
Observación: Cumple especificación
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Tabla 4 Ensayo de Granulometría de la muestra con toba volcánica (Norma INEN 872)
Fino
% cada tolva
52.87
100.00
%pasa 3
%pasa Total
% Especifico
TAMIZ
1” (25,0 mm)
52.87
100.0
-
3/4” (19.0 mm)
52.87
100.0
100
1/2” (12.7 mm)
52.87
94.7
90-100
3/8” (9.5 mm)
52.87
81.6
-
# 4 (4,75 mm)
49.39
56.9
44-74
# 8 (2,36 mm)
39.61
46.5
28-58
# 50 (0.30 mm)
15.60
15.8
5-21
# 200 (.075 mm)
5.98
6.0
2-10
Observación: Cumple especificación
Gráfico 1 Ensayo de Granulometría de la muestra normal (Norma INEN 872)
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
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Gráfico 2 Ensayo de Granulometría de la muestra de toba volcánica (Norma INEN 872)
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Tabla 5 Hormigón Asfaltico, de la muestra normal (Muestra 3/4" y 3/8" y arena)
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Peso Específico - Agregado Grueso
Material que pasa el tamiz 2” y es retenido en el # 4
3/4”
3/8”
A-Peso en el aire de la muestra secada al horno
6000.0
6000.0
B-Peso en el aire de la muestra saturada sup. seca
6104.6
6123.0
C-Pesa en el agua de la muestra saturada
3800.0
3723.0
Peso específico aparente A/(B-C)
2.603
2.500
Peso específico de S.S.S. B/(B-C)
2.649
2.551
Peso específico nominal A/(A-C)
2.727
2.635
% de absorción (B-A)/A
1.743
2.050
Peso específico - Agregado fino
#1
Material que pasa al tami #4 y es retenido en el integral
Arena
A- Peso aire muestra seca
245.0
B- Peso picnómetro aforado lleno de agua
348.1
C- Peso picnómetro aforado con muestra y agua
493.7
S- Peso picnómetro aforado con superficie seca
246.6
Peso específico aparente
2.426
Peso específico aparente (S.S.S)
2.442
Peso específico nominal
2.465
% Absorción
0.653
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Tabla 6 Hormigón Asfaltico, de la muestra de toba volcánica (Muestra 3/4" y 3/8" y arena)
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Tabla 7 Hormigón Asfaltico de la muestra normal (1 arena y 2 ripio y arena).
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Peso Específico - Agregado Grueso
Material que pasa el tamiz 2” y es retenido en el # 4
3/4”
3/8”
A-Peso en el aire de la muestra secada al horno
6000.0
6000.0
B-Peso en el aire de la muestra saturada sup. seca
6233.0
6252.0
C-Pesa en el agua de la muestra saturada
3012.0
3122.0
Peso específico aparente A/(B-C)
1.863
1.917
Peso específico de S.S.S. B/(B-C)
1.935
1.997
Peso específico nominal A/(A-C)
2.008
2.085
% de absorción (B-A)/A
3.883
4.200
Peso específico - Agregado fino
#1
Material que pasa al tami #4 y es retenido en el integral
Arena
A- Peso aire muestra seca
245.0
B- Peso picnómetro aforado lleno de agua
348.1
C- Peso picnómetro aforado con muestra y agua
493.7
S- Peso picnómetro aforado con superficie seca
246.6
Peso específico aparente
2.426
Peso específico aparente (S.S.S)
2.442
Peso específico nominal
2.465
% Absorción
0.653
Peso Unitario Agregado Grueso 3/4”
Material que pasa tamiz 2” y es retenido en el #4
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
A Peso del material (gm)
14200.6
14312.2
14263.1
B Volumen del recipiente (cm3)
9796
9796
9796
Peso unitario A/B
1.450
1.461
1.456
Promedio
1456
Peso Unitario Agregado Grueso 3/8”
Material que pasa tamiz 2” y es retenido en el # 4
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
A Peso del material (gm)
14543.5
14648.6
14849.1
B Volumen del recipiente (cm3)
9796
9796
9796
Peso unitario A/B
1.485
1.495
1.516
Promedio
1499
Peso Unitario Agregado Fino
Material que pasa el tamiz # 4 y es ret. en el integral
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
A Peso en el aire de la muestra (gm)
5012.6
5007.8
4876.8
B Volumen del recipiente (cm3)
2968
2968
2968
Peso unitario A/B
1.689
1.687
1.643
Promedio
1.673
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Tabla 8 Hormigón Asfaltico de la muestra de toba volcánica (1 arena y 2 ripio y arena).
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Tabla 9 Determinación Rice Gmm en la muestra normal.
Determinación Rice Gmm
% Asfalto
5.5
6.0
6.5
7.0
D Peso frasco+ agua 25°C
7356.5
7446.5
7406.5
7406.5
Peso frasco
2903.2
2903.2
2903.2
2903.2
Peso muestra + frasco
4503.2
4503.2
4503.2
4503.2
A Peso muestra
1600
1600
1600
1600
E Peso muestra +frasco + agua a 25°C
8286.2
8361.2
8315.2
8306.3
Gmm = A/A-(E-D)
2387
2335
2314
2285
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Tabla 10 Determinación Rice Gmm en la muestra de toba volcánica.
Determinación Rice Gmm
% Asfalto
5.5
6.0
6.5
7.0
D Peso frasco+ agua 25°C
7356.5
7446.5
7406.5
7406.5
Peso frasco
2903.2
2903.2
2903.2
2903.2
Peso muestra + frasco
4503.2
4503.2
4503.2
4503.2
A Peso muestra
1600
1600
1600
1600
E Peso muestra +frasco + agua a 25°C
8192.9
8271.8
8218.7
8207.6
Gmm = A/A-(E-D)
2.095
2.065
2.031
2.003
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Peso Unitario Agregado Grueso 3/4”
Material que pasa tamiz 2” y es retenido en el #4
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
A Peso del material (gm)
13238
13421
13397
B Volumen del recipiente (cm3)
9796
9796
9796
Peso unitario A/B
1.351
1.370
1.368
Promedio
1.363
Peso Unitario Agregado Grueso 3/8”
Material que pasa tamiz 2” y es retenido en el # 4
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
A Peso del material (gm)
13522
13296
13418
B Volumen del recipiente (cm3)
9796
9796
9796
Peso unitario A/B
1.380
1.357
1.370
Promedio
1.369
Peso Unitario Agregado Fino
Material que pasa el tamiz # 4 y es ret. en el integral
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
A Peso en el aire de la muestra (gm)
5012.6
5007.8
4876.8
B Volumen del recipiente (cm3)
2968
2968
2968
Peso unitario A/B
1.689
1.687
1.643
Promedio
1.673
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El diseño de mezcla asfáltica realizado, utilizando la toba volcánica como material grueso, como se
indica en el tema de investigación y demostrado por los resultados obtenidos en cada ensayo efectuado,
cumple con las Normas respectivas para ser utilizado o considerado en los diseños de asfalto, pero al
analizar nos damos cuenta que el desgaste de este material es del 37% está dentro de los parámetros
requeridos pero su estabilidad es menos de los 2000 y con el tiempo puede desgastarse y disminuir su
durabilidad, por este motivo se realizó una combinación solo al material del cisco que es la piedra
triturada que se le agrega a todo diseño en este diseño es del 30,5%, este porcentaje se sustituyó por el
cisco del árido grueso tradicional para mejora su estabilidad ya que su desgaste está en el 25%. Los
resultados de estos ensayos utilizando el cisco del árido grueso tradicional ofrece valores que garantiza,
que el diseño asfaltico a exponer tiene un mejor comportamiento en sus resultados.
Tabla 11 Ensayo de Granulometría de la muestra de mezcla asfáltica y toba volcánica en un 30,5% (Norma INEN 872)
Fino
% cada tolva
52.87
100.00
%pasa 3
%pasa Total
% Especifico
TAMIZ
1” (25,0 mm)
52.87
100.0
-
3/4” (19.0 mm)
52.87
100.0
100
1/2” (12.7 mm)
52.87
94.8
90-100
3/8” (9.5 mm)
52.87
81.6
-
# 4 (4,75 mm)
49.39
57.4
44-74
# 8 (2,36 mm)
34.11
40.0
28-58
# 50 (0.30 mm)
12.85
13.0
5-21
# 200 (.075 mm)
5.43
5.4
2-10
Observación: Cumple especificación
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Gráfico 3 Ensayo de Granulometría de la muestra de mezcla asfáltica y toba volcánica en un 30,5% (Norma INEN 872)
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
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Tabla 12 Hormigón Asfaltico, de la muestra de mezcla asfáltica y toba volcánica en un 30,5% (Muestra 3/4" y 3/8" y
arena)
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Tabla 13 Hormigón Asfaltico de la mezcla asfáltica y toba volcánica en un 30,5% (1 arena y 2 ripio y arena).
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Peso Específico - Agregado Grueso
Material que pasa el tamiz 2” y es retenido en el # 4
Toba volcánica
Ripio
A-Peso en el aire de la muestra secada al horno
6000.0
6000.0
B-Peso en el aire de la muestra saturada sup. seca
6233.0
6123.0
C-Pesa en el agua de la muestra saturada
3012.0
3723.0
Peso específico aparente A/(B-C)
1.863
2.500
Peso específico de S.S.S. B/(B-C)
1.935
2.551
Peso específico nominal A/(A-C)
2.008
2.635
% de absorción (B-A)/A
3.883
2.050
Peso específico - Agregado fino
#1
Material que pasa al tami #4 y es retenido en el integral
Arena
A- Peso aire muestra seca
245.0
B- Peso picnómetro aforado lleno de agua
348.1
C- Peso picnómetro aforado con muestra y agua
493.7
S- Peso picnómetro aforado con superficie seca
246.6
Peso específico aparente
2.426
Peso específico aparente (S.S.S)
2.442
Peso específico nominal
2.465
% Absorción
0.653
Peso Unitario Agregado Grueso 3/4” Toba volcánica
Material que pasa tamiz 2” y es retenido en el #4
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
A Peso del material (gm)
13238
13421
13397
B Volumen del recipiente (cm3)
9796
9796
9796
Peso unitario A/B
1.351
1.370
1.368
Promedio
1.363
Peso Unitario Agregado Grueso 3/8”
Material que pasa tamiz 2” y es retenido en el # 4
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
A Peso del material (gm)
14543.5
14648.6
14849.1
B Volumen del recipiente (cm3)
9796
9796
9796
Peso unitario A/B
1.485
1.495
1.495
Promedio
1.499
Peso Unitario Agregado Fino
Material que pasa el tamiz # 4 y es ret. en el integral
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
A Peso en el aire de la muestra (gm)
5012.6
5007.8
4876.8
B Volumen del recipiente (cm3)
2968
2968
2968
Peso unitario A/B
1.689
1.687
1.643
Promedio
1.673
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Tabla 14 Determinación Rice Gmm en la muestra de mezcla asfáltica y toba volcánica en un 30,5%.
Determinación Rice Gmm
% Asfalto
5.5
6.0
6.5
7.0
D Peso frasco+ agua 25°C
7356.5
7446.5
7406.5
7406.5
Peso frasco
2903.2
2903.2
2903.2
2903.2
Peso muestra + frasco
4503.2
4503.2
4503.2
4503.2
A Peso muestra
1600
1600
1600
1600
E Peso muestra +frasco + agua a 25°C
8242.8
8322.5
8271.7
8263.7
Gmm = A/A-(E-D)
2.242
2.210
2.177
2.154
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
Tabla 15 Resumen de los diseños asfalticos analizados.
Diseño
%
asfalto
Densidad
bulk
%
vacíos
Estabilidad
% Vacíos
Agregados
Flujo
Tradicional
6.13
2.219
4.805
2377.0
15.9
10.43
Con toba volcánica como
material grueso
6.30
1.990
2.669
1953.7
13.0
11.23
16.7% de cisto tradicional y
30.5% de pasante 3/4 de
toba volcánica
6.15
2125
3.461
2232.2
14.4
10.59
Fuente: Laboratorio Ruffilli de la Universidad de Guayaquil.
En la tabla presentada por las especificaciones del Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP)
en el capítulo 811 cuadro 405-5.2, adjuntada a continuación, se puede determinar su utilización dentro
de la estructura del pavimento.
Tabla 16 Especificaciones del Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP)
Ensayos de acuerdo con el método Marshall
Trafico
Pesado
Medio
Liviano
Min
Max
Min
Max
Min
Max
Numero de golpes
75
50
35
Estabilidad (libras)
1.800
1.200
750
Flujo (pulgada/100)
8
16
8
18
8
20
% Vacíos con aire
Carpeta
3
5
3
5
3
5
Base
3
8
3
8
3
8
Nota: % de Vacíos en el agregado mineral (VMA) de acuerdo con el grafico actualizado del Instituto del Asfalto
Fuente: Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP).
Conclusión.
Se realizó el análisis de la mezcla asfáltica
tradicional con la no tradicional con toba
volcánica como agregado, realizando
combinaciones en su agregado grueso
obteniendo resultados satisfactorios en su
estabilidad y deformidad, la obtención de estos
resultados de cada objetivo planteado lo
indicamos a continuación.
Para la realización del primer objetivo
específico como es el comportamiento de la
toba volcánica como material grueso, lo que se
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realizo es reemplazar el porcentaje de material
grueso tradicional para el diseño asfaltico con la
toba volcánica, los porcentajes son para el
pasante del tamiz de 3/4 " es de 16,7% y para el
cisco pasante del tamiz de 3/8" es de 30,5%,,los
ensayos respectivos dio un desgaste del
37%,tiene una absorción del 4% y su peso
unitario es de 1.363 Kg/cm3 son datos muy
conservadores pero está dentro de los
parámetros recomendables en las
especificaciones, se ara el diseño con este
material y una combinación con el agregado
tradicional para darle una mejor funcionabilidad
en su uso, que nos sirva de alternativa para los
sitios que tengan estos yacimientos como es la
toba volcánica.
Para el segundo objetivo específico como es la
dosificación de la mezcla asfáltica para mejorar
su resistencia y deformación, se realizó el
diseño asfaltico tradicional con los mismos
porcentajes del agregado grueso y fino se lo
realizo reemplazando el material grueso con la
toba volcánica, se la trituro por el 3/4" y para el
cisco 3/8", dando resultados satisfactorio, pero
por ser un material que tiene a desgastarse se la
combino la parte del cisco con el tradicional
para darle un mejor comportamiento al desgaste
ya que toda estructura está expuesta a los
agentes externos que tiende a deteriorar la
estructura de la vía y con esta combinación
poder mejorar su estabilidad y vacíos de la
mezcla asfáltica.
Para la elaboración del tercer objetivo como es
la correlación de la resistencia y deformación de
la mezcla asfáltica con toba volcánica y la
mezcla tradicional, los resultados obtenidos
presentados en el cuadro de resumen podemos
observar que cumple con las normas establecido
por Ministerio de Transporte y Obras Públicas
se lo puede utilizar para tráfico pesado, el
porcentaje de asfalto óptimo de la tradicionales
en de 6,13 %, su estabilidad es de 2.377 lb. El
porcentaje de vacíos es de 4,61 % y el flujo es
de 10,43 %, el ensayo con toba volcánica dio un
porcentaje de asfalto óptimo de 6,30 %, su
estabilidad es de 1.954 lb. El porcentaje de
vacíos es de 2,67 % y el flujo es de 11,23%, con
estos resultados y de acuerdo con las normas
requeridas cumple para utilizarlo como parte de
la estructura de pavimento flexible, las normas
nos indica que la estabilidad debe ser mayor a
1800 lb. El porcentaje de vicios entre 3 a 5 % y
el flujo de 8 – 16 %.
Al utilizar la toba volcánica como parte del
agregado grueso y cisco cumple con las
especificaciones, pero por seguridad como
vemos que el desgaste está casi al límite como
es el 37%y el porcentaje de vacío es inferior al
3 %, por ese motivo utilizamos el cisco del
tradicional y el grueso de la toba para darle una
mejor estabilidad a este diseño los resultados
obtenidos son, el porcentaje de asfalto óptimo
de la mezcla en de 6,15 %, su estabilidad es de
2.232 lb. El porcentaje de vacíos es de 3,46 % y
el flujo es de 10,59, con estos resultados
tenemos un diseño mejor estructurado y
podemos recomendar su utilización que
ayudaría principalmente a las comunidades que
en sus alrededores cuente con estos yacimientos
La durabilidad de la muestra asfáltica puede ser
mejorada en tres formas: usando mayor
cantidad de asfalto, utilizando una graduación
densa de los agregados resistente a la separación
y realizar el diseño e ir compactando la mezcla
para obtener la máxima impermeabilidad, hay
que considerar que la estabilidad de la
estructura del pavimento flexible depende de su
desplazamiento y esto a su vez del tráfico.
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