Evaluación del comportamiento mecánico de una mezcla asfáltica MDC-19 modificada con ceniza de cascarilla de arroz
Esta monografía tiene como fin evaluar el comportamiento mecánico de una mezcla asfáltica MDC-19 modificada con ceniza de cascarilla de arroz por medio del método Marshall y ensayos de densidad. Para lograr lo anterior se realizaron una serie de laboratorios establecidos por el Instituto Nacional de...
- Autores:
-
Giraldo, Angell Gabriela
Palomino Álvarez, Valeria
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad de Ibagué
- Repositorio:
- Repositorio Universidad de Ibagué
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/4815
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/20.500.12313/4815
- Palabra clave:
- Mezcla asfáltica MDC-19 - Comportamiento mecánico
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Marshall y Cántabro
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Esta monografía tiene como fin evaluar el comportamiento mecánico de una mezcla asfáltica MDC-19 modificada con ceniza de cascarilla de arroz por medio del método Marshall y ensayos de densidad. Para lograr lo anterior se realizaron una serie de laboratorios establecidos por el Instituto Nacional de Vías (INVIAS), iniciando con la caracterización de agregados (grava, arena y asfalto) y verificación de los requerimientos mínimos para una mezcla asfáltica MDC-19 en base al artículo 450 de la norma; hasta finalmente realizar una modificación por vía seca con ceniza de cascarilla de arroz (CCA). Para analizar el comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica se realizó el diseño Marshall para determinar el porcentaje óptimo de asfalto en la mezcla. Posteriormente con este dato se elaboraron doce probetas de cuatro pulgadas de diámetro, modificadas con CCA al 5.5%, 6% y 6.5%. Estas fueron sometidas al ensayo cántabro de pérdida por desgaste y al ensayo de estabilidad y flujo de mezclas asfálticas. Con cada uno de los porcentajes se identificó un aumento en las propiedades mecánicas de la mezcla. Sin embargo, la modificación que reflejó mejores resultados fue del 6%, donde se evidencia un aumento de más del 70% en la estabilidad Marshall con respecto a los resultados de asfalto original. Por esta razón, se concluye que dicho porcentaje de modificación es el óptimo para una mezcla asfáltica MDC-19 modificada con ceniza de cascarilla de arroz. |
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Giraldo, A.G. & Palomino Álvarez, V. (2023). Evaluación del comportamiento mecánico de una mezcla asfáltica MDC-19 modificada con ceniza de cascarilla de arroz. [Trabajo de grado, Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/4815 |
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Albarracín, L, & Martínez, J., (2017). Infraestructura vial: instrumento para la competitividad comercial en Colombia. (Proyecto de grado). Universidad de Cartagena, Repositorio Unicartagena. Barragán C. y Cuervo H., (2019). Análisis del comportamiento físico mecánico de la adición de ceniza de cascarilla de arroz de la variedad blanco a un suelo areno arcilloso, Universidad Piloto de Colombia sección Alto Magdalena, Girardot, Colombia. Bolívar S.A, & Quintero C.E., (2019). Análisis del estado de las vías secundarias en Colombia y la oportunidad de la ingeniería civil para su construcción y mantenimiento polímero (Tesis facultad de ingeniería). Universidad Católica de Colombia, Bogotá, Colombia. Caamaño I, (2016). Mejoramiento de un suelo blando de subrasante mediante la adición de cascarilla de arroz y su efecto en el módulo resiliente. (Tesis facultad de ingeniería). Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá, Colombia. Cajaleon O., Mondragon D, (2018). Estabilización de suelos arcillosos agregando cenizas de cáscaras de arroz para la subrasante en el km+ 17 Pimpingos, Choros 2018. (Tesis de pregrado). Universidad Cesar Vallejo, Lima, Perú. Canakci, Hanifi, Aziz, Aram, & Celik, Fatih, (2015). Soil stabilization of clay with lignin, rice husk powder and ash. Geomechanics and Engineering, 8(1), 67–79. https://doi.org/10.12989/GAE.2015.8.1.067 Castro A, (2017). Estabilización de suelos arcillosos con ceniza de cascara de arroz para el mejoramiento de subrasante. (Tesis de pregrado). Universidad nacional de ingeniería Perú, Lima, Perú. E-Asphalt, s.f, Asfaltos modificados. Todos los derechos reservados. E – Asphalt. Recuperado de https://e-asfalto.com/asfaltos-modificados/ Escobar J., Quispe G., Quispe F. & Arana J, (2020). Estabilización de una subrasante arcillosa de baja plasticidad con cenizas de cáscara de arroz. (Tesis facultado de ingeniería). Pontificia Universidad católica de Perú, Lima, Perú. Facultad de Minas UNAL. (2019). Producción de nanopartículas de sílice a partir de la cascarilla arroz. Noticias UNAL. Recuperado https://minas.medellin.unal.edu.co/noticias/3634-proyecto-propone-producir nanoparticulas-de-silice-a-partir-de-la-cascarilla-de-arroz Fernández, B. (2012). Civilgeeks.com. Obtenido de Civilgeeks.com: Recuperado de https://civilgeeks.com/2014/02/20/la-conciencia-medioambiental-tambien-rige-el-sector del-asfalto/. Grupo Surfax. (2007). Determinación de las temperaturas de mezclado y compactación mediante viscosidad a corte cero. pe.libguides.com/c.php?g=1043492&p=7613287. Instituto Nacional de Vías, (2011). Guía Metodológica para el Diseño de obras de Rehabilitación de Pavimentos Asfalticos para carreteras. Página oficial del gobierno de Colombia. Instituto Nacional de Vías, (2012). Normas de Ensayo de Materiales para Carreteras, Colombia. Instituto Nacional de Vías, (2012). Mezclas asfálticas en caliente de gradación continua (Art. 450). Krishnarao, R.V.; Subrahmanyam, J. & Kumar, T. J. (2001). Studies on the formation of black particles in rice husk silica ash. Journal of the European Ceramic Society. Lizcano O. & Ramos D., (2020). Estudio del comportamiento mecánico de mezclas asfálticas modificadas con llenante mineral de ceniza de la cascarilla resultante de la molienda del arroz. (Tesis facultad de ingeniería), Universidad Católica de Colombia, Bogotá, Colombia. Lopez J, (2021). Estabilización de suelos arcillosos aplicando ceniza de cáscara de arroz para el mejoramiento de subrasante, en la localidad de Moyobamba – Departamento de San Martín. (Tesis de pregrado). Universidad Popular del Cesar, Valledupar, Cesar. Lopez J, (2021). Estabilización de suelos arcillosos aplicando ceniza de cáscara de arroz para el mejoramiento de subrasante, en la localidad de Moyobamba – Departamento de San Martín. (Tesis de pregrado). Universidad Popular del Cesar, Valledupar, Cesar. Parera, A. 2017 “Pavimentos flexibles y pavimentos rígidos”. Recuperado de: https://www.unifort.es/pavimentos-industriales/pavimentos-flexibles-pavimentos-rigidos/ Pérez E. & López W., (2019). Diseño de pavimento flexible utilizando ceniza de cascarilla de arroz para mejorar la estabilidad y flujo vial. (Tesis facultad de ingeniería). Universidad Cesar Vallejo, Tarapoto, Perú. Rodríguez Mineros, C., & Rodríguez Molina, J. (2004). Evaluación y rehabilitación de pavimentos flexibles por el método del reciclaje. San Juan: Universidad del Salvador. THE ASPHALT INSTITUTE, (2000) “Manual del Asfalto, Productos Asfálticos S. A.”, Madrid, España. Valverde, A.; Sarria, B. & Monteagudo, J. (2007). Análisis comparativo de las características fisicoquímicas de la cascarilla de arroz. Scientia et Technica. Vargas J., Alvarado P., Vega-Baudrit J. & Porras M, (2013). Caracterización del subproducto cascarillas de arroz en búsqueda de posibles aplicaciones como materia prima en procesos. Revista científica instituto de investigaciones químicas y biológicas, Vol. 23 No 1, p. 13. |
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Para analizar el comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica se realizó el diseño Marshall para determinar el porcentaje óptimo de asfalto en la mezcla. Posteriormente con este dato se elaboraron doce probetas de cuatro pulgadas de diámetro, modificadas con CCA al 5.5%, 6% y 6.5%. Estas fueron sometidas al ensayo cántabro de pérdida por desgaste y al ensayo de estabilidad y flujo de mezclas asfálticas. Con cada uno de los porcentajes se identificó un aumento en las propiedades mecánicas de la mezcla. Sin embargo, la modificación que reflejó mejores resultados fue del 6%, donde se evidencia un aumento de más del 70% en la estabilidad Marshall con respecto a los resultados de asfalto original. Por esta razón, se concluye que dicho porcentaje de modificación es el óptimo para una mezcla asfáltica MDC-19 modificada con ceniza de cascarilla de arroz.The purpose of this monograph is to evaluate the mechanical behavior of an asphalt mix MDC-19 modified with rice husk ash by the Marshall method and density tests. To achieve that, a series of laboratories established by the National Institute of Roads (INVIAS) were performed, starting with the characterization of the aggregates (gravel, sand and asphalt) and verification of the minimum requirements for an MDC-19 asphalt mix based on the article 450 of the norm; until finally making a modification by dry method with rice husk ash (CCA). To analyze the mechanical behavior of the asphalt mixture, the Marshall design was made to determine the optimal percentage of asphalt in the mixture. Subsequently, with this data, twelve specimens of four inches in diameter were elaborated, modified with CCA at 5.5%, 6% and 6.5%. These were subjected to the Cantabrian wear loss test and the stability and flow test of asphalt mixtures. With each of the percentages an increase in the mechanical properties of the mixture was identified. However, the modification that reflected better results was 6%, where an increase of more than 70% in Marshall stability is evidenced with respect to the original asphalt results. For this reason, it is concluded that this percentage of modification is optimal for an asphalt mixture MDC-19 modified with rice husk ash.PregradoIngeniero CivilIntroducción.....1 Capítulo 1. Generalidades.....3 1.1. Planteamiento y justificación.....3 1.2. Objetivos.....5 1.2.1 Objetivo general.....5 1.2.2 Objetivos específicos.....5 1.3. Referentes empíricos y teóricos.....6 Capítulo 2. Marco teórico y conceptual.....10 2.1. Pavimento.....10 2.2. Pavimento flexible.....10 2.3. Pavimento rígido.....10 2.4. Mezcla asfáltica.....10 2.4.1 Mezclas densas en caliente.....11 2.4.2 Diseño de mezcla.....12 2.5. Normatividad.....12 2.5.1 Resistencia de mezclas asfálticas en caliente empleando el método Marshall.....12 2.5.2 Ensayos agregado pétreo:.....12 2.5.3 Ensayos cemento asfáltico:.....16 2.5.4 Estabilidad y flujo de mezclas asfálticas en caliente empleando el equipo Marshall.....18 2.5.5 Contenido óptimo de asfalto.....19 2.5.6 Caracterización de las mezclas asfálticas por medio del ensayo de cántabro por pérdida por desgaste.....19 2.6. Asfaltos modificados.....20 2.7. Cascarilla de arroz . 20 Capítulo 3. Metodología y Resultados.....21 3.1. Caracterización de los agregados.....21 3.1.1 Análisis granulométrico de agregado grueso y fino.....21 3.1.2 Equivalente de arena del suelo y agregado fino.....22 3.1.3 Resistencia a la degradación de los agregados gruesos de tamaños mayores de 19 mm (3/4”) por abrasión e impacto en la máquina de los ángeles.....24 3.1.4 Determinación del valor del 10% de finos .... 27 3.1.5 Porcentaje de partículas fracturadas en un agregado grueso.....29 3.1.6 Solidez de los agregados frente a la acción de soluciones de sulfato de sodio o magnesio.....29 3.1.7 Proporción de partículas planas, alargadas o planas y alargadas en agregados gruesos.....31 3.1.8 Determinación de la resistencia del agregado grueso a la degradación por abrasión utilizando el aparato Micro-Deval.....31 3.2. Caracterización y preparación ceniza de cascarilla de arroz.....33 3.3. Caracterización del ligante.....34 3.3.1 Ensayos de asfalto.....34 3.3.2 Ensayos de asfalto con agregado.....37 3.4. Diseño Marshall mezcla asfáltica.....41 3.4.1 Elaboración de las probetas.....41 3.4.2 Gravedad especifica Bulk y densidad de mezclas asfálticas compactadas no absorbentes empleando especímenes saturados superficialmente secos.....44 3.4.3 Espesor o altura de especímenes compactados de mezclas asfálticas (Método A).....46 3.4.4 Ensayo de estabilidad y flujo.....46 3.5. Mezcla asfáltica MDC-19 modificada con ceniza de cascarilla de arroz.....48 3.5.1 Estabilidad y flujo de mezclas asfálticas en caliente empleando el equipo Marshall.....48 3.5.2 Caracterización de las mezclas asfálticas abiertas por medio del ensayo cántabro de pérdida por desgaste.....50 Capítulo 4. Resultados.....53 4.1. Agregados pétreos.....53 4.1.1 Granulometría.....53 4.1.2 Ensayo equivalente de arena.....54 4.1.3 Máquina de los ángeles.....55 4.1.4 Ensayo 10% de finos.....55 4.1.5 Porcentaje de partículas fracturadas en un agregado grueso.....56 4.1.6 Solidez de los agregados frente a la acción de soluciones de sulfato de sodio o magnesio.....56 4.1.7 Proporción de partículas planas, alargadas o planas y alargadas en agregados gruesos.....57 4.1.8 Determinación de la resistencia del agregado grueso a la degradación por abrasión utilizando el aparato Micro-Deval.....58 4.1.9 Análisis y verificación de características en base a la Norma.....59 4.2. Caracterización del ligante.....60 4.2.1 Punto de ablandamiento.....60 4.2.2 Penetración.....61 4.2.3 Verificación de características.....61 4.2.4 Viscosidad rotacional.....62 4.3. Relación ligante – agregado.....63 4.3.1 Adherencia y recubrimiento del ligante modificado con CCA.....63 4.3.2 Stripping.....65 4.4. Contenido óptimo de asfalto – Diseño Marshall.....66 4.4.1 Gravedad Bulk.....66 4.4.2 Espesor o altura de especímenes compactados de mezclas asfálticas (Método A).....70 4.4.3 Ensayo Marshall.....70 4.5. Mezcla asfáltica MDC-19 modificada con ceniza de cascarilla de arroz.....73 4.5.1 Gravedad Bulk.....74 4.5.2 Espesor o altura.....78 4.5.3 Ensayo Marshall.....78 4.5.4 Cántabro.....82 4.5.5 Clasificación de MDC-19 modificada con CCA.....83 5. Conclusiones.....85 6. Recomendaciones.....86 Referencias bibliográficas.....87118 páginasapplication/pdfGiraldo, A.G. & Palomino Álvarez, V. (2023). Evaluación del comportamiento mecánico de una mezcla asfáltica MDC-19 modificada con ceniza de cascarilla de arroz. [Trabajo de grado, Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/4815https://hdl.handle.net/20.500.12313/4815spaUniversidad de IbaguéIngenieríaIbaguéIngeniería CivilAlbarracín, L, & Martínez, J., (2017). Infraestructura vial: instrumento para la competitividad comercial en Colombia. (Proyecto de grado). Universidad de Cartagena, Repositorio Unicartagena.Barragán C. y Cuervo H., (2019). Análisis del comportamiento físico mecánico de la adición de ceniza de cascarilla de arroz de la variedad blanco a un suelo areno arcilloso, Universidad Piloto de Colombia sección Alto Magdalena, Girardot, Colombia.Bolívar S.A, & Quintero C.E., (2019). Análisis del estado de las vías secundarias en Colombia y la oportunidad de la ingeniería civil para su construcción y mantenimiento polímero (Tesis facultad de ingeniería). Universidad Católica de Colombia, Bogotá, Colombia.Caamaño I, (2016). Mejoramiento de un suelo blando de subrasante mediante la adición de cascarilla de arroz y su efecto en el módulo resiliente. (Tesis facultad de ingeniería). Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá, Colombia.Cajaleon O., Mondragon D, (2018). Estabilización de suelos arcillosos agregando cenizas de cáscaras de arroz para la subrasante en el km+ 17 Pimpingos, Choros 2018. (Tesis de pregrado). Universidad Cesar Vallejo, Lima, Perú.Canakci, Hanifi, Aziz, Aram, & Celik, Fatih, (2015). Soil stabilization of clay with lignin, rice husk powder and ash. Geomechanics and Engineering, 8(1), 67–79. https://doi.org/10.12989/GAE.2015.8.1.067Castro A, (2017). Estabilización de suelos arcillosos con ceniza de cascara de arroz para el mejoramiento de subrasante. (Tesis de pregrado). Universidad nacional de ingeniería Perú, Lima, Perú.E-Asphalt, s.f, Asfaltos modificados. Todos los derechos reservados. E – Asphalt. Recuperado de https://e-asfalto.com/asfaltos-modificados/Escobar J., Quispe G., Quispe F. & Arana J, (2020). Estabilización de una subrasante arcillosa de baja plasticidad con cenizas de cáscara de arroz. (Tesis facultado de ingeniería). Pontificia Universidad católica de Perú, Lima, Perú.Facultad de Minas UNAL. (2019). 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