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Road Materials and Pavement Design (RMDP) International Workshop 19 y 20 de Febrero de 2020 - Cartagena

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Comparación de Desempeño Superpave y Análisis Estructural de Mezclas de Alto Módulo con y sin Adición de Pavimento Asfáltico

Reciclado

David Santos, María Camila Galvis & Julio Sierra Humberto Quintero (HQ)

La utilización de contenidos de asfalto recuperado RAP (Recycled Asphalt Pavement) en la producción de mezclas asfálticas en caliente, reduce los altos costos de producción en las mismas ya que el agregado proveniente del RAP puede sustituir en cierta parte una porción del agregado pétreo virgen, al igual que el asfalto recuperado como aporte a su porcentaje óptimo. Estudios han demostrado que con la incorporación del RAP se pueden diseñar y manufacturar mezclas exitosas para cumplir requisitos volumétricos y de desempeño. Este estudio evaluó mediante metodología SUPERPAVE, el diseño de una mezcla asfáltica en caliente de alto módulo MAM-25 versus una original pero fabricada bajo la inclusión del RAP. Los lineamientos se direccionaron según directrices normativas INVÍAS/2013, cuyos resultados demostraron que la mezcla con incorporación del RAP posee propiedades mecánicas y dinámicas de aprovechamiento, siendo posible la preparación de las MAM con altos contenidos de RAP.


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Empleo de Aceites Vegetales como Rejuvenecedores en Mezclas Asfálticas con Alto Contenido de Material Asfáltico

Reciclado Tipo RAP

Diana Sánchez & Silvia Caro Universidad de los Andes

Allex Alvarez

Universidad Industrial de Santander (UIS) Consideraciones económicas y ambientales han incentivado al sector de la infraestructura vial a aumentar la cantidad de material asfáltico reciclado, por sus siglas en inglés “RAP”, en los pavimentos flexibles. Cuando la cantidad de material RAP en una nueva mezcla asfáltica en caliente es mayor al 30% sobre peso total de la mezcla, se requiere de un agente rejuvenecedor para reducir la ocurrencia prematura de daños por fatiga o fisuración. La estimación de una dosis óptima del rejuvenecedor es crítica para maximizar su beneficio. Este estudio tiene como objetivo explorar diferentes metodologías para seleccionar la cantidad de varios rejuvenecedores provenientes del aceite de palma y su posterior refinación, que permitan maximizar la cantidad de propiedades a restaurar de mezclas recicladas (i.e. mezclas compuestas por asfalto virgen, asfalto proveniente del material RAP y rejuvenecedor). Tres métodos para la selección de la dosis fueron evaluados, basados en la penetración, el punto de ablandamiento y el grado superior de desempeño Superpave de las mezclas recicladas en sus estados original y envejecido. Adicionalmente, un nuevo enfoque basado en las propiedades termodinámicas de las mezclas recicladas fue evaluado. De acuerdo a los resultados obtenidos, la dosis óptima recomendada para los rejuvenecedores de aceite de palma corresponde al promedio entre aquella que restablece la penetración en condiciones originales (i.e. no envejecidas) y el grado superior de desempeño de la mezcla reciclada.


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Estudio del Comportamiento de la Interfase Ligante-Agregado en Mezclas Asfálticas Frías

Zuleny Cuarán & Manuel Ocampo

Pontifica Universidad Javeriana Las mezclas asfálticas en frío elaboradas con asfalto emulsificado son de gran interés por su contribución ecológica y su practicidad de uso en proyectos de infraestructura vial; sin embargo, sus principales aplicaciones se han mantenido para actividades de prevención, reparación y construcción de pavimentos con medianos y bajos niveles de tránsito, y limitándose para capas estructurales con tránsitos altos; lo anterior debido a su bajo desempeño mecánico generado, entre otros aspectos, por la compatibilidad entre los agregados pétreos y la emulsión asfáltica, la cual afecta su proceso de adhesión para garantizar su buen desempeño. El presente estudio se centra en analizar las variables que inciden en el comportamiento físico-químico en la interfase ligante-agregado, con el fin de relacionarlo con el desempeño de las mezclas asfálticas frías.


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Estudio de la Calidad y Durabilidad de la Adhesión en Sistemas Asfalto-Agregado

Andrés Cala & Silvia Caro

Universidad de los Andes

La adhesión en del sistema asfalto-agregado es un fenómeno complejo influenciado por las propiedades tanto del asfalto como de los agregados. Este trabajo tiene como finalidad evaluar la influencia de: 1) la química de los agregados, 2) la temperatura de mezclado y 3) la rugosidad de los agregados en la calidad y durabilidad de la adhesión de este sistema. Para lograr esto, se hizo uso de un montaje experimental de tipo pull-off el cual consiste en adherir un núcleo de agregado a un pisador metálico a través de una capa de asfalto de 20 um. Posteriormente, el núcleo es desprendido del pisador metálico en condiciones de tensión pura a una tasa de deformación controlada de 10mm/min. De este ensayo se logra obtener la máxima carga a la falla (Fmax), la energía de fractura (Wf) y el área de falla adhesiva (A%). Para lograr los 3 objetivos planteados, las propiedades a ser evaluadas fueron modificadas en el ensayo respectivamente. Se logró concluir que: 1) la susceptibilidad al daño por humedad está correlacionada positivamente al contenido de SiO2 y negativamente al contenido de Fe2O3 y CaO en los agregados; 2) cuando la adhesión inicial del asfalto con el agregado ocurre a menores temperaturas, la calidad de la interfaz es menor; y 3) la rugosidad de los agregados parece no mejorar la calidad de la adhesión en condiciones secas, pero sí parece mejorar la calidad de ésta cuando se encuentra sometida a condiciones adversas de humedad.


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Desarrollo del Equipo para Pruebas Aceleradas de Pavimentos en el Nuevo Edificio de Laboratorio de la Pontificia Universidad Javeriana

Hermes Vacca & Manuel Ocampo

Pontificia Universidad Javeriana Acorde a las necesidades en infraestructura vial del país, el nuevo edificio de laboratorios de la Universidad Javeriana contará con un moderno equipo de pruebas aceleradas para evaluación de pavimentos. Los grupos de investigación, en cooperación con los sectores público y privado, podrán estudiar las leyes de degradación de materiales para la conformación de capas de pavimento, como concretos UHPC, mezclas asfálticas tibias, frías y mejoradas con polímeros y nano-materiales, temáticas que actualmente se estudian en la Universidad. Este equipo se controlará con una unidad servo-hidráulica MTS, que permitirá configurar el comportamiento de cada una de las variables a medida que avanza el ensayo, y programar el movimiento de aplicación de la carga a lo ancho de la pista, garantizando su magnitud por cambios en la superficie, o variarla durante la prueba; también contará con un sistema de mapeo de tipo matricial para la evaluación de la superficie de prueba.


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Clasificación Automática de Fallas Superficiales en Pavimentos Flexibles

Norma Ximena Ríos, Bladimir Bacca Cortes, Eduardo Caicedo Bravo, Armando Orobio

Universidad del Valle Para mantener la infraestructura vial en buenas condiciones, se necesita realizar evaluaciones periódicas que permitan determinar su estado y planificar acciones de intervención oportunas. El objetivo de este trabajo de investigación es proponer una herramienta software para la clasificación automática de fallas superficiales en pavimentos flexibles, usando técnicas de aprendizaje profundo (DL). Para tal fin, se usa Keras y Python, para clasificar fallas en imágenes de pavimentos ajustándonos a lo establecido por el Instituto Nacional de Vías. Abordamos el problema entrenando el modelo de una red convolucional y modelos previamente entrenados (Xception, VGG16, VGG19, InceptionV3, InceptionResNetV2, DenseNet121). Con los modelos preentrenados se usó la base convolucional para extracción de características y ajuste fino por capas. También se implementaron técnicas de dropout y aumento de datos para disminuir el sobreajuste. Alcanzamos una precisión de clasificación de 70%, por lo que es necesario seguir investigando para plantear estrategias que mejoren el modelo.


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Monitoreo de Pavimentos con Residuos de Construcción y Demolición como un Componente Importante de la Estructura

Ana Sofía Figueroa & Efraín Bernal

Universidad de La Salle

Humberto Ramírez Unidad de Mantenimiento Vial (UMV) - Bogotá

Grupo de Adopción y Adaptación de Nuevas Tecnologías para la Malla Vial Local de la UAERMV

Esta presentación muestra una revisión detallada del empleo de residuos de construcción y demolición (RCD), en proyectos de infraestructura vial a nivel mundial. El análisis de los logros teóricos, experimentales y prácticos del empleo de estos residuos como una alternativa sostenible, ayudará a los diseñadores y empresas constructoras a tomar decisiones acertadas sobre su uso efectivo en las carreteras colombianas. Pese a que el principal fin de las obras civiles es suplir las necesidades de la sociedad y contribuir con su desarrollo, su construcción tiene impactos negativos en el medio ambiente. Es por esto que a nivel mundial han surgido nuevas tendencias de construcción sostenible, que tiene en cuenta dentro de sus parámetros de calificación, los procesos que van desde la extracción hasta la transformación de materias primas, cambiando considerablemente el ciclo de vida de los materiales en la industria de la construcción. En la primera fase de esta investigación, se diseñó un segmento de pavimento compuesto por una capa de rodadura empleando material asfáltico reciclado (RAP), una base granular compuesta por 30% de material RAP y bloques de concreto reciclado. Un segundo segmento de pavimento fue diseñado empleando materiales convencionales (i.e. materiales vírgenes) en las capas del pavimento. Las dos estructuras de pavimento fueron construidas una al lado de la otra, para analizar y medir las propiedades del material, así como el rendimiento y los factores ambientales, en el pavimento en condiciones reales de tráfico y clima. Se instalaron diferentes dispositivos de monitoreo entre la estructura, basados en la revisión de la literatura, tales como: células de suelo, potenciómetro lineal, sensores de humedad y medidores de tensión que permiten conocer el RCD como parte de la estructura del pavimento. Los resultados nos mostrarán lo que está sucediendo con estos materiales, a fin de obtener no solo una solución sostenible sino también conocer su comportamiento y ciclo de vida.


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Desarrollo de Analíticas para el Apoyo al Proceso de Toma de Decisiones de los Actores Estratégicos Involucrados con la

Infraestructura Vial a Partir del Análisis de la Información del Tráfico Vehicular

Alexander Campos, Armando Orobio, Bladimir Bacca & Eduardo Caicedo

Universidad del Valle

El trabajo de investigación pretende desarrollar un sistema para el análisis de información como una herramienta dentro de los SIT a través de técnicas de Big Data, Minería de Datos e Inteligencia de Negocios, tal que el valor del conocimiento subyacente en los datos proporcione información para el apoyo en la toma de decisiones de los actores estratégicos involucrados con la infraestructura vial. El sistema debe permitir, entre otras cosas: 1) Monitorear y caracterizar el comportamiento del tráfico por horas, días, semanas, meses, años; 2) Realizar seguimiento al tráfico real y generar reportes de información a entidades del sector; 3) Comprender la demanda de los usuarios de la vía versus la capacidad de la vía; y 4) Realizar estudios sobre el desempeño de la infraestructura vial.


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Comportamiento de Materiales Marginales Tratados con Óxido de Calcio o con Hidróxido de Calcio y Estabilizados con Asfalto Espumado

Leonardo Gutiérrez & Sandra Campagnoli

Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito Es conocido que los cementos asfálticos espumados (FA) no son efectivos para la estabilización de suelos con finos plásticos; sin embargo, al ser modificados previamente con cal para disminuir su plasticidad, la aplicación del asfalto se hace viable. Esto se puso en evidencia en un estudio realizado en la Escuela Colombiana de Ingeniería empleando 2.5% de CaO o 3.0% de Ca(OH)2 conjuntamente con FA, en proporciones que no superaron 2,8% del peso seco, para el tratamiento de gravas arcillosas que se encuentran en la sabana de Bogotá. Los resultados indican que el empleo del CaO conjuntamente con FA resulta más efectivo que el del Ca(OH)2 en el aumento de la rigidez del material y en la disminución de la susceptibilidad al agua. Adicionalmente, se encontró que el módulo resiliente de los suelos así tratados es más dependiente del esfuerzo cortante octaédrico que del primer invariante de esfuerzos.


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Técnicas No Convencionales para el Estudio y Caracterización del Comportamiento Mecánico en Pavimentos

Jhon Freddy Rincón, Oscar Reyes & Juan Sebastián Useche

Universidad Militar Nueva Granada

En Colombia aún subsisten enormes desafíos para garantizar adecuados niveles de servicio en la infraestructura vial, especialmente a aspectos relacionados con el control de cargas, condiciones medio ambientales, materiales y a una política sistemática de mantenimiento. Surge así la necesidad de buscar y aplicar nuevas técnicas de estudio para crear estructuras de pavimento más durables y de mejor desempeño. Actualmente, se adelantan dos tesis doctorales en el grupo de investigación de GEOTECNIA de la Universidad Militar Nueva Granada. La primera se enfoca en materiales granulares no ligados (MGNLs) mediante técnicas y protocolos de ensayo dinámicos y modelos constitutivos en suelos aplicados a los pavimentos. Por otro lado, se está desarrollando un modelo de predicción del comportamiento mecánico de mezclas asfálticas colombianas, utilizando analítica y un modelo descriptivo de caracterización por imágenes.


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Investigación Aplicada Desarrollada en la Universidad del Norte

Luis Fuentes & Gilberto Martínez Universidad del Norte

La ponencia presentará una breve descripción de los principales proyectos que se adelantan actualmente por parte de los investigadores de la Universidad del Norte:

1. Desarrollo de modelos probabilísticos que permiten detectar problemas en capas de estructuras de pavimento flexibles basado en mediciones de deflexión. Los modelos formulados en este estudio exhibieron un potencial prometedor para cuantificar analíticamente la condición estructural de diferentes capas en pavimentos flexibles.

2. Comportamiento de mezclas asfálticas tibias con incorporación de agregados de

concretos reciclados (ACR). La investigación analiza el efecto en las propiedades mecánicas de mezclas asfálticas tibias producidas con ACR de diferentes fuentes, así como la cuantificación de impactos ambientales del material mediante análisis de ciclo de vida.

3. Evaluación de la calidad de viaje en carreteras urbanas basada en el Índice de

Rugosidad Internacional. La investigación se centró en establecer umbrales cuantitativos para el IRI en función de la velocidad operativa las vías, de tal forma que estos consideren las condiciones reales de viaje de los usuarios.


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Uso Adecuado del Grano-Caucho (GCR) en Mezclas Densas y Cómo el Tipo de Base Granular Aporta a su Aprovechamiento, para Vías en

Bogotá

Juliana González, Sandra Tinjacá & Juliana Montañez INGETEC, Ingenieros Consultores

Durante los últimos años, el gobierno distrital ha buscado mejorar la oferta de medios de movilización para los ciudadanos, que día a día va aumentando con la migración de las pequeñas ciudades y otros países, llevando a expandir la ciudad. Dicha mejora se ha implementado por medio de la ampliación de las vías existentes como es el caso de la Carrera Séptima, la Avenida Ciudad de Cali, y la Avenida Centenario mejor conocida como la Calle 13, así como la apertura de nuevas vías como la Avenida Longitudinal de Oriente (ALO), todas estas vías siempre incluyendo un alto nivel de servicio y la inclusión de las vías para transporte masivo (BRT, por sus siglas en inglés Bus Rapid Transit). Las vías existentes en la Ciudad de Bogotá han llegado a su máxima capacidad de uso, cada vez la cantidad de usuarios es mayor exigiendo a los entes gubernamentales a buscar mejoras en las vías existentes. Para optimizar los recursos de inversión y mantenimiento y salvaguardando el medio ambiente, se propone diseñar una mezcla densa en caliente compuesta por Grano Caucho Reciclado mejorando las propiedades mecánicas específicamente el comportamiento de Fatiga de la estructura, alargando su vida útil, y disminuyendo los costos de mantenimiento. Durante los estudios realizados se identificó que el beneficio o mejora esperada se ve directamente influenciado por el tipo de base granular que se utilice bajo la mezcla modificada. Por ejemplo, en caso de emplear bases granulares estabilizadas, se pierde el beneficio que brinda la mezcla con GCR a la estructura de pavimentos, teniendo cuenta que la fatiga la controla las deformaciones encontradas entre las capas de la base granular estabilizada y la subbase granular, y no en el contacto entre granulares y capa asfáltica, desincentivando la inversión en el mejoramiento de la capa asfáltica.


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Mecanismo de Ahuellamiento para Mezclas Asfálticas Drenantes a través de Imágenes de Tomografía Computarizada de Rayos X

Vanessa Senior & Carlos Graciano

Universidad Nacional de Colombia (Sede Medellín)

Las mezclas asfálticas drenantes (MA), también reconocidas a nivel internacional como Open-graded friction courses (OGFC), porous asphalt (PA) o permeable friction courses (PFC), son propensas a desarrollar el mecanismo de ahuellamiento como consecuencia de las altas cargas vehiculares y la reacomodación de la estructura interna de vacíos. Esta condición disminuye su funcionalidad debido a la pérdida paulatina de su capacidad drenante. El alto contenido de vacíos característico de las MA, que oscila entre 18 y 25%, es una variable que condiciona la evolución de este mecanismo. Para evaluarla, un grupo de especímenes de MA es compactado en el laboratorio con varios porcentajes de vacíos. Posteriormente son ensayados en el equipo de Rueda de Hamburgo para determinar el potencial de estas mezclas al ahuellamiento bajo dos condiciones de temperatura: 20° y 50°C. Finalmente, tras la ejecución del ensayo, el mecanismo es analizado a través de imágenes de tomografía de rayos X.


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Viabilidad Técnica de la Utilización de Residuos Industriales Cerámicos en la Construcción de Hormigón Asfáltico

Norma Cristina Solarte

Universidad Pontificia Bolivariana

María Fernanda Serrano Pontificia Universidad Javeriana

Alfredo García

Universidad Politécnica de Valencia

Carlos Alonso Troyano Laboratorio de Caminos UPV

El estudio consiste en el reciclaje de residuos industriales de cerámica para mezclas de asfalto en caliente con el fin de conocer la viabilidad técnica de utilizar los residuos en la construcción de hormigón asfáltico. Para este propósito, se diseñaron y construyeron cuatro mezclas, un patrón y tres con reemplazo de agregado cerámico en porcentajes entre 30% y 40%. Se siguieron las especificaciones del Instituto Nacional de Carreteras de Colombia para evaluar el diseño preliminar de Marshall y posteriormente se desarrollaron pruebas de susceptibilidad, deformación y módulos dinámicos para confirmar la posibilidad de construir estas mezclas. Se hicieron las curvas maestras y se concluyó que las mezclas más favorables son las de 30% de modificación con cerámica para rutas de tráfico medio a bajo.


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Caracterización de Crudos Pesados de Pavimentación: Avances y Retos

Allex E. Alvarez Universidad Industrial de Santander

Evelyn Ovalles

Universidad del Magdalena

Oscar Reyes Universidad Militar Nueva Granada

Cerca del 6% de los 143.000 km, que aproximadamente, componen la red vial terciaria del país se encuentran pavimentados. La variedad de técnicas para intervenir vías de bajo volumen de tránsito es amplia, entre ellas las basadas en el uso de crudos pesados de pavimentación (CPPs). Un CPP se define como un asfalto líquido natural, compuesto por un alto contenido de cemento asfáltico, o asfalto, y solventes. Colombia posee diferentes campos petroleros de producción de CPP y se reportan diversas aplicaciones de pavimentación en campo con ellos. Sin embargo, su implementación aún es considerada una técnica de tipo experimental; es decir, una técnica con limitadas referencias documentales y que no ha sido usada de forma masiva. En este contexto, se desarrollaron diversas actividades de investigación en torno a la aplicación de CPPs para la fabricación de mezclas asfálticas no convencionales empleables en proyectos de pavimentación de vías secundarias y terciarias. El proyecto incluyó la caracterización de los CPP de los campos de Castilla y La Gloria, sus asfaltos residuales en condición original y nano-modificada, másticos asfálticos y mezclas asfálticas fabricadas con estos CPP. El presente trabajo presenta un balance de los avances logrados y futuros desarrollos en la materia.

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