Evaluación de las propiedades mecánicas de una mezcla de concreto hidráulico para pavimento rígido con la inclusión de hormigón asfáltico recuperado tipo “rap”

Introducción

La recuperación de agregados se ha convertido en un tema muy importante en la industria de la construcción. El agotamiento progresivo de los recursos naturales, el aumento en los obstáculos para desarrollar nuevas canteras y la creciente conciencia ciudadana respecto a la gestión sostenible de los residuos, hacen cada vez más relevante el uso de agregados reciclados en el sector de la construcción. A pesar de que este proceso tiene características particulares en cada país, en términos de coyuntura y escala, se espera que los materiales procedentes de diferentes tipos de residuos se conviertan en parte sustancial del mercado de la construcción. En nuestro país se usa de manera cotidiana el RAP, como se aprecia en la Figura 1.

Figura 1 Obtención del RAP por fresado Fuente: Elaboración propia.

Cuando este material se recupera al mismo tiempo que los afirmados existentes en un estructura de pavimento flexible, y casi de manera inmediata se le incorporan ligantes hidráulicos, cementicios o asfálticos, se le conoce como “Reciclado” (Figura 2). La información considerada para su utilización en la manufactura de mezclas hidráulicas para pavimentos rígidos es escasa, debido a las pocas investigaciones desarrolladas en el ámbito local. En el presente trabajo se utilizó como guíalas directrices técnicas establecidas por las Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras INVÍAS-2013 ² Artículo 500 (Excepto la medida de la resistencia a la tracción indirecta), las Normas Técnicas Colombianas NTC-121, 174, 550, 673, 890, 2871, 3459 y 4025, así como las metodologías de diseño en pavimentos rígidos AASHTO-1993, PCA-1984 y el Manual Nacional INVÍAS-ICPC-2008.

Figura 2 Obtención de RAP por reciclado Fuente: Elaboración propia.

Objetivos

General

Obtener las proporciones óptimas de diseño para diferentes mezclas de concreto hidráulico tipo MR con inclusión de RAP, de manera tal que permita la evaluación de las propiedades mecánicas para su implementación en la concepción y construcción de un pavimento rígido.

Específicos

Estudiar las propiedades mecánicas y de caracterización del RAP como un agregado pétreo reciclable de calidad competente, en forma tal que pueda garantizar la optimización de recursos en la manufactura del concreto hidráulico como reemplazo parcial de la fracción que así se justifique normativamente. b. Generar la mezcla de concreto hidráulico tipo MR con la proporción ideal de RAP, analizando en ella de manera particular, sus propiedades mecánicas resultantes bajo las referidas proporciones ideales. c. Realizar las pruebas y test de laboratorio que permitan comparar en cantidad los resultados obtenidos con los requisitos mínimos exigidos y establecidos en las especificaciones de INVÍAS/2013. Amén de analizar y determinar la correlación entre los ensayos de módulo de rotura sobre viguetas prismáticas a la flexotracción y resistencia a la compresión simple en moldes cilíndricos. d. Analizar los datos obtenidos en las pruebas para evidenciar sus alcances dentro del cumplimiento normativo INVÍAS-2013 y/o NTC. e. Modelar alternativas de pavimento rígido, mediante el uso de las metodologías AASHTO, PCA y MANUAL INVÍAS/ICPC, sobre una base clasificatoria de capacidad portante de baja a media en sub rasantes de fundación y niveles de tránsito selectivo. Lo anterior, con base en los resultados y datos obtenidos que permitan comprobar o no su aplicabilidad funcional definitiva. f. Hacer un balance costo-beneficio de la inclusión del RAP como insumo para la obtención de una mezcla hidráulica tipo MR sobre la base y manufactura en producción.

Metodología

La investigación es de uso descriptiva, explicativa y cuantitativa. El proyecto se basa en estudiar la medida de la resistencia a la flexotracción (MR), compresión (f’c) y módulo elástico (ME) de un concreto hidráulico adicionado en cierta proporción con RAP, teniendo en cuenta las directrices formuladas por las normas INVÍAS-2013, Artículo 500 (ver Figura 3). Igualmente, fueron tenidas en cuenta las directrices metodológicas establecidas por la American Concrete Institute (Comité ACI-211) y las formulaciones de los Ingenieros Sandino ³ y Sánchez Sabogal ⁴, además de los principios teóricos establecidos por Fuller-Thompson, Weymouth ⁵, Sánchez De Guzmán ⁶ y Bolomey ⁷. Fue necesario tener muy en cuenta algunas recomendaciones de la Normatividad Técnica Colombiana-NTC , descartándose la posibilidad de tener el RAP como un agregado monogranular, debido a que el insumo no se ajusta a ninguno de los usos granulométricos requeridos para la elaboración de mezclas estructurales. En este sentido, la incorporación del RAP se hizo a través de un reemplazo parcial del agregado grueso, más no como agregado fino. En las Figuras 4,5,6,7 y 8 se muestra un resumen estadístico de las pruebas y test practicados.

Figura 3 Tabla 500-6 Criterios de Diseño Fuente: Normatividad INVÍAS-2013.

Figura 4 Pruebas Agregados Pétreos Fuente: Elaboración propia.

Figura 5 Pruebas Cemento Pórtland Fuente: Elaboración propia.

Figura 6 Pruebas Agua de Mezclado Características del RAP a. Nula plasticidad (NP). Fuente: Elaboración propia.

Figura 7 Pruebas en Concreto Hidráulico Fuente: Elaboración propia.

Figura 8 Resumen General Pruebas Fuente: Elaboración propia.

b. Compensación granulométrica.

c. Buen peso unitario y específico bulk debido a la proporción presente de asfalto residual y porcentaje de absorción.

d. Excelente limpieza.

e. Nula participación de filler.

f. Competente fracturación por una y dos aristas, y buena geometría en formas.

g. Aprovechable medida en su dureza y adecuada angularidad

h. En su absorción y manejabilidad, se detectaron algunas ventajas y desventajas: Aprovechamiento en su gravedad específica, textura y cierta restricción por fenómenos de “flotado” debido a la presencia residual de betún. Igualmente, se evidenció descompensación y pérdida del color estético (ver Figuras 9 a 10).

Figura 9 Tendencia al flotado RAP Fuente: Elaboración propia

Figura 10 Aspecto Estético Color Mezcla Fuente: Elaboración propia.

El RAP no posee un cumplimiento normativo intrínseco a la luz de las mismas especificaciones INVÍAS-2013, por lo que su valoración depende más del uso granulométrico que se le quiera dar, así como de las propiedades mecánicas y complementarias que proporcione junto a otro agregado o por sí solo, para su conversión posterior en un producto. Entre los otros agregados están: las mezclas asfálticas, afirmados granulares y agregado estabilizado. Montejo ⁸ recomienda algunos usos granulométricos para su utilización, que servirán como directriz para la evaluación del insumo, así como su incorporación en el reemplazo parcial de la fracción gruesa sobre el agregado pétreo virgen (Grava) (ver Figuras 11,12 y 13). Se analizó la muestra de RAP identificada con la sigla AMP-389 proveniente de una carpeta asfáltica tipo MDC-19/25 (TM 25/19 mm) intervenida en el proyecto vial “Ruta del Sol Sector 2” con respecto a los usos granulométricos densos establecidos en la Tabla 450-6 del Artículo 450 INVÍAS-2013 (Figura 14). Este insumo puede aprovecharse en la manufactura de mezclas asfálticas reciclables con gradación densa tipo D.

Figura 11 Gradaciones Sugeridas Reciclaje Fuente: Montejo (2002).

Figura 12 Muestra RAP Analizado en Gradaciones Abiertas Fuente: Elaboración propia.

Figura 13 Muestra RAP Analizado en Gradaciones Densas Fuente: Elaboración propia.

Los resultados finales obtenidos para la elaboración de las mezclas hidráulicas tipo MR, se muestran en las Figuras 15 a 16.

Agregados pétreos vírgenes

Con procedencia del río “Chicamocha”, ubicado a (43 Kms) del Área Metropolitana de Bucaramanga (Sector Pescadero) - Santander.

Figura 14 Muestra RAP Analizado en Gradaciones Densas Tabla 450-6 INVÍAS Fuente: Elaboración propia.

Figura 15 Granulometría RAP Analizado Fuente: Elaboración propia - Parte a)

Figura 16 Test Restantes RAP Analizado Fuente: Elaboración propia Continuación Parte a).

La fuente está constituída por unidades litológicas de tipo sedimentario en la que se hace necesario considerar la inclusión de adiciones cementicias para mitigar efectos adversos al fenómeno “Agregado-álcali” (NTC-174 e INVÍAS) (ver Figura 17).

Figura 17 Minerales Susceptibles a Reacción Álcali en Colombia Fuente: NTC-174 (2000).

Desafortudamente entre una normativa y la otra existen divergencias muy marcadas a favor y en contra. Las normas técnicas NTC están concebidas para el diseño y manufactura de concretos convencionales, que no generan alcance específico en concretos para pavimentos. Las normas INVÍAS marcan algunas diferencias especiales entre las que debe mencionarse que las especificaciones INVÍAS para este tema en particular, muestra en sus apartes, consideraciones muy someras a la luz de lo que tácitamente y con mayor profundidad citan las normas NTC. La grava y la arena se controlan técnicamente con esta última normativa en el centro de producción de la empresa auspiciadora en el presente trabajo, cuyos resultados esta-

dísticos obtenidos sobre la caracterización de 6 muestras (AMP-11-50-106 y AMP-13-54-104 , se muestran en las Figuras 18,19, 20, 21, 22, 23y 24.

Figura 18 Granulometrías Grava y Arena Parte a) Fuente: Elaboración propia.

Figura 19 Caracterización Grava y Arena Continuación Parte a) Fuente: Elaboración propia.

Para diseñar una mezcla hidráulica se concibe la selección del TMN; el insumo encaja en gradaciones (6-NTC-174) y (AG2, fracción 2-INVÍAS-2013), siendo la primera la ideal para combinarse con RAP.

Figura 20 Caracterización Grava y Arena Continuación Parte a) Fuente: Elaboración propia

Figura 21 Granulometría Arena 9.5 mm Fuente: Elaboración propia/INVÍAS/NTC.

Figura 22 Granulometría Arena 9.5 mm Fuente: Elaboración Propia/INVÍAS/NTC

Figura 23 Granulometría Grava 25 mm Fuente: Elaboración propia/INVÍAS/NTC.

Figura 24 Granulometría Grava 25 mm Fuente: Elaboración propia/INVÍAS/NTC.

A partir de ello, y reconociendo que la grava y el RAP poseen igual TM (=25 mm), se concluye un “Principio de compatibilidad” para considerar el reemplazo del agregado grueso vírgen por el insumo reciclado RAP. El porcentaje de participación es avalado por los métodos de diseño, las combinaciones teóricas y los análisis literarios acabados de mencionar. Por ello es adverso pensar que el RAP, en su fracción fina, pretenda reemplazarse parcialmente en la arena, aunque puede dar inicio a una investigación venidera. El nuevo término participativo para la fracción gruesa se denominará “Grava combinada”.

Cemento Pórtland

Es un aparte importante en la selección de los insumos para el logro y obtención final de las resistencias a la flexotracción y compresión, así como el módulo elástico. La valoración está bien concebida por la reciente actualización NTC-121 (2014, 2ª rev), que difiere en un alto contenido de los requerimientos normativos INVÍAS-2013. La actualización homologó un nuevo y mejor nombramiento técnico a los cementos de acuerdo con sus usos específicos, sin dejar a un lado su tipificación (I a V): UG (Uso general), ART (Alta resistencia temprana), MRS (Moderada resistencia a los sulfatos), ARS (Alta resistencia a los sulfatos), A (Incorporadores de aire), BCH (Bajo calor de hidratación), BRA (Baja reactividad agregado/álcali) y MCH (Moderado calor de hidratación). Se manejó cemento ART-clasificación III en un porcentaje del 85%, así como una adición activa del 15% de “Ceniza Termotasajero” (15%)- (ver Figura 25)

Figura 25 Resultado Estadístico Cemento Fuente: Elaboración propia.

Agua de Mezclado

Se tomó de la quebrada “Aguablanca”, ubicada en inmediaciones de la planta de producción de concretos de la organización auspiciadora (Km 2 Vía Girón- Floridablanca, Santander). Al igual que el cemento pórtland, el enfoque normativo INVÍAS-2013-Tabla 630-5, es muy corto con respecto a las consideraciones citadas por la norma técnica NTC-3459. Fueron valoradas, en consecuencia, pruebas complementarias cuyos resultados se muestran en la Figura 26.

Diseño de Mezclas Hidráulicas

Cumpliendo con las exigencias de la Figura 3, se procedió a realizar tres diseños de mezclas hidráulicas. Todos los resultados obtenidos a nivel de laboratorio en muestras caracterizadas como test sobre producto final, obedecieron a la guía estadística de la ACI-318 (<4%) ( Figura 27).

Figura 26 Resultados Muestra Agua Fuente: Laboratorio Químico de Consultas Industriales UIS.

Figura 27 Reglamento ACI-318 Fuente: American Concrete Institute

El conocimiento de las propiedades del concreto, tanto en estado endurecido (Producto final) como en estado fluido, tiene como finalidad primordial determinar el diseño de la mezcla en función de una granulometría componente y su relación agua/cemento (A/C), establecida por el principio de asentamiento de Abrams ⁹. En este aparte, se hace necesario considerar algunas postulaciones como la de Sánchez et al, quienes consideran asentamientos de diseño especiales que sin estar incluidos en las especificaciones INVÍAS y NTC son totalmente válidos a la luz y responsabilidad de cualquier diseñador de mezclas, así como de algunos criterios y condiciones estipulados para la construcción de pavimentos rígidos (ver Figura 28).

Secuencia:

Figura 28 Selección de Asentamientos Fuente: Sánchez (2002).

a. Selección del asentamiento de diseño b. Selección (TM) del agregado grueso c. Estimación del contenido de aire d. Contenido de agua de mezclado e. Resistencia de diseño f. Relación A/C g. Contenido de cemento h. Volumen de los agregados i. Estimación agregado grueso j. Ajuste por humedad de los agregados

Como respuesta a los tanteos calculados, la opción que mejor se ajustó fue la proporción (80% grava + 20% RAP), que validó finalmente dichos diseños ( Figura 29).

Figura 29 Dosificación Grava Combinada Fuente: Elaboración propia.

La elección final será aquella que soporte en primera instancia su validación técnica y normativa y, por otro, la que permita estipular su aprovechamiento económico dentro de la manufactura del concreto. Como resultado, las participaciones finales entre los nuevos agregados definidos son los porcentajes teóricos mostrados en la Tabla 1.

Tabla 1 Proporciones Finales Mezclas Mezcla A gregado Combinado Agregado Fino MR-3.8 MPa 60% 40% MR-4.0 MPa 57% 43% MR-4.2 MPa 57% 43% Fuente: Elaboración Propia

Verificación de Teorías Granulométricas

Los autores basan sus criterios y principios en la capacidad de acomodamiento y compacidad de las partículas dentro de un volumen dado, tal que se logre la máxima densidad y su mejor resistencia.

a. Fuller-Thompson, Bolomey, Sánchez De Guzmán y Weymouth

(ver requisitos en las Figuras 30, 31, 32, 33y 34)

Figura 30 Gradaciones Fuller-Thompson Fuente: Sánchez et al (1996).

Figura 31 Gradaciones Weymouth Fuente: Sánchez et al (1996).

Figura 32 Gradaciones Sánchez D.Guzmán Fuente: Sánchez D. G., D. (1996) (et al.)

Figura 33 Gradaciones Bolomey Fuente: Sánchez et al (1996).

Figura 34 Numeral 500.2.1.4. Fuente: Normatividad INVÍAS-2013

Todos los resultados, así como el resumen general de los diseños se muestran en las Figuras 35, 36 y 37. Las mezclas fueron diseñadas para una condición de asentamiento máximo (=3”). Lo anterior, bajo autonomía a los criterios definidos por la Tabla 500-9 de las normas INVÍAS-2013 (ver Figuras 38 a 39). Esto se soporta en el hecho generado por la presencia de asfalto residual sobre el RAP, lo que ha conllevado a una trabajabilidad con mayor holgura.

Como resumen, en las Figuras 40 a 41, se muestra un comparativo estadístico y de variación porcentual con respecto a las mezclas MR convencionales que sustenta la empresa auspiciadora de esta investigación.

Figura 35 Chequeo en MR-3.8 MPa Fuente: Elaboración propia.

Figura 36 Chequeo en MR-4.0 MPa Fuente: Elaboración propia.

Resultados

(MR, f’c, Módulos Elásticos y Tiempos de Fraguado)

Algunos estudios realizados, dan cuenta de la correlación entre la resistencia a la compresión (f’c) y flexión (MR). Estos han concluido que el ensayo a la compresión sería uno de los métodos más indicados para calificar la calidad del concreto por ser este un método más confiable y de menor incertidumbre, lo cual no es totalmente prescindible en la determinación del ensayo de módulo de rotura (MR), no solo porque así lo exigen las metodologías de diseño en pavimentos rígidos, sino también porque la mayoría de las autores basan sus sistemáticas en la condición a la fatiga del hormigón.

Figura 37 Chequeo en MR-4.2 MPa Fuente: Elaboración propia.

Figura 38 Asentamiento de Diseño Fuente: Normatividad INVÍAS-2013

Figura 39 Asentamiento de Diseño Fuente: Sánchez (2002).

Figura 40 Comparativo Cantidades Fuente: Elaboración Propia -Asfaltart S.A.

Figura 41 Resumen Diseños Hidráulicos Fuente: Elaboración propia - Asfaltart S.A.

Es claro que la relación (A/C) es el parámetro que en mayor grado determina la resistencia del hormigón. También, el coeficiente de correlación (K) varía con el contenido y categoría real del cemento, granulometría, fracturación, naturaleza superficial (TM), concentración volumétrica del árido, humedad de curado en los especímenes, así como la oclusión voluntaria del aire y compacidad incompleta. Para ello y como se estipuló en esta investigación, la Figura 42 muestra una de las correlaciones literarias más utilizadas en nuestro ámbito local para la modelación de pavimentos rígidos. Con su ayuda, se determinaron los coeficientes (K) por mezcla hidráulica estudiada (ver Figuras 43, 44 a 45)

Frente a la obtención de módulos de elasticidad, estos fueron verificados con base en los requisitos del “Manual de Diseño de Pavimento Rígidos ICPC-INVÍAS-2008”, el CCDSP-2014, la norma sismo resistente colombiana NSR-2010 y algunas directrices internacionales, como el código COLLINS, el reglamento ACI318 y la AASHTO LRFD - (ver Figuras 46, 47, 48a 49). A pesar de que la medida es susceptible a la aplicación de carga y control en la deformación aplicada, los resultados fueron necesarios para modelar cada una de las alternativas de pavimento rígido.

Se puede concluir que las cifras obtenidas fueron competentes (ver Figura 50), comparada con un resultado obtenido para una muestra de concreto estructural de (f’c=28 MPa / MR-4.0 MPa) (Figura 49), manufacturado por la empresa auspiciadora ( Figura 51).

Figura 42 Correlación (F’c) y (MR) Fuente: ICPC (1999). Instituto Colombiano de Productores de Cemento. Notas técnicas. Publicación 903. Número 10. Serie 4. Bogotá D.C. Colombia.

Los resultados promedio correspondientes a la medida de compresión y flexotracción, se muestran en las Figuras 52 a 53, su porcentualidad es referida en Figura 54 y la validación a los tiempos de fraguado en la Figura 55 respectivamente.

Figura 43 Cociente (K) MR-3.8 MPa Fuente: Elaboración propia.

Figura 44 Cociente (K) MR-4.0 MPa Fuente: Elaboración propia

Modelación Alternativas de Pavimento en Concreto Hidráulico Consideraciones especiales (ver Tabla 2y Figuras 56, 57, 58, 59, 60a 61, respectivamente):

a. Tránsito W18 (5E+05<NEE<5E+06).

b. Sub rasantes CBR (2%, 3% y 7%).

Figura 45 Cociente (K) MR-4.2 MPa Fuente: Elaboración propia.

Figura 46 Módulos de Elasticidad según Procedencia Geológica del Agregado Fuente: Guía AASHTO-1993

Figura 47 Módulos de Elasticidad por Reglamentación Nacional e Internacional Fuente: Manual Pavimentos ICPC-INVÍAS-2008, CCDSP-2014, NSR-2010 y ACI-318.

Figura 48 Módulos de Elasticidad Fuente: Elaboración propia

Figura 49 Módulos de Elasticidad Fuente: Elaboración propia

Figura 50 Módulos Elasticidad Obtenidos Comparación con Muestra de Figura 58 Fuente: Elaboración propia.

Figura 51 Módulo Elasticidad Muestra 4798 (f’c=28 MPa / MR=4.0 MPa) Fuente: Asfaltart S. A.

Figura 52 % Evolución y Resistencia Promedio Flexión Mezclas con RAP Fuente: Elaboración propia.

Las cifras permiten conocer el intervalo de vibración límite, así como el comienzo de las operaciones de aserrado y terminación.

Figura 53 % Evolución y Resistencia Promedio Compresión Mezclas con RAP Fuente: Elaboración propia

Figura 54 Medida de Porcentualidades Fuente: Elaboración propia

Figura 55 Resumen Tiempos Fraguado Fuente: Elaboración propia.

c. Metodologías utilizadas (AASHTO-1993, PCA-1984 y Manual de Diseño de Pavimentos Rígidos para Vías con Bajos, Medios y Altos Volúmenes de Tránsito - INVÍAS-ICPC-2008).

d. Espesor y categoría de material granular de transición (15 cms de base granular tipo INVÍAS-2013 densada al 100%PM - CBR>=95%).

e. Efecto de no berma, módulo reacción combinado, corrección por pérdida de soporte y % de fatiga/erosión.

El resultado final por modelación AASHTO-1993 basado en la adecuada selección de sus variables (K’, PSI, R, So, ai, cd, Sc, Ec, J y W18), se muestra en la Figura 68. Al mismo tiempo, para la modelación PCA-1984, basados en los máximos criterios de fatiga y erosión (<100%), factor deseguridad de carga (FS), módulo de reacción combinado (K’ - Figura 60), tránsito (W18), condición de no berma (Literal e.), espesor del granular de apoyo (Literal d.) y MR del concreto, la Figura 62 muestra los resultados finales

Figura 56 Tabla 100-1. Niveles de Tránsito / Tabla 3-1. Categorías de Tránsito Fuente: Normatividad INVÍAS-2013 / Manual ICPC-INVÍAS-2008.

Tabla 2 Repeticiones Esperadas

Figura 57 Tabla 3-2. Tipos de Subrasante

Figura 58 Tabla 3-6. Variables Modelación Fuente: Manual ICPC-INVÍAS-2008.

Figura 59 Módulo de Reacción Combinado Metodología AASHTO-1993 Fuente: Manual ICPC-INVÍAS-2008

Figura 60 Módulo de Reacción Combinado Metodología PCA-1984 Fuente: Manual ICPC-INVÍAS-2008.

Otra forma de chequeo, muy conservadora y de ágil tanteo, es la utilizada con ayuda del “Manual de Diseño de Pavimentos de Concreto para Vías con Bajos, Medios y Altos Volúmenes de Tránsito INVÍAS-ICPC-2008”. En el diseño del pavimento es necesario tener en cuenta el módulo de reacción combinado (K), el tránsito de diseño (W18), las condiciones climáticas y los materiales constituyentes (MR) (ver en Figura 63 variables de diseño; y en Figura 64. resultados finales obtenidos).

Relación Beneficio -Costo (B/C)

Figura 61 Espesores AASHTO-1993 Fuente: Elaboración propia.

Figura 62 Espesores PCA-1984 Fuente: Elaboración Propia

Para comparar el estudio de las mezclas obtenidas con adición de RAP y las establecidas convencionalmente, se realizó un análisis comparativo entre los APU objeto de los procesos de manufactura por cada tipo de diseño. Se calcula para ello la relación (B/C), en donde se halla la suma de los beneficios descontados traídos al presente, dividiéndolos sobre la suma de los costos descontados.

Si (B/C>1), beneficios superan los costos. Negocio a considerar. Si (B/C=1), no hay ganancias; beneficios son iguales a los costos. No considerar negocio. So (B/C<1), costos superan los beneficios. No considerar negocio. Se consideró en APU’s, un costo mínimo de transporte/m3 ($865). La actividad es como si se fabricara el concreto hidráulico en obra. El costo del RAP es considerado nulo porque se estima su donación por parte del interesado. En caso contrario, es necesario considerar un costo básico de fresado ($45.000) y el transporte al sitio de manufactura.

Las relaciones (B/C) son las mostradas en la Figura 65, indicando que para el (MR-3.8 MPa) los costos de producción con la adición de RAP son similares a los costos de producción sin la adición del mismo. Para las mezclas (MR-4.0 y 4.2 MPa) sí es rentable el negocio habida cuenta del margen de utilidad por metro cúbico en mezcla hidráulica producida. El ahorro promedio está alrededor de los ($30.900. oo=/m3), es decir, un porcentaje de aprovechamiento del (9%) sobre el valor de los costos directos.

Conclusiones

El Rap:

Ofrece significativos ahorros de energía, materiales no renovables y contribuye a la sostenibilidad de los proyectos viales y a la disminución de impactos ambientales.

Además:

Su densidad bulk en fracción gruesa es aproximadamente un 12% menor que la de un agregado pétreo virgen.

Figura 63 Variables de Diseño Fuente: Manual ICPC-INVÍAS-2008 Fuente: Elaboración propia.

Figura 64 Espesores ICPC-INVÍAS-2008 Fuente: Elaboración propia

Figura 65 Valores Relación (B/C) Mezclas Fuente: Elaboración propia.

1. Su reutilización promueve una menor disposición de escombros. Disminuye la necesidad de explotar nuevas fuentes de materiales vírgenes, menor consumo de energía y contaminación por transporte

2. Sus propiedades mecánicas ofrecen buena parte de garantía para el diseño y manufactura de una mezcla hidráulica, habida cuenta de su excelente participación en la re-fabricación de concretos asfálticos.

3. Su mayor obstáculo dentro de una óptima selección es la determinación adecuada del uso granulométrico. Por esto, debe analizarse la escogencia de su TM y % participativo para incluirse dentro de las fórmulas de trabajo en frío (Heterogranularidad en sus tamaños, así como su % de asfalto residual). Se postula para futura investigación, realizar validación con más de una fracción.

5. Se encontraron valores competentes y dentro de umbrales de control en lo referido a su dureza, formas, sanidad, plasticidad, limpieza, fracturación, angularidad y peso específico.

6. La absorción de agua que experimenta es poca, debido a la presencia del asfalto residual. El resultado condicionó el valor sustancial en el asentamiento de las mezclas, tendencia al flotado y matiz al color convencional del concreto.

8. Su adición es indiscutiblemente un beneficio económico en la valoración de costos financieros para la producción de cualquier tipo de mezcla o combinación con otros agregados pétreos compatibles.

9. La incorporación del insumo generó disminución en la densidad de las mezclas analizadas (MR-3.8 MPa 0.34% / MR-4.0 MPa 0.42% y MR-4.2 MPa 0.92%).

10. Se pudo reemplazar solo un 20% de la masa correspondiente al agregado grueso virgen. Lo anterior, habida cuenta del cumplimiento de combinaciones establecidas para el no propiciamiento de desfases de mayor intervalo respecto a los usos granulométricos establecidos por la normativa y metodologías de diseño.

11. Es totalmente recomendable el resguardo, manipulación y cuidados complementarios al insumo después de su obtención en los procesos referenciados.

12. Se deben emitir recomendaciones para futuros trabajos de investigación, utilizando dicho insumo para el diseño y manufactura de otros concretos hidráulicos.

En cuanto a los agregados pétreos vírgenes:

13. La fuente “Río Chicamocha sector Pescadero” ofrece buenos agregados pétreos (crudo y arenas naturales) para la manufactura de las mezclas.

14. Debe considerarse la adición de insumos cementicios especiales para contrarrestar efecto “Agregado-álcali” en las mezclas hidráulicas.

15. Existe desfavorabilidad para la manufactura de mezclas hidráulicas con la incorporación de RAP en lo referido al contenido de agregado fino (Arena), cuyos valores aumentaron en un promedio cercano al 36%. En lo referido al agregado grueso, los resultados fueron favorables desde el punto de vista incluyente, ya que se obtuvieron disminuciones sobre su combinación total. cercanas al (23%).

En lo correspondiente al cemento pórtland

16. La utilización de los cementos tipo ART III ayuda enormemente en la adquisición de resistencias a tempranas edades.

17. Las interpretaciones estadísticas valoradas al insumo evidencian discontinuidad coyuntural en el resultado de ensayo en “Expansión sobre barras de mortero”, que estando dentro del cumplimiento normativo, dan cuenta del condicionamiento comercial y técnico con el que se aprovecha el producto cementicio a nivel nacional.

18. Es premeditorio la incorporación de elemento refrigerantes para la manufactura de las mezclas hidráulicas tipo MR-40 y 42. Lo anterior soportado en la elevada incorporación sobre la cantidad de cemento y calor de hidratación.

19. Se evidenció por las metodologías utilizadas para el diseño de las mezclas,que los contenidos de cemento variaron en relación con los que una mezcla convencional puede requerir: (MR-3.8 MPa+3% / MR-4.0 MPa -5% y MR-4.2 MPa-6%).

En cuanto al agua:

20. El insumo analizado proveniente de la fuente “Aguablanca” cumple requerimientos básicos normativos NTC e INVÍAS/2013.

21. Sus ensayos complementarios (contenido de azúcares, sulfatos, cloruros, sodio, potasio y sólidos totales) avalan el cumplimiento a la luz de los requerimientos exigidos por la normatividad internacional - ACI.

22. Los contenidos de agua en los diseños de las mezclas aumentaron en un 15%; esto sobre la base de la trabajabilidad inducida por la presencia de asfalto residual en el RAP, así como por el comportamiento mecánico de un agregado reciclado.

De los resultados del producto final se destaca:

23. Reducción de la densidad en las mezclas del orden (0.6%).

24. Todas las curvas de resistencia a la flexión y compresión, así con las correspondientes a los módulos de elasticidad demostraron normal comportamiento estadístico para cada uno de los resultados esperados. El 100% de las resistencias, tanto en flexotracción como en compresión cumplen requisitos normativos antes de los 11 días de edad (MR-4.0 y 4.2 MPa), y sobre 14 días (MR-3.8 MPa). Esto se debe no solo a la buena calidad del tipo de cemento pórtland utilizado, sino al aporte brindado por la adición cementicia en el control del efecto“Agregado-álcali”. Para el MR-38, llamó la atención que con valores algo bajos de resistencia a la compresión para su uso típico en estructuras de pavimento rígido, se obtuvieron resistencias moderadas de MR.

25. La medida en tiempos de fraguado se encuentran dentro de los intervalos de mezclas convencionales para temperaturas y condiciones ambientales cálidas.

26. Los valores de correlación (K) encontrados para las pruebas de flexión y compresión se encuentran entre los intervalos recomendados por la normatividad internacional ACI (2.1<=K<=2.7).

27. Las fallas de los especímenes a compresión, se encontraron de manera normal dentro de las tipologías consideradas por la ACI.

28. Los resultados experimentales se avalaron estadísticamente con las medidas base del promedio aritmético obtenido, desviación estándar y validación en proceso por medio de la obtención del coeficiente de variación, que para todos los casos consideró procesos de excelente a buena operación para muestreos ejecutados en laboratorio (V<4%).

29. El valor de módulo de elasticidad para la mezcla hidráulica tipo MR-4.0 MPa comparada con una convencional, se encuentra un (17%) por debajo de su cifra obtenida (ver Figura 57). Lo anterior indica que para llegar a esta misma calidad, la única mezcla con incorporación de RAP que puede alcanzarla es la correspondiente a un MR-4.2 MPa.

30. Se recomienda evaluar todas las propiedades mecánicas investigadas, en pruebas sobre un tramo de prueba real, con el objetivo de testificar con ayuda de equipos de medición y auscultación especial en el área de ingeniería de pavimentos, así como un buen control técnico en laboratorio (pruebas destructivas) los datos aquí obtenidos.

31. Debe contemplarse la medición de tracción indirecta en núcleos extraídos, así como algunos ensayos de tipo dinámico excluidos en la presente investigación.

32. Solo se pudo reemplazar un 20% de la masa correspondiente al agregado grueso virgen por el RAP. Lo anterior, habida cuenta del cumplimiento a las combinaciones establecidas para no propiciar desfases de mayor intervalo con respecto a los usos establecidos por las franjas granulométricas y metodológicas de diseño.

La porcentualidad entre resultados (f’c/ME) y (MR/f’c) Kg/cm2 fueron en promedio del 0.17% y 11.7%, respectivamente.

33. Las temperaturas de fraguado correspondiente a los MR-3.8, MPa y 4.2 MPa superaron el umbral recomendado por la literatura especializada (34oC). Se recomienda la incorporación de agentes refrigerantes en el hormigón.

Especificaciones técnicas:

35. Persisten fallas de digitación, presentación y ausencia complementaria de criterios técnicos entre la reciente formulación INVÍAS/2013 y su recíproca NTC.

36. En la obtención y comparación de módulos elásticos bajo enfoque normativo nacional como internacional, se evidencian diferenciamientos sustanciales en sus umbrales y requisitos de aceptación.

37. Existen divergencias en el uso interpretativo y aplicación particular correspondiente al uso normativo que establecen las normas INVÍAS/2013 y NTC, respectivamente. Una cosa es el control para la manufactura y diseño de concretos hidráulicos que no son de uso en la construcción de proyectos de infraestructura vial, y otra la que se pretende promover en la construcción de estructuras generales que no son los pavimentos.

Modelamientos estructurales:

38. Las mezclas evaluadas pueden ser utilizadas sin restricción alguna como concretos para la construcción de pavimentos rígidos en vías de bajos y medios volúmenes de tránsito NT-1 / NT-2 (Hasta 5E+06 ejes 8.2 Ton).

39. Se cumplieron de las expectativas de validación referidas a la determinación de aceptables módulos de elasticidad.

40. Existe divergencia en la obtención de agrimensuras definidas por las metodologías (AASHTO-1993 y PCA-1984), versus la contemplada por el manual nacional vigente INVÍAS/ICPC-2008, en donde son algo sobredimensionados los espesores allí calculados.

41. Se ratifica una divergencia en más de un 20% de los resultados que asume el manual ICPC/INVÍAS-2008 versus metodologías AASHTO-1993 y PCA-1984 respectivamente.

4.2 La validación se enfocó a sub rasantes de fundación con calidad regular a pobre. Esto puede dar cuenta de una mejor y adaptable solución técnico-económica a las necesidades de vías hasta de un orden secundario.

43. Se sugiere considerar el uso estructural en obras convencionales, habida cuenta de los resultados obtenidos a nivel de resistencias a la compresión y módulos de elasticidad.

Referencias

1. Newcomb D, NAPA. La industria de la mezcla de asfalto caliente es un líder nacional en el reciclaje de su producto y otros. 2004.
2. Ministerio del Transporte. Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras INVÍAS-2013. Resolución 0001376 del 26/V/2014. 2013.
3. Sandino A. Diseño de mezclas de concreto. Universidad Nacional de Colombia: Bogotá; 1965.
4. Sánchez S.F. Curso básico de diseño de mezclas de concreto hidráulico para pavimentos. Universidad Católica de Colombia: Bogotá; 2002.
5. FullerThompson he laws of proportioning concrete. 1907.
6. Weymouth C. Effect of particle interference mortars and concrete. University of Pensilvania: EUA; 1933.
7. Sánchez de Guzmán D. Tecnología del concreto y del mortero. Universidad Pontificia Javeriana: Bogotá; 1996.
8. Neville A. Tecnología del concreto. Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto: México D.F.; 1979.
9. Montejo A. Ingeniería de pavimentos para carreteras. Universidad Católica de Colombia: Bogotá; 2002.
10. NTC-396. Método de ensayo para determinar el asentamiento del concreto. Versión (1992-01-15) (1ª actualización). 1992.