Análisis comparativo de las propiedades físico – mecánicas de la mezcla asfáltica modificada con NTC (nanotubos decarbono) con respecto a una mezcla asfáltica convencional, según el método marshall

Abstract

La presente tesis tuvo por finalidad, realizar un análisis comparativo de las propiedades físico – mecánicas (Estabilidad Marshall, Flujo, Porcentaje de vacíos de aire), de una mezcla asfáltica en caliente convencional fabricada con asfalto PEN 85-100, respecto a una mezcla asfáltica en caliente modificada con la adición de Nanotubos de Carbono (NTC). Para la elaboración de estos dos tipos de mezclas asfálticas se utilizó la misma gradación y los mismos agregados pétreos, el agregado grueso es de procedencia de la cantera de Morro Blanco (San Salvador), para el agregado fino se usó material de dos canteras, Morro Blanco y Cunyac (Puente Cunyac), dichos agregados fueron obtenidos de la planta de Asfalto COPESCO. Este análisis comparativo se realizó mediante el método de diseño de mezclas asfálticas en caliente “Marshall”, cuyo objetivo es determinar el porcentaje óptimo de Asfalto para una combinación específica de agregados; para lo cual se fabricaron especímenes de mezcla asfáltica en caliente; los mismos que están compuestos por distintos porcentajes de asfalto (5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5 %). Posteriormente se determinó el contenido óptimo de asfalto que resulto ser del 6.3%, también se fabricaron especímenes de mezcla asfáltica en caliente con dicho contenido óptimo de Asfalto; los mismos que fueron adicionados con distintos porcentajes de Nanotubos de Carbono de entre 2%,3% y 4%. Estos especímenes fueron sometidos a ensayos de laboratorio para determinar sus propiedades físicas (Porcentaje de vacíos de aire) y mecánicas (Estabilidad, Marshall, Flujo). En función a estos resultados y la normativa del manual de carreteras “Especificaciones Técnicas Generales para Construcción EG – 2013” del Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú, se obtuvo un porcentaje de adición en peso respecto al contenido óptimo de Asfalto de Nanotubos de Carbono (NTC) del 2.0% en una mezcla asfáltica en caliente convencional fabricada con asfalto PEN 85-100. Se logró comparar las propiedades físico - mecánicas estudiadas, llegando a la siguiente conclusión: La mezcla asfáltica en caliente convencional fabricada con asfalto PEN 85-100 con adición de Nanotubos de Carbono en porcentaje de 2.0% brinda mayores beneficios en sus propiedades físico - mecánicas tales como el incremento de la Estabilidad de la mezcla asfáltica convencional de 1295 kg a 1362 kg; el Flujo de la mezcla asfáltica convencional es de 3.35 mm, dicho valor para las mezclas modificadas con NTC al 2% es de 3.25 mm, así mismo el Porcentaje de Vacíos de la mezcla convencional disminuye de un 4.6% a 3.9%, similarmente los demás parámetros volumétricos mejoran considerablemente.

The purpose of this thesis was to carry out a comparative analysis of the Physical - Mechanical Properties (Stability, Flow, Percentage of air voids), of a Conventional Hot Asphalt Mix manufactured with asphalt PEN 85-100, with respect to an Asphalt Mix in Hot modified with the addition of Carbon Nanotubes (NTC). For the elaboration of these two types of asphalt mixtures the same gradation and the same stone aggregates were used, the coarse aggregate is from the Morro Blanco quarry (San Salvador), for the fine aggregate material from two quarries, Morro Blanco and Cunyac (Puente Cunyac), these aggregates were obtained from the COPESCO Asphalt plant. This comparative analysis was performed using the “Marshall” hot asphalt mix design method, the objective of which is to determine the optimal percentage of asphalt for a specific combination of aggregates; for which hot asphalt mix specimens were manufactured; the same ones that are made up of different percentages of asphalt (5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5%). Subsequently, the Optimal Asphalt Content was determined to be 6.3%, specimens of hot asphalt mix were also manufactured with said Optimal Asphalt Content; the same ones that were added with different percentages of Carbon Nanotubes of between 2%, 3% and 4%. These specimens were subjected to laboratory tests to determine their physical (Percentage of air voids) and mechanical (Stability, Flow) properties. Based on these results and the regulations of the highway manual “General Technical Specifications for Construction EG - 2013“ of the Ministry of Transport and Communications of Peru, an addition percentage by weight was obtained with respect to the Optimal Content of Carbon Nanotube Asphalt (NTC) of 2.0% in a Conventional Hot Asphalt Mix made with PEN 85-100 asphalt. It was possible to compare the studied physical-mechanical properties, reaching the following conclusion: The Conventional hot asphalt mix made with PEN 85-100 asphalt with the addition of Carbon Nanotubes in a percentage of 2.0% provides greater benefits in its Physical-Mechanical properties such such as increasing the stability of the conventional asphalt mix from 1295 kg to 1362 kg; the flow of the conventional asphalt mix is 3.35 mm, said value for mixtures modified with 2% NTC is 3.25 mm, likewise the percentage of voids in the conventional mix decreases from 4.6% to 3.9%, similarly the others Volumetric parameters improve considerably.