https://doi.org/10.22463/2011642X.2005
Recibido: 25 de enero de 2012 - Aprobado: 04 de abril de 2012
El presente artículo de investigación tiene como propósito mostrar la caracterización y diseño de mezclas bituminosas tipo MDC-2-INVIAS 2007 con agregados pétreos y conglomerados de asfáltitas de la mina de Santa Teresa de Pesca - Boyacá, siguiendo las metodologías de diseño MARSHALL MODIFICADO y RAMCODES, la determinación de sus características físicas, y la implementación de la fórmula de trabajo encontrada para la pavimentación de vías con bajo volumen de tránsito, a partir del diseño de mezclas bituminosas que maximicen la calidad y reduzcan los costos de implementación.
Palabras clave:Mezclas bituminosas, Marshall, Ramcodes, Módulo dinámico, asfaltita.
This article is intended to show the characterization and design of bituminous mixtures MDC-2-type INVIAS 2007 with stone aggregates and asphaltites mine Santa Teresa the Boyacá - Pesca, following the methodologies MODIFIED MARSHALL AND RAMCODES with subsequent determination of its dynamic modulus, and thus implement the formula found working to pave roads with low traffic volume NT1, from the design of bituminous mixtures that maximize quality and reduce implementation costs.
Keywords:Asphaltite, Bituminous mix, Marshall, Dynamic modulus, Ramcodes.
Caracterización de los agregados de Colconcreto. En las Tablas 1 y 2, se detallan los resultados de los ensayos realizados al material granular usado las mezclas, los cuales fueron: agregado grueso (grava) y agregado fino (conglomerado asfáltita), estos ensayos se hicieron teniendo en cuenta las normas de ensayo para materiales de carreteras del INVÍAS 2007.
Para el agregado fino (Asfáltita) se obtuvo el coeficiente de uniformidad Cu = 3.1 y el de concavidad, Cc = 0.02, no siendo admisibles en los criterios exigidos para el agregado fino (Cu > 6 y Cc = 1 a 3), por lo tanto, se considera como material mal gradado ya que no cumplen con lo establecido anteriormente.
La Figura 3 muestra la franja granulométrica de la mezcla tipo INVIAS MDC-2 y las gradaciones superior, central e inferior utilizadas para el diseño de las mezclas asfálticas.
Cuando relacionamos la metodología RAMCODES y el método de diseño MARSHALL para el diseño de mezclas asfálticas en caliente MDC-2 establece por medio de gráficas, donde relaciona (%Vv y %Pb), determina la cantidad necesaria y suficiente de asfalto para asegurar la obtención de un pavimento durable que resulte del recubrimiento completo de las partículas de agregado pétreo, impermeabilizando y ligando las mismas entre sí, (Sánchez, 2004) bajo una compactación adecuada, sin permitir controlar todos los parámetros importantes de la mezcla.
RAMCODES utiliza el análisis de densificación y resistencia de los materiales compactados y se fundamenta en análisis estadístico para poder desarrollar, analizar, experimentar y diseñar, de la misma manera que para realizar control de calidad donde se ejerce supervisión sobre los niveles de error que explican las variables más influyentes (Gmb y %Pb) en el comportamiento de la mezcla asfáltica.
En los resultados y análisis obtenidos con RAMCODES (polígono de vacíos) y teniendo en cuenta que MARSHALL presenta un área muy pequeña en la cual la fórmula de trabajo hallada presenta mínimas fluctuaciones, cumpliendo con lo establecido en las especificaciones, se puede ver que el diseño RAMCODES por medio del análisis de densidades y teniendo en cuenta los parámetros base (Gse, Gsb y Gb) presentó un rango mucho más extenso donde las posibilidades de cumplir las especificaciones aumentan. (Aguirre y Guisa, 2012)
Es por eso que el diseño de las mezclas con asfáltita por medio de la metodología MARSHALL y RAMCODES tienen similares respuestas, basados en los resultados obtenidos mediante cada uno de sus procedimientos y estadísticamente, en donde se evidencia una dispersión muy baja. (Sánchez, 2008). El polígono de vacíos de un material se determina mediante los siguientes parámetros volumétricos de la mezcla asfáltica según especificaciones:
a) Estimación del contenido de vacíos de aire (%Va) en la mezcla
b) Estimación del contenido de vacíos en el agregado mineral (%VAM)
c) Estimación del contenido de vacíos llenos de asfalto (%VFA)
d) Relación polvo / asfalto efectivo.
e) Estimación del contenido efectivo de asfalto de la mezcla.
Teniendo en cuenta lo anterior y los criterios establecidos en el proyecto se determinan las curvas que simbolizan los vacíos de aire, vacíos en el agregado mineral y vacíos llenos con asfalto en el espacio de contenido de asfalto vs la densidad bulk y de esta forma obtener el polígono de vacíos para la mezcla óptima. Las expresiones matemáticas para las curvas de vacíos de la mezcla son las siguientes:
Para siguiente ejemplo se tomaron los datos correspondientes al diseño MARSHALL para la franja central (MC) para este caso los datos son las siguientes:(Aguirre y Guisa, 2012)
- % Va: 4.0%
- % VFA: 74.1%
- % VAM: 15.40%
- Gb =1.120
- Gsb =2.445
- Gse =2.496
En las tablas del 6 al 9 se indican los cálculos para determinar el polígono de vacíos de la metodología Ramcodes y la Figura 4 muestra el polígono de vacíos.
La construcción del polígono de vacíos permite el control óptimo de los ensayos, ya que proporciona la adecuada fórmula de trabajo que satisfagan los criterios establecidos en las respectivas especificaciones. El rango óptimo de asfalto se determina según la variación del mismo en las mezclas y no se realizan comprobaciones con un valor fijo, el cual, generalmente, cambia de acuerdo con las variaciones que presenta la granulometría en la dosificación de cada material. (Sánchez, 2004)
Según los resultados obtenidos en laboratorio y con base las especificaciones y metodologías MARSHALL y RAMCODES, se concluyó que las mezclas elaboradas con sus respectivas franjas cumplen con las especificaciones, a excepción de las estabilidad de MI ya que se encuentra por debajo de la especificación que es 500 kg
(Ver Tabla 11) para un nivel de tránsito bajo (NT1), aunque se debe tener en cuenta que la mayoría de parámetros cumplen e incluso para un nivel de tránsito medio (NT2). Además, las propiedades volumétricas de las mezclas responden a las exigidas por el INVÍAS (INV-C-450-07).
Análisis técnico: Teniendo como base la metodología RAMCODES que relaciona parámetros y fórmulas extraídas del diseño MARSHALL, se espera que los resultados obtenidos sean aproximados y/o iguales, esto fue demostrado con los resultados logrados en el laboratorio, donde los resultados de cada metodología fueron semejantes con relación a las propiedades volumétricas y mecánicas de la mezcla.
RAMCODES se fundamenta en análisis estadístico para llevar a cabo y analizar experimentos para el diseño, y para realizar un control de calidad donde se tiene control sobre los niveles de error que explican las variables más influyentes (Gmb y %Pb) en el comportamiento de la mezcla asfáltica.
En los resultados y análisis obtenidos con RAMCODES (polígono de vacíos) y teniendo en cuenta que MARSHALL presenta un área muy pequeña en la cual la fórmula de trabajo hallada presenta mínimas fluctuaciones cumpliendo con lo establecido en las especificaciones, se puede ver que el diseño RAMCODES por medio del análisis de densidades y teniendo en cuenta los parámetros base (Gse, Gsb y Gb) presenta un rango mucho más extenso donde las posibilidades de cumplir las especificaciones aumentan. (Aguirre y Guisa, 2012).
En cuanto al proceso constructivo de cada diseño, MARSHALL es más extenso a diferencia de RAMCODES, con tan solo tres (3) briquetas, en comparación a las 15 briquetas desarrolladas para MARSHALL, esto garantiza una mejor calidad en los resultados. Además la metodología RAMCODES con su polígono de vacíos ahorra tiempo, dinero y recursos necesarios para el óptimo desarrollo del proyecto.
Comparación económica. La inversión en recursos económicos en el desarrollo de cada una de las metodologías tienen una diferencia bastante amplio, ya que en los diseños MARSHALL con asfáltita, debido a tiempo en ejecución y número de briquetas del ensayo oscilan en un precio de $ 302.559, en comparación con la metodología RAMCODES el cual se obtiene el diseño con tan solo $ 60.511, las tres (3) briquetas necesarias, de donde se establece, que hacer una briqueta RAMCODES, equivale a hacer tres (3) de ellas por Marshall; esto hace que la eficiencia tanto en costo como en productividad se vea reflejada consecuentemente en dicha metodología.
Análisis de los módulos dinámicos de la mezcla.El modulo dinámico de la mezcla asfáltica fue calculado por medio de las correlaciones de la AASHTO-93, Bonnaure y Otros, Heukelom y Klomp y la Shell-Bands-2.0 y su valor representativo es de 20737 Kg/cm2. (Chavarro, 2002).
ConclusionesCon respecto al flujo para el porcentaje óptimo de bitumen encontrado en la franja central diseñada con asfáltita, fue de 3.74 mm y 3.92 mm respectivamente, valores que se encuentra dentro del rango exigido por la especificación (2 mm – 4 mm), esto nos indica, que en el momento en que la vía presente elevados niveles de tránsito, tráfico pesado y/o lento, y altas temperaturas de servicio el pavimento presentará un posible ahuellamiento.
En cuanto a la fórmula de trabajo se tiene que los porcentajes para la franja central la mezcla tiene las siguientes proporciones: grava el 61% y conglomerado de asfaltita el 39%, el porcentaje óptimo de asfalto de 6.5%, la gravedad bulk -Gmb de 2.215 gr/cm³, la estabilidad de 603 Kg, el flujo de 3.74 mm.
Con el uso del método de AASHTO-98 se determinó el módulo dinámico correspondiente a la mezcla asfáltica, se calculó el coeficiente estructural de la misma (a1 = 0.36/pulg), la cual está sujeta a la estabilidad MARSHALL de la mezcla optima, siendo este resultado obtenido favorable en lo que se refiere a la resistencia de las cargas solicitantes. El modulo dinámico de la mezcla (asfalto-asfáltita) se encuentra alrededor de 20737 Kg/cm2.
RAMCODES es una metodología de gran utilidad para el diseño, producción y control de calidad, además del ahorro en tiempo y dinero gracias al proceso constructivo que se tiene de mezclas asfálticas ya que garantiza el cumplimiento de los parámetros volumétricos exigidos en las especificaciones de construcción, a través del “polígono de vacíos”.
Con relación a la utilización de la asfáltita de la cantera Santa Teresa, Pesca-Boyacá como agregado fino y a la vez como bitumen en la elaboración de mezclas asfálticas, se observa que es aceptable su uso, basado en el cumplimiento de especificaciones INVIAS, además de su respuesta económica optima ante las mezclas asfálticas convencionales.
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* Magister.Correo: carlos.higuera@uptc.edu.co
** Ingeniera.Correo: ing.elianasalamanca@gmail.com
*** Ingeniero .Correo: ing.cfsantos90@gmail.com