Comparación de una mezcla MDC-2 convencional y una modificada con

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COMPARACIÓN DE UNA MEZCLA MDC – 2 CONVENCIONAL Y UNA 
MODIFICADA CON POLIESTIRENO EXPANDIDO Y POLVO DE LLANTA 
COMPACTADA ESTÁTICAMENTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
JOHN FREDDY LÓPEZ GUTIÉRREZ 
JAVIER ANDRES ESPITIA JIMENEZ 
MARLY JOHANA GUTIÉRREZ RINCÓN 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 
BOGOTÁ D.C. 
2009 
 
 3 
 
 
COMPARACIÓN DE UNA MEZCLA MDC – 2 CONVENCIONAL Y UNA 
MODIFICADA CON POLIESTIRENO EXPANDIDO Y POLVO DE LLANTA 
COMPACTADA ESTÁTICAMENTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
JOHN FREDDY LÓPEZ GUTIÉRREZ 
JAVIER ANDRES ESPITIA JIMENEZ 
MARLY JOHANA GUTIÉRREZ RINCÓN 
 
 
 
 
 
 
 
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar el título de 
Ingeniero Civil 
 
 
 
 
 
Director temático 
Mag. Ana Sofía Figueroa Infante 
Asesora metodológica 
Mag. Rosa Amparo Ruiz Saray 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LA SALLE 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL 
BOGOTÁ D.C. 
2009 
 
 4 
 
 
Nota de aceptación: 
 
 
_________________________________________ 
_________________________________________ 
_________________________________________ 
_________________________________________ 
_________________________________________ 
_________________________________________ 
 
_________________________________________ 
Firma del presidente del jurado 
 
_________________________________________ 
Firma del jurado 
 
_________________________________________ 
Firma del jurado 
 
 
 
Bogotá D.C., 20 de Mayo de 2009. 
 5 
 
AGRADECIMIENTOS 
El grupo investigador expresa su reconocimiento: 
 
A la Magíster Ana Sofía Figueroa directora de este proyecto de grado, por su 
colaboración, esmero, perseverancia y empeño en darle rumbo a esta 
investigación. 
 
A la Magíster Rosa Amparo Ruiz Saray asesora metodológica, por su apoyo 
desinteresado durante el proceso de realización de este trabajo. 
 
A la profesora Elsa Fonseca por su apoyo y colaboración incondicional durante 
una de las etapas más influyentes de esta investigación. 
 
Al laboratorista José Luis Rozo, por su orientación en la realización de los ensayos 
a los materiales y por su colaboración con el manejo de los equipos del laboratorio 
de pavimentos, suelos y materiales de la Universidad de la Salle. 
 
Al ingeniero Juan Carlos Salazar y demás personal de la planta Agregados Patria, 
quienes suministraron los granulares y el ligante utilizado en esta investigación. 
 
 
 
 6 
 
CONTENIDO 
Pág. 
INTRODUCCIÓN 15 
1. EL PROBLEMA 17 
1.1 LÍNEA 17 
1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 17 
1.3 ANTECEDENTES SIGNIFICATIVOS PARA EL PROYECTO 18 
1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 24 
1.5 JUSTIFICACIÓN 24 
1.6 OBJETIVOS 25 
1.6.1 Objetivo general 25 
1.6.2 Objetivos específicos 25 
 
2. MARCO REFERENCIAL 26 
2.1 MARCO TEÓRICO - CONCEPTUAL 26 
2.1.1 El asfalto. 26 
2.1.1.1 Composición del asfalto. 28 
2.1.1.2 Asfaltos modificados. 31 
2.1.1.3 Reología del asfalto. 35 
2.1.2 Mezcla asfáltica. 35 
2.1.2.1 Método Marshall. 37 
 
 
 7 
3. METODOLOGÍA 39 
3.1 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA METODOLÓGIA EMPLEADA 41 
3.2 INSTRUMENTOS DE REGISTRO 42 
3.3 VARIABLES 42 
3.4 HIPÓTESIS 42 
 
4. TRABAJO INGENIERIL 43 
4.1 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS PÉTREOS 43 
4.1.1 Granulometría. 43 
4.1.2 Desgaste. 44 
4.1.3 Equivalente de arena. 46 
4.1.4 Índice de alargamiento y aplanamiento. 48 
4.1.5 Peso específico del agregado fino.. 50 
4.1.6 Peso específico del agregado grueso. 52 
4.1.7 Peso específico del llenante mineral. 53 
4.2 ESPECIFICACIÓN DEL CAUCHO UTILIZADO 55 
4.3 ESPECIFICACIÓN DEL POLIESTIRENO 57 
4.4 CARACTERIZACIÓN DEL LIGANTE ASFÁLTICO 58 
4.4.1 Modificación del asfalto. 58 
4.4.2 Ignición y llama. 61 
4.4.3 Penetración. 62 
4.4.3.1 Índice de penetración. 64 
4.4.4 Peso específico. 65 
 8 
4.4.5 Viscosidad Brookfield. 67 
4.5 EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LAS MEZCLAS 
ASFÁLTICAS 71 
4.5.1 Peso específico aparente. 72 
4.5.2 Vacíos con aire. 74 
4.5.3 Estabilidad y flujo. 77 
 
 
5. CONCLUSIONES 82 
 
 
6. RECOMENDACIONES 85 
 
 
BIBLIOGRAFÍA 86 
 
 
ANEXOS 91 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 9 
 
LISTA DE TABLAS 
 
Pág. 
Tabla 1. Variables 42 
Tabla 2. Especificaciones de los materiales pétreos según INVIAS 43 
Tabla 3. Pesos y granulometrías para el ensayo de desgaste en la máquina de 
los Ángeles 45 
Tabla 4. Cálculo del índice de alargamiento 49 
Tabla 5. Cálculo índice de aplanamiento 49 
Tabla 6. Datos del ensayo de peso específico del agregado fino 51 
Tabla 7. Datos del ensayo de peso específico del agregado grueso 52 
Tabla 8. Datos del ensayo de peso específico del llenante mineral 54 
Tabla 9. Requisitos básicos del caucho 55 
Tabla 10. Requisitos adicionales del caucho 56 
Tabla 11. Especificación del poliestireno 57 
Tabla 12. Clasificación de los ligantes según la penetración 64 
Tabla 13. Índices de penetración 64 
Tabla 14. Datos del ensayo de peso específico del asfalto sólido 66 
Tabla 15. Rangos de viscosidad del ligante asfáltico para mezclado y 
compactación 69 
Tabla 16. Especificaciones para una mezcla densa 71 
Tabla 17. Factores de correlación para la estabilidad 79 
 10 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Pág. 
Figura 1. Función del asfalto 27 
Figura 2. Composición del asfalto 29 
Figura 3. Ensayo de granulometría 44 
Figura 4. Granulometría 44 
Figura 5. Ensayo de equivalente de arena 46 
Figura 6. Equivalente de arena de cada combinación de materiales 47 
Figura 7. Ensayo de peso específico del agregado fino 50 
Figura 8. Ensayo de peso específico del llenante mineral 53 
Figura 9. Incorporación de los modificadores al ligante 58 
Figura 10. Partes de una llanta 59 
Figura 11. Asfalto modificado con grano de caucho con control de tamaño 60 
Figura 12. Asfalto modificado con grano de caucho sin control de tamaño 60 
Figura 13. Fotografía por microscopía electrónica de barrido del asfalto 
modificado con grano de caucho con control de tamaño 60 
Figura 14. Fotografía por microscopía electrónica de barrio del asfalto 
modificado con grano de caucho sin control de tamaño 60 
Figura 15. Ensayo de punto de ignición y llama 61 
Figura 16. Ensayo de penetración 63 
Figura 17. Ensayo de peso específico del asfalto sólido 66 
 11 
Figura 18. Viscosímetro Brookfield RV II 67 
Figura 19. Colocación de la muestra en la termocontenedor 68 
Figura 20. Curvas reológicas de los ligantes utilizados 69 
Figura 21. Temperaturas de mezclado y compactación para asfalto 
convencional 70 
Figura 22. Temperaturas de mezclado y compactación para asfalto modificado 70 
Figura 23. Peso de probeta al aire 72 
Figura 24. Peso de probeta sumergida 72 
Figura 25. Pesos unitarios de las mezclas asfálticas analizadas 74 
Figura 26. Vacíos con aire en las mezclas asfálticas 75 
Figura 27. Prensa para Marshall 78 
Figura 28. Probeta de mezcla asfáltica ensayada 78 
Figura 29. Estabilidad de las mezclas asfálticas 80 
Figura 30. Flujo de las mezclas asfálticas 81 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 12 
 
LISTA DE ANEXOS 
 
Pág. 
Anexo 1. Relación de algunos trabajos realizados con desechos no 
biodegradables 91 
Anexo 2. Formato para ensayo de desgaste en la máquina de los ángeles 94 
Anexo 3. Formato para ensayo de equivalente de arena 95 
Anexo 4. Formato para ensayo de índice de alargamiento 96 
Anexo 5. Formato para ensayo de índice de aplanamiento 97 
Anexo 6. Formato para ensayo de peso específico de agregados finos 98 
Anexo 7. Formato para ensayo de peso específico del agregado grueso 99 
Anexo 8. Formato para ensayo de peso específico del llenante mineral 100 
Anexo 9. Formato para ensayo de punto de ignición y llama mediante la copa 
cleveland 101 
Anexo 10. Formato para ensayo de penetración 102 
Anexo 11. Formato para el cálculo del índice de penetración 103 
Anexo 12. Formato para ensayo de peso específico del asfalto sólido 104 
Anexo 13. Formato para ensayo de viscosidadBrookfield 105 
Anexo 14. Formato para ensayo de peso específico bulk de la mezcla asfáltica 106 
Anexo 15. Formato para ensayo de porcentaje de vacíos en la mezcla asfáltica 108 
Anexo 16. Formato para ensayo de estabilidad y flujo de la mezcla asfáltica 109 
Anexo 17. Ensayo de desgaste de partículas de 3/8” 111 
 13 
Anexo 18. Ensayo de desgaste de partículas de 1/2” 112 
Anexo 19. Ensayo de equivalente de arena del triturado 113 
Anexo 20. Ensayo de equivalente de arena del material de río 114 
Anexo 21. Ensayo de equivalente de arena 50% triturado, 50% material de río 115 
Anexo 22. Ensayo de equivalente de arena 40% triturado, 60% material de río 116 
Anexo 23. Ensayo de equivalente de arena 38% triturado, 62% material de río 117 
Anexo 24. Ensayo de equivalente de arena 37.5% triturado, 62.5% material de río
 118 
Anexo 25. Ensayo de índice de alargamiento 119 
Anexo 26. Ensayo de índice de alargamiento 120 
Anexo 27. Ensayo de índice de alargamiento 121 
Anexo 28. Ensayo de índice de aplanamiento 122 
Anexo 29. Ensayo de índice de aplanamiento 123 
Anexo 30. Ensayo de índice de aplanamiento 124 
Anexo 31. Ensayo de peso específico del agregado fino 125 
Anexo 32. Ensayo de peso específico del agregado grueso 126 
Anexo 33. Ensayo de peso específico del llenante mineral – triturado 127 
Anexo 34. Ensayo de peso específico del llenante mineral – material de río 128 
Anexo 35. Ensayo de punto de ignición y llama del asfalto convencional 129 
Anexo 36. Ensayo de punto de ignición y llama del asfalto modificado 130 
Anexo 37. Ensayo de penetración del asfalto convencional 131 
Anexo 38. Ensayo de penetración del asfalto modificado 132 
Anexo 39. Cálculo del índice de penetración del asfalto modificado 133 
 14 
Anexo 40. Ensayo de peso específico del asfalto convencional 134 
Anexo 41. Ensayo de peso específico del asfalto modificado 135 
Anexo 42. Ensayo de viscosidad Brookfield del asfalto convencional 136 
Anexo 43. Ensayo de viscosidad Brookfield del asfalto modificado 137 
Anexo 44. Ensayo de peso específico bulk de la mezcla asfáltica convencional 138 
Anexo 45. Ensayo de peso específico bulk de la mezcla asfáltica modificada 140 
Anexo 46. Cálculo del porcentaje de vacíos en la mezcla asfáltica 
convencional 142 
Anexo 47. Cálculo del porcentaje de vacíos en al mezcla asfáltica modificada 143 
Anexo 48. Ensayo de estabilidad y flujo de la mezcla asfáltica convencional 144 
Anexo 49. Ensayo de estabilidad y flujo de la mezcla asfáltica modificada 146 
Anexo 50. Manual de uso del Viscosímetro Brookfield RV II del laboratorio de 
pavimentos de la universidad de La Salle 148 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 15 
 
INTRODUCCIÓN 
 
Se han desarrollado varias investigaciones tratando de mejorar las condiciones de 
las mezclas asfálticas usando materiales alternativos que permitan optimizar sus 
características. En algunas de estas investigaciones se han utilizado desechos no 
biodegradables, buscando además, la reducción del impacto ambiental que 
generan dichos materiales. En la Universidad de la Salle se han realizado dos 
trabajos de investigación que involucran la llanta triturada y el poliestireno como 
modificadores del asfalto; el siguiente paso es ampliar la investigación evaluando 
los efectos del uso de ligante modificado en una mezcla asfáltica. 
 
En el primer capítulo se enuncian todos los aspectos temáticos de la investigación 
y el desarrollo del tema, se expondrá el problema, su relación con el área de vías, 
y se mostrará la importancia del desarrollo de la investigación, cuyo objetivo 
principal es determinar cómo se afecta la estabilidad de una mezcla asfáltica 
modificada y compactada estáticamente. Además se muestran varios trabajos de 
investigación con modificadores poliméricos y se hace un análisis de los más 
importantes para la presente investigación 
 
En el segundo capítulo se desarrolla el aspecto teórico y conceptual que soporta y 
da rumbo a la investigación. Se explican las características, los componentes y la 
influencia de cada uno de ellos en el asfalto. Igualmente se mencionan los 
 16 
polímeros, la forma en que se incorporan al ligante y las nuevas propiedades que 
le dan al asfalto; se describe el método Marshall para el diseño de mezclas 
asfálticas y los aspectos que evalúa dicho método. Por último se hace una relación 
de la normatividad que enmarca la investigación. 
 
En el tercer capítulo se muestra la metodología utilizada, avalada por un autor 
metodológico, y se describen detalladamente las fases que tendrá la investigación 
con cada uno de sus pasos para el cumplimiento de los objetivos de la misma. 
 
El cuarto capítulo desarrolla el trabajo ingenieril, describe paso a paso los análisis 
hechos a los materiales, los resultados obtenidos y verifica el cumplimiento de la 
especificación de materiales para carreteras del INVIAS. Además muestra 
ejemplos de cálculo de los ensayos físicos que se hicieron a los elementos 
utilizados. 
 
El quinto y sexto capítulo son las conclusiones y las recomendaciones a las que 
llegó la investigación tras el análisis de los resultados obtenidos en el trabajo 
ingenieril, y se basan en los fundamentos teórico – conceptuales presentados en 
el presente escrito. 
 
 
 
 
 17 
 
1. EL PROBLEMA 
 
1.1 LÍNEA 
La comparación del diseño Marshall de una mezcla MDC – 2 convencional y una 
modificada con poliestireno y polvo de llanta, compactada estáticamente 
pertenece a la línea de nuevos materiales para carreteras, del grupo Investigación 
en Desarrollo Tecnológico INDETEC, y contribuye a un estudio que busca la 
utilización de materiales no biodegradables en la construcción de carreteras, para 
mejorar las condiciones de resistencia y durabilidad de los pavimentos. 
Adicionalmente contribuye con la reducción del impacto de estos desechos sobre 
el medio ambiente. 
 
1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 
Según las estadísticas presentadas por el Ministerio del Medio Ambiente, Vivienda 
y Desarrollo Territorial, en Bogotá se generan más de “6000 toneladas”1 diarias de 
desechos sólidos, de los cuales se recicla un 30%. Se ha observado, por ejemplo, 
que al botadero Doña Juana llegan anualmente “2.500.000 llantas”2, que deben 
“permanecer” allí, ya que el periodo de descomposición del caucho vulcanizado se 
 
1
 CARACOL RADIO. Solo el 3% de las basuras se reciclan en Bogotá. [En línea]< 
http://www.caracol.com.co/nota.aspx?id=570361> [Citado en 2008-09-24] 
2
 CARDONA, Andrea. Novedosas carreteras colombianas solucionan problema ambiental. [En línea]< 
http://www.universia.net.co/galeria-de-cientificos/noticias-de-la-ciencia-en-colombia/novedosas-carreteras-
colombianas-solucionan-problema-ambiental.html> [Citado en 2007-07-11] 
 
http://www.caracol.com.co/nota.aspx?id=570361
http://www.universia.net.co/galeria-de-cientificos/noticias-de-la-ciencia-en-colombia/novedosas-carreteras-colombianas-solucionan-problema-ambiental.html
http://www.universia.net.co/galeria-de-cientificos/noticias-de-la-ciencia-en-colombia/novedosas-carreteras-colombianas-solucionan-problema-ambiental.html
 18 
estima en 400 años; y el botadero no tiene capacidad para reciclar este material, 
debido a que no dispone de equipos y/o procedimientos necesarios para tal fin. 
Para aumentar el porcentaje de reciclaje de los productos de desecho, se ha 
utilizado parte de estos materiales como modificadores del asfalto buscando 
mejoras en las características físicas y mecánicas de las mezclas asfálticas 
puestas en servicio. Al respecto se han realizado diversos estudios por grupos de 
investigación nacional e internacional (Anexo ). 
 
Esta investigación analiza los resultados obtenidos en el diseño Marshall de una 
mezcla MDC – 2 utilizando asfalto modificado con polvo de llanta y poliestireno, 
siendo este último modificante, innovación Colombiana. 
 
1.3 ANTECEDENTES SIGNIFICATIVOSPARA EL PROYECTO 
La investigación sobre asfaltos modificados lleva más de medio siglo en países 
desarrollados, pero en países en desarrollo es aún limitada. 
 
La utilización de caucho natural en el ligante de la mezcla asfáltica se inició en los 
años 50, pero la ausencia de una adecuada caracterización, y por ende una 
óptima dosificación del modificante, arrojó como resultado una mezcla asfáltica de 
menor calidad comparada con una mezcla asfáltica convencional. En la siguiente 
década se logró una mejora en la mezcla al utilizar cauchos vulcanizados en bajas 
proporciones respecto al ligante asfáltico. Posteriormente se experimentó con 
materiales poliméricos que, utilizados de forma individual o combinada, le dieron al 
 19 
asfalto diferentes características útiles en las distintas condiciones de servicio de 
los pavimentos asfálticos como menor agrietamiento a bajas temperaturas y 
menores deformaciones a altas temperaturas. 
 
En Colombia el estudio de este tema no ha sido muy profundo, sin embargo se 
han realizado varias experiencias con diferentes materiales como látex, P.V.C, 
caucho y poliestireno (icopor). 
 
En 2002 el ingeniero Manuel Ocampo de la Universidad de Los Andes, realizó una 
investigación para hallar el método más efectivo para mejorar las propiedades 
físicas de las mezclas asfálticas que se usan en la pavimentación de vías en 
Bogotá utilizando caucho molido proveniente de llantas fuera de uso. La adición 
del material se hizo por vía húmeda (directamente al ligante), y por vía seca (como 
parte del agregado pétreo); esta investigación incluyó la caracterización de los 
materiales y el diseño de la mezcla asfáltica, además de estudiar sus propiedades 
mecánicas e incremento en su vida útil luego de ser mejorado con el caucho. 
 
En el proceso húmedo el resultado fue una mezcla más viscosa, flexible a bajas 
temperaturas y más rígida a altas temperaturas. Las mejoras obtenidas en los 
pavimentos fueron menores deformaciones permanentes y resistencia al 
fisuramiento a bajas temperaturas. En el proceso seco, el caucho se adicionó 
como parte del agregado pétreo fino, esto aumentó la cantidad de ligante asfáltico 
necesaria para la mezcla. 
 20 
En la mezcla asfáltica se observó una disminución de la estabilidad Marshall, y un 
aumento en el porcentaje de vacíos de la mezcla asfáltica. 
 
Glennys Giovanna Gutiérrez Castro, estudiante de la Universidad de Los Andes 
desarrolló en el año 2004 una investigación denominada “Evaluación de las 
propiedades físicas y reológicas de los asfaltos para pavimentos, al implementar 
látices como agentes modificatorios”, para ello utilizó asfalto 70/90 de 
Barrancabermeja y látex acrilobutadiénico carboxilado. 
 
El propósito del trabajo consistió en la modificación del asfalto con látex para 
mejorar sus propiedades, teniendo en cuenta dos factores predominantes: el 
tiempo de mezclado y el porcentaje de polímero utilizado para la modificación. En 
el trabajo experimental se mantuvo constante el tipo de látex, la temperatura de 
adición del látex, el tipo de asfalto, y la velocidad de mezclado. 
 
En la investigación se analizaron tres variables: incorporación del polímero en el 
asfalto, prueba de envejecimiento a corto plazo con el equipo RTFO (5 años) y 
prueba a largo plazo con el equipo PAV. Para ello realizó distintas pruebas 
variando las cantidades de látex y el tiempo inicial de mezclado, el resultado para 
la adición de 4.4% de polímero con 90% de tiempo de mezclado, a 160 ºC de 
temperatura y 2000 rpm es el aumento en las propiedades de los asfaltos para 
pavimentos. 
 
 21 
En esta investigación se encontró que el agente más representativo es la cantidad 
y clase de polímero utilizado y que tiene poca influencia o afectación el tiempo de 
mezclado. 
 
Una conclusión a la que llegó la investigación es que en la medida en que se 
incrementa la cantidad de polímero, disminuye la penetración, aumenta la 
temperatura de falla, la flexibilidad y disminuye la susceptibilidad a los agentes 
ambientales. 
 
Otro trabajo relacionado con el uso de polímeros fue el desarrollado en la 
Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de La Plata (Argentina) por 
Paola Olazábal, Diego Larsen, María Susana Cortizo y José Luís Alessandrini, 
titulado “Análisis del efecto térmico en la reología de asfaltos modificados”. Ellos 
modificaron asfalto con polímeros analizando su comportamiento en relación 
directa con la temperatura. 
 
Para la modificación del asfalto se utilizaron tres polímeros SBS con diferente 
estructura y peso molecular. Se fabricaron tres muestras de asfalto utilizando 4.5% 
en peso del polímero en cada una, a temperaturas comprendidas entre 175 y 185 
ºC y con un proceso de mezclado de una hora a 3500 rpm. 
 
 22 
En ésta investigación se utilizó un viscosímetro rotacional marca Brookfield DV III 
para tomar las medidas de viscosidad desde 60 hasta 190 grados centígrados con 
intervalos de 10 grados. 
 
Los resultados del análisis de viscosidad mostraron que el asfalto convencional 
empleado tenía un comportamiento newtoniano en todo el rango de temperatura 
utilizado, mientras que el asfalto modificado con SBS tuvo éste mismo 
comportamiento a partir de los 100 grados centígrados. El comportamiento del 
asfalto convencional y el modificado a bajas temperaturas se puede describir con 
la ecuación de Arrhenius; y para altas temperaturas se utilizó la expresión de 
William Landel Ferry (WLF). Este proceso buscaba relacionar la energía de 
activación con las temperaturas de mezclado y compactación de las mezclas 
asfálticas. 
 
Se encontró que la Energía de Activación para los asfaltos convencionales es 
menor que la de los asfaltos modificados. La temperatura de mezclado y 
compactación de los asfaltos convencionales es similar a la recomendada por la 
ASTM 2493. 
 
En la investigación realizada por Claudia Paola Amaya Ramírez y Martha Rocío 
Prieto Camelo de la Universidad de La Salle, titulada “Comparación de los 
resultados de la modificación de asfalto con poliestireno y llanta triturada obtenidos 
de procesos de mezcla manual y de mezcla con el dispersor de asfaltos” utilizaron 
 23 
poliestireno y llanta triturada como agentes modificadores, enfocándose en la 
influencia que tiene el tipo de mezclado empleado durante el proceso de 
modificación (mezclado manual o con el dispersor de asfaltos) en las propiedades 
físicas del ligante modificado. Se observó que con el dispersor de asfaltos se 
mejora notablemente el proceso de mezclado, permitiendo una homogenización 
de los materiales en la mezcla, lo cual se comprueba con la caracterización física 
del asfalto modificado. Además se facilita el control de la velocidad y la 
temperatura de mezclado, situación que no se presenta en el mezclado manual. 
 
Dentro de los ensayos realizados para la caracterización del asfalto, tanto 
convencional como el modificado, se encuentra la ductilidad, la penetración, el 
punto de ignición y llama, el peso específico y la viscosidad Brookfield. 
 
La viscosidad del ligante modificado aumentó cuando el proceso de mezclado fue 
realizado con el dispersor de asfaltos respecto al proceso de mezclado manual, 
esto debido a la variación en las características de los modificantes por la mayor 
temperatura necesaria para mezclar los materiales en el dispersor. Con la 
utilización del viscosímetro Brookfield encontraron como dosificación óptima de 
modificantes 18% de llanta triturada y 1% de poliestireno adicionándolos al asfalto 
a una temperatura de 180 grados centígrados utilizando el dispersor de asfaltos. 
En el caso del mezclado manual se encontraron 16% de llanta triturada y 1% de 
poliestireno y 170 grados centígrados como dosificación óptima. No obstante, los 
ensayos de penetración, ductilidad y punto de ablandamiento mostraron que las 
 24 
cantidades ideales para un mejorcomportamiento del ligante son 14% de llanta 
triturada y 1% poliestireno3. 
 
Se determinó también el rango de temperatura para la modificación de asfaltos con 
llanta triturada y poliestireno utilizando el dispersor de asfaltos, la cual se 
estableció en un rango de 170° a 180°, con una velocidad de mezclado de 2400 
rpm durante 10 minutos, tiempo durante el cual la mezcla se homogeniza. 
 
 
1.4 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 
 ¿Cómo se afecta la estabilidad de una mezcla asfáltica MDC – 2 al ser modificada 
con poliestireno expandido y polvo de llanta? 
 
1.5 JUSTIFICACIÓN 
La durabilidad o vida útil de los pavimentos flexibles ha sido un tema de 
preocupación nacional debido al alto porcentaje de deterioro que tienen las vías. 
La mezcla asfáltica constituye un elemento de gran importancia por conformar la 
capa expuesta a mayor detrimento, por esto, ha estado sujeta a un gran número 
de investigaciones en busca de métodos para modificarla y así lograr mejoras en 
sus características. 
 
 
3
 AMAYA, Claudia. PRIETO, Rocío. Comparación de los resultados de la modificación de asfalto con 
poliestireno y llanta triturada obtenidos de mezcla manual y de mezcla con el dispersor de asfaltos. Bogotá, 
2008. 222p. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). Universidad de La Salle. Facultad de Ingeniería Civil. 
 25 
Buscando soluciones a los requerimientos de la mezcla asfáltica, se ha 
encontrado la posibilidad de emplear modificadores que hacen parte de los 
desechos no biodegradables, que mejorarán las condiciones de la mezcla en 
servicio frente a factores ambientales y climatológicos, y al mismo tiempo 
reducirán el impacto ambiental de estos desperdicios. 
 
1.6 OBJETIVOS 
1.6.1 Objetivo general 
Determinar cómo se afecta la estabilidad de una mezcla asfáltica modificada con 
polvo de llanta y poliestireno expandido. 
 
1.6.2 Objetivos específicos 
 Establecer las características físicas de los agregados pétreos para que 
cumplan con las especificaciones que exige la norma colombiana. 
 Establecer las características físicas del ligante asfáltico convencional y 
modificado. 
 Diseñar la mezcla asfáltica convencional y modificada por el método 
Marshall. 
 Evaluar el comportamiento mecánico de los dos tipos de mezclas. 
 Crear un manual de uso del viscosímetro Brookfield del laboratorio de 
pavimentos de La Universidad de La Salle. 
 
 26 
 
2. MARCO REFERENCIAL 
 
2.1 MARCO TEÓRICO - CONCEPTUAL 
2.1.1 El asfalto. Es un material bituminoso, que en la naturaleza puede 
encontrarse puro o mezclado con otros elementos, y en estados sólido, semisólido 
o líquido. Éste puede obtenerse en yacimientos naturales o a partir de la 
destilación del petróleo. 
 
Las características de esta sustancia varían según la fuente de donde se extrae, 
ya que la base bituminosa no es la misma, ni se encuentra en las mismas 
proporciones en cada pozo. Esta última condición hace necesario clasificar el 
asfalto según el contenido de betún en asfaltos pesados (nafténicos) o asfaltos 
livianos (parafínicos). El petróleo crudo es sometido a un proceso de destilación en 
el cual se separan las fracciones livianas como la nafta y kerosén de la base 
asfáltica mediante la vaporización, fraccionamiento y condensación de las mismas. 
El asfalto de petróleo tiene las mismas características de durabilidad que el asfalto 
natural, pero tiene la importante ventaja adicional de ser refinado hasta una 
condición uniforme, libre de materias orgánicas y minerales extraños4. 
 
 
4 Características del asfalto: (Notas de clase: Universidad de la Salle, Facultad de Ingeniería, Programa de 
Ingeniería Civil, Bogotá). Ingeniera Ana Sofía Figueroa. Por John Freddy López, Mayo 2008. 
 27 
El asfalto es un material aglutinante altamente adhesivo, resistente a la acción de 
cargas dinámicas, y que fluye bajo la acción del calor o de las cargas permanentes. 
Al mezclarse con áridos forma las mezclas asfálticas utilizadas para la 
pavimentación de carreteras. 
 
Cuando se utiliza el asfalto en carreteras, una de sus funciones es impedir el paso 
del agua proveniente de las lluvias a las capas subyacentes del pavimento 
haciéndolo poco susceptible a la humedad; es decir cumple la función de un 
impermeabilizante (Figura ). 
 
Figura . Función del asfalto
5
 
 
 
El asfalto que se utiliza para la pavimentación de vías, a temperaturas ambiente 
tiene un comportamiento semisólido y debe ser calentado hasta el punto en que 
pueda fluir, para ser mezclado con los áridos. Sin embargo hay unos ligantes que 
 
5
 ESTRADA, Juan. GONZALEZ, Alejandro. Mejoramiento de mezclas asfálticas drenantes utilizando como 
ligante el asfalto – caucho. Bogotá, 2002. 139p. Tesis de grado. p 14. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). 
Pontificia Universidad Javeriana. Facultad de Ingeniería. Carrera de Ingeniería Civil. 
 28 
son en exceso blandos a los que se les llama “asfaltos líquidos” que se clasifican 
en asfaltos de curado rápido, curado medio y curado lento. 
 
El asfalto no solamente es utilizado para la construcción de carreteras, también 
puede utilizarse como impermeabilizante y curado de fisuras. Estos tipos de 
asfaltos son llamados Asfaltos Oxidados y se obtienen sometiendo el asfalto 
natural a procesos de deshidrogenación a determinadas temperaturas. 
 
2.1.1.1 Composición del asfalto. Al observar el asfalto, es muy fácil suponer que 
su composición es muy básica, pues a simple vista se percibe como un material 
homogéneo en cuanto a su color, textura y apariencia general, pero aunque los 
componentes son pocos, las proporciones de éstos pueden variar debido a su 
origen, produciendo cambios significativos en sus características. 
 
El modelo que mejor describe la configuración del asfalto es el modelo micelar, 
que presenta dos fases: una discontinua (aromática) formada por dos asfaltenos y 
una continua que rodea y solubiliza a los asfáltenos, denominada maltenos. Los 
maltenos y asfáltenos existen como islas flotando en el tercer componente del 
asfalto, los aceites (Figura ). 
 
 29 
Figura . Composición del asfalto
6
 
 
 
 
 Asfaltenos: sólidos amorfos que presentan una alta polaridad y materiales 
aromáticos complejos. Este compuesto da al asfalto dureza a medida que su 
presencia es mayor dentro de éste, además dentro de su funcionalidad está 
concentrar los materiales que contaminan los asfaltos. Estas partículas tienen la 
característica de ser muy adherentes, pero al estar rodeadas de resinas, esta 
adherencia no interviene en la liga con los materiales pétreos. 
 
 
6
 ARENAS, Hugo León. Tecnología del cemento asfáltico. Bogotá D.C.: Faid 1991. p. 91. 
 
 30 
Altos contenidos de asfaltenos le dan al asfalto mayor rigidez y afectan 
directamente sus propiedades reológicas, ya que aumenta la viscosidad y 
reduce los índices de penetración, es decir, los hace más rígidos. 
 
 Maltenos: actúan como dispersante y son la fracción soluble, tienen un punto de 
ebullición bajo, y son los que le dan la calidad al asfalto, ya que se encargan de 
regular sus características químicas. 
 
 Resinas: partículas adhesivas; dentro de su función está estabilizar los 
asfaltenos; además al aumentar su presencia en el asfalto disminuye la 
penetración y viscosidad del mismo. 
 
 Aceites: su presencia dentro del asfalto varía entre 5% y 20% del total del 
material, cuando hay gran cantidad de aceite en el asfalto los maltenos pierden 
capacidad de interacción con los asfaltenos, permitiendo la aglomeración de 
éstos; los aceites son los responsables de las deformaciones del asfalto y hacen 
posible su manipulación. 
 
Según el grado de concentración de los asfaltenos, hay dos tipos de asfaltos que 
son: los asfaltos tipo sol y losasfaltos tipo gel. Los tipo sol son asfaltos con bajas 
concentraciones de asfaltenos, lo que permite un libre movimiento entre ellas; este 
tipo de asfaltos son susceptibles a los cambios de temperatura y tienen una alta 
ductilidad. Los asfaltos tipo gel se caracterizan porque las micelas se atraen 
 31 
mutuamente formando estructuras muy concentradas; este tipo de asfalto se 
caracteriza por ser poco susceptible a los cambios térmicos y por tener una baja 
ductilidad. 
 
2.1.1.2 Asfaltos modificados. La modificación del asfalto es un procedimiento que 
se utiliza para mejorar las propiedades físicas y mecánicas de los ligantes en la 
construcción de carreteras. Este proceso se hace con la adición de polímeros que 
sean compatibles con el asfalto y que mejoren la resistencia a la deformación y al 
deterioro producido por las cargas vehiculares y los factores ambientales. 
 
En general, al agregar modificantes poliméricos al asfalto, se obtienen ligantes 
mucho más viscosos y rígidos que los convencionales, capaces de disminuir el 
ahuellamiento cuando las mezclas están colocadas en lugares de altas 
temperaturas; y por otro lado, disminuir la fisuración y la fatiga de las mezclas, 
haciéndolas más elásticas cuando se encuentran en servicio a bajas 
temperaturas. 
 
 Polímeros. Moléculas conformadas por unidades más simples llamadas 
monómeros. Las propiedades físicas y mecánicas de un polímero dependen de 
la distribución espacial de las cadenas monoméricas que lo componen, 
pudiendo presentarse como elementos rígidos o elásticos. Su adición al 
asfalto depende del grado de compatibilidad con éste, y tiene el fin de mejorar 
 32 
las propiedades mecánicas de los pavimentos flexibles en diferentes 
condiciones de servicio, buscando economía y durabilidad en las carreteras. 
 
Cuando se incorporan materiales poliméricos al asfalto, éste forma cadenas 
tridimensionales o lineales y hace que la mezcla asfáltica adopte elásticos o 
rígidos, según la cadena polimérica que se adicione. 
 
 Clases de polímeros. Según la disposición de su estructura los polímeros se 
clasifican en: 
 
- Elastómeros: cadenas lineales carentes de forma definida. Al ser sometidos a 
procesos de vulcanización su estructura se modifica tornándose reticular, con 
comportamiento elástico. Al adicionar este tipo de polímero a una mezcla 
asfáltica “se observó un incremento en la resistencia a la deformación, se 
disminuyó el módulo de rigidez, aumentó la durabilidad de la mezcla y se 
incrementó la flexibilidad del asfalto”7. 
 
- Plastómeros: este tipo de polímero es más duro que un elastómero, hace 
posible “el aumento de la resistencia a la deformación y evita la disminución de 
la adherencia aumentando la durabilidad”8 cuando se adiciona a una mezcla 
 
7
 LOZANO, Lina. Estudio preliminar de los efectos de modificadores poliméricos en las características 
reológicas de los asfaltos para pavimento. Bogotá, 2002. 70p. Trabajo de grado (Ingeniero Químico). 
Universidad de Los Andes. Facultad de Ingeniería. Departamento de química. 
8
 Ibíd.; p.19. 
 33 
asfáltica. El efecto en la flexibilidad del asfalto no es considerable, lo que lo 
hace poco recomendable en temperaturas elevadas. 
 
 Poliestireno. Plástico obtenido a través de la unión de monómeros por medio 
de un proceso térmico denominado polimerización, con el fin de conformar 
moléculas de mayor tamaño. El monómero base es el estireno, que se obtiene 
calentando el etilbenceno en presencia de un catalizador. 
 
El resultado de la polimerización pura del estireno es el poliestireno cristal, que 
es transparente, frágil y de baja resistencia. Con la adición de caucho aumenta 
la resistencia de éste material, pero su cualidad traslucida disminuye a medida 
que aumenta el contenido de goma. Se utiliza generalmente para la fabricación 
de estuches y envases desechables. 
 
Otro tipo de poliestireno es el poliestireno expandido que “consiste en 95% de 
poliestireno y 5% de un gas que forma burbujas que reducen la densidad del 
material"9. Su color característico es el blanco debido a la refracción de la luz; 
además, presenta excelentes capacidades de aislamiento térmico, por lo que 
es ampliamente utilizado en la construcción y en el transporte de alimentos 
perecederos. 
 
 
9
 WIKIPEDIA. Poliestireno. [En línea] < http://es.wikipedia.org/wiki/Poliestireno> [Citado en 2009-05-12] 
http://es.wikipedia.org/wiki/Poliestireno
 34 
A partir de la fundición del poliestireno cristal y con la inyección de gas se 
obtiene el poliestireno extruido, que posee también características aislantes, 
pero tiene un mejor comportamiento frente a la humedad, razón por la cual es 
utilizado en la construcción de cubiertas. 
 
 Caucho vulcanizado. Es el resultado de combinar caucho natural con azufre a 
elevadas temperaturas, para mejorar su elasticidad y resistencia. Éstas últimas 
condiciones se mantienen incluso a bajas temperaturas, a diferencia del 
caucho natural, que tiende a rigidizarse y quebrarse. Por otro lado, después del 
proceso de vulcanización el caucho se vuelve resistente a los solventes 
convencionales y soporta temperaturas por encima del punto de carbonización 
de la materia orgánica. 
 
Dada su alta resistencia a la abrasión y al calor, el caucho vulcanizado se 
utiliza en la fabricación de llantas para vehículos automotores; además, por ser 
impermeable y flexible se utiliza en la fabricación de mangueras para la 
conducción de sustancias agresivas. 
 
 35 
2.1.1.3 Reología del asfalto. “Hace referencia a la variación de las propiedades 
de flujo a través del tiempo de aplicación de una carga, e incluye una propiedad 
muy importante como lo es la viscosidad”10. Cuando el asfalto es sometido a altas 
temperaturas llega a comportarse como un fluido viscoso, mientras que a las 
temperaturas de servicio éste se comporta como un sólido. 
 
El flujo de viscosidad en cualquier líquido puede considerarse como un proceso 
térmico, en el cual las moléculas tienen que sobrepasar una barrera de energía 
para desplazarse a un sitio adyacente. 
 
Algunas fallas en los pavimentos están directamente relacionadas con las 
características reológicas de los ligantes utilizados; por ejemplo, cuando una 
mezcla tiene problemas de adherencia ligante – agregado, se debe a que el 
asfalto utilizado tiene viscosidades muy bajas. Cuando hay un aumento de la 
viscosidad y de la consistencia del ligante, se pueden presentar fisuras en los 
pavimentos a causa del incremento de la rigidez11. 
 
2.1.2 Mezcla asfáltica. Es aquella constituida por ligante asfáltico y agregado 
pétreo con una gradación definida y constante; en la que las proporciones de cada 
componente definen las características físicas de la mezcla en sí. Se utilizan 
 
 
10
 ESTRADA, Juan. GONZALEZ, Alejandro. Mejoramiento de mezclas asfálticas drenantes utilizando como 
ligante el asfalto – caucho. Bogotá, 2002. 139p. Tesis de grado. p 17. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). 
Pontificia Universidad Javeriana. Facultad de Ingeniería. Carrera de Ingeniería Civil. 
11
 ARENAS, Hugo. Tecnología del cemento asfáltico. 5 ed. Bogotá: Faid. 2006. 304 p. 
 36 
principalmente en la construcción y mantenimiento de vías como carpeta de 
rodadura o como bases subyacentes a ésta. 
 
Los agregados pétreos son los materiales granulares que se utilizan en la 
fabricación de mezclas asfálticas y son los que resisten las cargas del tránsito 
sobre éstas. 
 
El desempeño de los pavimentos se debe necesariamente a las propiedades de 
los agregados utilizados en las mezclas. Las características más relevantes de los 
pétreos son: 
 
 Tamaño: el tamaño del agregado define la clase de mezcla y el tipo de 
superficie que tendrá el pavimento. Los grandes tamaños del agregado(75mm) 
pueden utilizarse como subcarpetas portantes bajo mezclas superficiales más 
finas (9.5 a 19mm). 
 Forma: la forma de las partículas del agregado tiene gran influencia en el 
entrabado de las mismas; por ejemplo, la fricción entre ellas aumenta cuando 
las partículas tienen formas angulares, lo que en la mezcla se refleja en un 
aumento de la resistencia a la deformación. 
 Textura: esta condición le da al agregado la capacidad de entrar más en 
contacto con el ligante asfáltico, aumentado la adherencia entre partículas. 
 Dureza: de esta propiedad depende la resistencia del agregado a la abrasión de 
los agentes ambientales y de las cargas del tránsito. 
 37 
 Gravedad específica: éste es un indicador del peso de los agregados, y permite 
determinar el porcentaje de vacíos presente en la mezcla asfáltica. 
 
Todas estas cualidades determinan el uso, la capacidad de carga y la resistencia a 
la deformación de las mezclas asfálticas. 
 
2.1.2.1 Método Marshall. El método Marshall es netamente empírico y se basa 
en el principio de “ensayo y error”; fue formulado en 1943 por Bruce Marshall, del 
Departamento de Autopistas del Estado de Mississippi y mejorado luego de una 
extensiva investigación por parte del Cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos. 
 
Aunque el método originalmente fue diseñado para mezclas con agregados 
pétreos de tamaño máximo 25mm (1”), fue modificado y desarrollado para 
agregados con tamaños máximos superiores a 35mm (1.5”). 
 
Este método se emplea para dosificar mezclas en caliente de agregados pétreos y 
ligante asfáltico. Permite el diseño de mezclas en laboratorio, y el control de éstas 
en campo, para poder verificar las correctas proporciones de ligante y agregado. 
 
Los aspectos que evalúa el método son: 
- La estabilidad para garantizar la respuesta de la mezcla asfáltica a las 
exigencias del tránsito cuando se encuentra puesta en servicio. 
 38 
 
- La cantidad de asfalto presente en la mezcla para asegurar el recubrimiento y 
la adherencia entre los agregados y la perfecta impermeabilización de las 
capas subyacentes de los pavimentos. 
 
- Control de los vacíos con aire presentes en la mezcla después de haber sido 
compactada, como una reserva para las deformaciones producidas por las 
cargas del tránsito. 
 
Los ensayos de la metodología Marshall se hacen con moldes de prueba de 4” de 
diámetro y 2 ½” de alto, que sirven para formar muestras de la mezcla asfáltica 
que se compacta en caliente dentro de los moldes. El principal fin de la realización 
de estas muestras es analizar densidad, vacíos, estabilidad y flujo. La estabilidad 
es la máxima resistencia a la carga que puede soportar la mezcla; mientras que el 
flujo es la deformación total que se produce en la mezcla desde la carga inicial 
hasta la carga máxima. 
 
 
 
 
 
 
 
 39 
 
3. METODOLOGÍA 
 
Una investigación experimental “es un estudio en el que se manipulan 
deliberadamente una o más variables independientes, para analizar las 
consecuencias que la manipulación tiene sobre una o más variables dependientes, 
dentro de una situación de control para el investigador”12; y es la metodología en la 
cual se enmarca la presente investigación. 
 
El proyecto se realizó en cuatro fases que son: 
 
 FASE I: RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN 
 Búsqueda de información sobre investigaciones realizadas anteriormente, 
afines con el tema del proyecto 
 Clasificación de la información obtenida en la actividad anterior 
 Selección de documentos que den mayor direccionamiento a la investigación. 
 
 FASE II: CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES 
 Caracterización de agregados pétreos por medio de ensayos físicos (norma 
INVIAS 1996): 
- Granulometría 
 
12
HERNÁNDEZ SAMPIERI, Roberto. FERNÁDEZ COLLADO, Carlos. BAPTISTA LUCIO, Pilar. Metodología 
de la Investigación, 2 ed. México: Mc Graw -Hill, 1998. p 107. 
 
 40 
- Peso específico 
- Desgaste en la máquina de los ángeles 
- Porcentaje de caras fracturadas 
- Índice de alargamiento y aplanamiento 
 
 Caracterización del asfalto por medio de ensayos físicos (norma INVIAS): 
- Peso específico 
- Viscosidad Brookfield 
- Punto de ignición y llama 
- Penetración 
 
 FASE III: DISEÑO 
 Diseño de probetas por el método Marshall para ensayos de compactación 
estática, utilizando asfalto convencional y asfalto modificado con poliestireno y 
polvo de llanta. Contenidos de ligante del 4% al 6.5%, variando cada 0.5% 
respecto al peso de la probeta, según indicaciones de la INV – E748. 
 
 FASE IV: EVALUACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS 
 Comparación de los resultados obtenidos en los ensayos de compactación y 
falla de probetas. 
 41 
3.1 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA METODOLÓGIA EMPLEADA 
 
RECOPILACIÓN DE 
INFORMACIÓN 
CARACTERIZACIÓN DE 
MATERIALES 
CARACTERIZACIÓN DE 
AGREGADOS PÉTREOS 
CARACTERIZACIÓN DE 
LIGANTE ASFÁLTICO 
DISEÑO DE MEZCLA 
ASFÁLTICA 
LIGANTE 
CONVENCIONAL 
LIGANTE 
MODIFICADO 
ANÁLISIS Y 
COMPARACIÓN DE 
RESULTADOS 
 42 
3.2 INSTRUMENTOS DE REGISTRO 
El registro de los datos obtenidos en el laboratorio se llevó en los formatos 
dispuestos por la Universidad de La Salle para algunos ensayos. Los formatos que 
no se encontraban disponibles fueron diseñados y formulados por los 
investigadores, teniendo en cuenta los requerimientos de las normas INVIAS. 
 
3.3 VARIABLES 
Tabla . Variables 
 
FACTOR DE ANÁLISIS 
 
VARIABLES INDICADORES 
Tipo de Mezcla 
Mezcla Convencional 
 
Estabilidad 
Flujo 
Vacíos 
 
Mezcla Modificada 
 
Estabilidad 
Flujo 
Vacíos 
 
 
3.4 HIPÓTESIS 
La utilización de poliestireno y polvo de llanta como modificadores de un asfalto 
que se utiliza en una mezcla asfáltica, le permite una mayor estabilidad y reduce el 
flujo de la misma. 
 
 
 
 
 
 43 
 
4. TRABAJO INGENIERIL 
 
4.1 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS PÉTREOS 
En la Tabla se presentan los parámetros exigidos por la norma INVIAS, que 
deben cumplir los agregados pétreos para la elaboración de mezclas densas. 
 
Tabla . Especificaciones de los materiales pétreos según INVIAS 
Ensayo Norma 
Exigido por 
INVIAS 
Resistencia al desgaste de los agregados de tamaños 
mayores de 3/4" por medio de la máquina de los 
ángeles. 
INV - E218 30% máx. 
 Equivalente de arena de suelos y agregados finos INV - E133 50% min. 
índice de alargamiento de agregados INV - E230 35% max 
índice de aplanamiento de agregados INV - E230 35% max 
Peso específico del agregado fino INV - E222 -- 
Peso específico del agregado grueso INV - E223 -- 
Determinación del peso específico de los suelos y del 
llenante mineral 
INV - E128 -- 
Determinación del peso específico de los suelos y del 
llenante mineral 
INV - E128 -- 
 
 
 
4.1.1 Granulometría. Con este ensayo se realizó la caracterización de los 
agregados pétreos en función del tamaño de las partículas, para verificar su futura 
utilización en una mezcla asfáltica MDC – 2 (Figura ). 
 
De acuerdo con en el artículo 450 de la norma INVIAS 1996 el material se 
encuentra dentro de los rangos establecidos; esto quiere decir que la gradación 
del material es la adecuada para fabricar una mezcla asfáltica MDC – 2 (Figura ). 
 44 
Figura . Ensayo de granulometría 
 
 
 
Figura . Granulometría 
 
 
4.1.2 Desgaste. El ensayo de desgaste de los agregados de tamaños menores 
de 1 ½” se realizó utilizando la máquina de los ángeles del laboratorio de 
materiales de la Universidad de La Salle, con la guía de la INV – E218. 
 
 45 
Según la disposición de los equipos del laboratorio de materiales de la Universidad 
de la Salle y la fracción de material a ensayar se determinó la granulometría de 
ensayo tipo B. 
 
Tabla . Pesos y granulometrías para el ensayo de desgaste en la máquina de los Ángeles
13
 
Pasa tamiz Retenido en tamiz Pesos y granulometrías de la muestra para ensayo (g) 
mm (alt.)mm (alt.) A B C D 
37.5 (1½") - 25.0 (1") 1250 ± 25 
25.0 (1") - 19.0 (3/4") 1250 ± 25 
19.0 (3/4") - 12.5 (½") 1250 ± 10 2500 ± 10 
12.5 (½") - 9.5 (3/8") 1250 ± 10 2500 ± 10 
9.5 (3/8") - 6.3 (¼") 2500 ± 10 
6.3 (¼") - 4.75 (No.4) 2500 ± 10 
4.75 (No.4) - 2.36 (No.8) 5000 ± 10 
TOTALES 5000 ± 10 5000± 10 5000 ± 10 5000 ± 10 
 
Se tomaron 2500g del granular lavado y retenido en el tamiz de 1/2”, y la misma 
cantidad del material lavado y retenido en el tamiz 3/8”. Después de poner el 
material en la máquina de los ángeles y pasarlo por el tamiz No 12, se encontró 
que el desgaste del granular retenido en el tamiz 1/2” es del 29.58% y el desgate 
del retenido en el tamiz 3/8” es del 27.15%. Según la tabla 400.1 de la 
especificación INVIAS 2006 el material granular analizado cumple con los 
requisitos exigidos para fabricar una mezcla asfáltica MDC – 2. 
 
 
 
 
 
13
 INSTITUTO NACIONAL DE VIAS. Normas de ensayo de materiales para carreteras. Bogotá: INVIAS. 1998. 
p. 218-3. 
 46 
 Ejemplo de cálculo 
 
Peso inicial seco, Po 2500g 
Peso material retenido en tamiz No. 12, Pr 1748.70g 
 
 
%05.30
100
2500
70.17482500
100
0
0
Desgaste
g
gg
P
PP
Desgaste r
 
 
 
4.1.3 Equivalente de arena. Este ensayo se realizó teniendo como referencia la 
norma INV – E133. El equivalente de arena de suelos y agregados finos se aplicó 
al material triturado y al material de río, en este caso del río Coello (Tolima). 
 
Se siguió el procedimiento descrito en la norma antes mencionada y se encontró 
que el equivalente de arena del material triturado era del 36% y el del material de 
río era del 77%. Esto indicaba que el material triturado no cumplía con los 
parámetros establecidos en el artículo 400 de la norma INVIAS. 
 
Figura . Ensayo de equivalente de arena 
 
 47 
Se utilizó el método del ensayo y error para llegar al mínimo exigido (50%); se 
combinaron ambos materiales con diferentes proporciones de cada uno, respecto 
a un peso antes determinado y posteriormente se halló el equivalente de arena de 
cada mezcla, hasta hallar la combinación de materiales adecuada (Figura ). 
 
Figura . Equivalente de arena de cada combinación de materiales 
 
 
La combinación de materiales más adecuada fue 37.5% triturado y 62.5% material 
de río, cuyo equivalente de arena fue del 50%. Se optó por esta combinación de 
materiales que permitió cumplir con la especificación (Tabla ) sin que se elevaran 
demasiado los costos. 
 
 48 
En base a este resultado los granulares de la mezcla asfáltica retenidos en los 
tamices de 2.00mm (No.10), 425 m (No. 40), 180 m (No. 80), 75 m (No. 200) y 
pasa 75 m (No. 200), deben estar compuestos por triturado y material de río en 
las proporciones encontradas en el ensayo del equivalente de arena. 
 
 Ejemplo de cálculo 
 
Peso de muestra 119.75g 
Lectura de arcilla, Lc 23.80 
Lectura de arena, Lr 8.60 
 
%37%13.36
100
80.23
60.8
100
EA
L
L
EA
c
r
 
 
4.1.4 Índice de alargamiento y aplanamiento. Para el ensayo de índice de 
alargamiento de agregados se tomó como referencia la INV-E230, este ensayo se 
realiza específicamente a los materiales triturados, el ensayo permite determinar 
las características morfológicas del material en cada uno de los tamaños que 
integran la muestra, se encontró que las partículas analizadas cumplen con los 
parámetros establecidos según el artículo 400 de la norma INVIAS 1996, ya que 
no superan los límites que establece dicho artículo (Tabla ). 
 
 
 
 49 
 Ejemplo del cálculo del índice de alargamiento 
 
Tabla . Cálculo del índice de alargamiento 
TAMIZ 
% 
PESO 
TOTAL 
PARTÍCULAS ÍNDICE DE LA ÍNDICE DE 
RETENIDO DE CADA ALARGADAS FRACCIÓN (%) 
ALARGAMIENTO 
(%) 
 
FRACCIÓN. 
(g) 
RETENIDAS. (g) (Pai/Pi) * 100 
(SUM(lai*Ri)/SUM 
Ri) 
Ri Pl Pai lai 
3/4" - 1/2" 10.00 384.00 47.00 12.24% 
1/2" - 3/8" 10.00 195.00 43.00 22.05% 
3/8" - N° 4 19.00 109.00 17.00 15.60% 
SUMATORIA 39.00 688.00 107.00 49.89% 16.39% 
 
Índice de la fracción (IF) 
 
%24.12
100
384
47
100
IF
g
g
P
P
IF
l
al
 
 
 
Índice de alargamiento (IA) 
%39.16
%39
%19%60.15%10%05.22%10%24.12
IA
R
RIF
IA
I
I
 
 
 
 Ejemplo del cálculo del índice de aplanamiento 
 
Tabla . Cálculo índice de aplanamiento 
TAMIZ % 
PESO 
TOTAL PARTÍCULAS 
ÍNDICE DE 
LA ÍNDICE DE 
 RETENIDO DE CADA APLANADAS 
FRACCIÓN 
(%) 
APLANAMIENTO 
(%) 
 
FRACCIÓN. 
(g) 
 QUE 
PASAN. (g) (Pli/Pi) * 100 
(SUM(lli*Ri)/SUM 
Ri) 
 Ri Pl Pii lii 
3/4" - 1/2" 10.00 376.00 98.00 26.06% 
1/2" - 3/8" 10.00 196.00 36.00 18.37% 
3/8" - N° 4 19.00 123.00 30.00 24.39% 
SUMATORIA 39.00 695.00 164.00 69% 23.28% 
 
 50 
Índice de fracción (IF) 
 
%06.26
100
376
98
100
IF
P
P
IF
I
II
 
 
 
Índice de aplanamiento (IP) 
 
%28.23
%39
%19%39.24%10%37.18%10%06.26
IP
R
RIF
IP
I
I
 
 
 
4.1.5 Peso específico del agregado fino. Para el ensayo de peso específico y 
absorción de agregados finos se siguieron las indicaciones de la norma INV - 
E222, mediante este ensayo se establece la relación entre el peso del material 
sólido y el peso del agua correspondiente al volumen de los agregados finos 
(Figura ). Se realizó este ensayo al material triturado y el peso específico hallado 
fue 2.72. 
 
Figura . Ensayo de peso específico del agregado fino 
 
 
 
 51 
 Ejemplo del cálculo 
 
Tabla . Datos del ensayo de peso específico del agregado fino 
Ensayo No 1 
Wm s.s.s, g 112 
Va, cm3 443 
Wp, g 142.63 
Ws, g 102.0 
Wpa, g 622.41 
Wp+m, g 696.52 
G 2.692 
Gsa - sss 2.956 
Gsn 3.658 
 
 
Wm s.s.s Peso de la muestra saturada con superficie seca 
Va Volumen de agua añadido 
Wp Peso del picnómetro vacío 
Ws Peso de la muestra seca 
Wpa Peso del picnómetro aforado 
Wp+m Peso del picnómetro + muestra 
G Peso específico aparente 
Gsa - sss Peso específico aparente saturado con superficie 
seca 
Gsn Peso especifico nominal 
 
 
692.2
52.69611241.622
102
G
gg
g
WWW
W
G
mpmssspa
s
 
956.2
52.69611241.622
112
ssssa
mpsssmpa
sssm
ssssa
G
g
WWW
W
G
 
 
 
658.3
52.69610241.622
102
sn
mpspa
s
sn
G
ggg
g
WWW
W
G
 
 
 
 52 
4.1.6 Peso específico del agregado grueso. Para el ensayo de peso 
específico y absorción de agregados gruesos se toma como referencia la 
norma INV - E223, mediante este ensayo se establece la relación entre el 
peso del material sólido y el peso del agua correspondiente al volumen de 
los agregados gruesos. Se analizó el material triturado y se obtuvo como 
resultado un peso específico de 2.32. 
 
 Ejemplo del cálculo 
 
Tabla . Datos del ensayo de peso específico del agregado grueso 
Ensayo No 1 
Wsss, g 1511.00 
Wsr, g 1534.10 
Wr 80.90 
Ws 1453.20 
Ww 899.50 
G 2.38 
Gsa - sss 2.47 
Gsn 2.62 
 
Wsss Peso del agregado saturado con superficie seca 
Wsr Peso seco del agregado + recipiente 
Wr Peso del recipiente 
Ws Peso seco del agregado 
Ww Peso sumergido del agregado 
 
38.2
50.8991511
20.1453
G
gg
g
WW
W
G
wsss
s
 
47.2
50.8991511
1511
ssssa
wsss
sss
ssssa
G
gg
g
WW
W
G
 
 53 
62.2
50.89920.1453
20.1453
sn
ws
s
sn
G
gg
g
WW
W
G
 
 
4.1.7 Peso específico del llenante mineral. Para el ensayo de peso 
específico del llenante mineral se toma como referencia la norma INV – 
E128, mediante este ensayo se establece la relación entre el peso del 
material sólido y el peso del agua correspondiente al volumen del llenante 
mineral (Figura ). 
 
Figura . Ensayo de peso específico del llenante mineral 
 
 
El ensayo se realizó con el material triturado y el material de río obteniendo como 
resultado pesos específicos de 2.76 y 2.84 respectivamente. 
 
 
 
 54 
 Ejemplo del cálculo 
Tabla . Datos del ensayo de peso específico del llenante mineral 
Ensayo No 1 
Frasco No. 7 
Wbws, g 710.0 
Temperatura, ºC 60 
Wbw 660.3 
Peso muestraseca + recipiente 180.0 
Peso recipiente 102.3 
Ws 77.7 
Gs 2.775 
 
Wbws Peso del frasco + agua + muestra 
Wbw Peso del frasco + agua (Curva de calibración) 
Ws Peso de la muestra seca 
 
775.2
7107.773.660
7.77
s
bwssbw
s
s
G
ggg
g
WWW
W
G
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 55 
4.2 ESPECIFICACIÓN DEL CAUCHO UTILIZADO 
Las características físicas del caucho utilizado en la fabricación de llantas para 
automotores en Colombia están resumidas en la NTC – 2876. 
 
Tabla . Requisitos básicos del caucho
14
 
Dureza ± 
puntos 
 
Resistencia a la 
tensión, mín 
 
Última 
elongación 
mín, % 
 
Envejecimiento 
acelerado NTC 
447a70°C 
 
Inmersión en 
aceite NTC 812, 
aceite N° 3, 70 
ha70°C 
 
Deformación por 
compresión 
ASTM 395 
sólido, máx, %, 
22 h a 70°C 
 
Sufijo 
disponible 
grados 
(números) 
 
Mpa 
 
p.s.i. 
 
30 
 
7 
 
1015 
 
400 
 
Cambio en la 
resistencia a la 
tensión ±30%, 
cambio en la 
última elongación 
50% máx, cambio 
en la dureza ± 15 
puntos 
 
No se requiere 
 
Deformación por 
compresión 50% 
máx 
 
2,4 
 30 
 
10 
 
1450 
 
400 
 
2,4 
 30 
 
14 
 
2031 
 
400 
 
2,4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 40 
 
7 
 
1015 
 
400 
 
2,4 
 40 
 
10 
 
1450 
 
400 
 
2,4 
 40 
 
14 
 
2031 
 
400 
 
2,4 
 40 
 
17 
 
2466 
 
500 
 
2,4 
 40 
 
21 
 
3046 
 
600 
 
2,4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 50 
 
3 
 
435 
 
250 
 
2 
 50 
 
6 
 
870 
 
250 
 
2 
 50 
 
7 
 
1015 
 
400 
 
2,3 
 50 
 
8 
 
1160 
 
400 
 
2,3 
 50 
 
10 
 
1450 
 
400 
 
2, 3, 4, 5 
 50 
 
14 
 
2031 
 
400 
 
2, 3, 4, 5 
 50 
 
17 
 
2466 
 
400 
 
2, 3, 4. 5 
 50 
 
21 
 
3046 
 
500 
 
2, 3, 4, 5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 60 
 
3 
 
435 
 
250 
 
2 
 60 
 
6 
 
870 
 
250 
 
2 
 60 
 
7 
 
1015 
 
300 
 
2,3 
 60 
 
8 
 
1160 
 
300 
 
2,3 
 60 
 
10 
 
1450 
 
350 
 
2, 3. 4, 5 
 60 
 
14 
 
2031 
 
400 
 
2, 3, 4, 5 
 60 
 
17 
 
2466 
 
400 
 
2, 3, 4, 5 
 60 
 
21 
 
3046 
 
400 
 
2, 3, 4, 5 
 60 
 
24 
 
3481 
 
500 
 
2, 3, 4, 5 
 70 
 
L3 
 
435 
 
150 
 
2 
 70 
 
6 
 
870 
 
150 
 
2 
 70 
 
7 
 
1015 
 
200 
 
2,3 
 70 
 
8 
 
1160 
 
200 
 
2,3 
 70 
 
10 
 
1450 
 
250 
 
2, 3, 4, 5 
 70 
 
14 
 
2031 
 
300 
 
2, 3, 4, 5 
 70 
 
17 
 
2466 
 
300 
 
2, 3, 4, 5 
 70 
 
21 
 
3046 
 
300 
 
2. 3, 4, 5 
 
 
14
 SANCHEZ, Arnulfo. Análisis comparativo de las características físicas entre el asfalto convencional y el 
asfalto modificado con poliestireno y llanta triturada. Bogotá, 2006. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). 
Universidad de La Salle. Facultad de Ingeniería Civil. 
 56 
Tabla . Requisitos adicionales del caucho
15
 
Ensayo 
 
Grado 
 1
A
 
 
2 
 
3 
 
4 
 
5 
 
6 
 
7 
 
8 
 A 13. Resistencia al calor NTC 447, 70 
ha70°C 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cambio en dureza, máx, puntos 
 
 
 
± 15 
 
 
 
+10 
 
+10 
 
 
 
 
 
 
 
Cambio en resistencia a la tensión, máx.% 
 
 
 
±30 
 
 
 
-25 
 
-25 
 
 
 
 
 
 
 
Cambio última elongación 
 
 
 
-50 
 
 
 
-25 
 
-25 
 
 
 
 
 
 
 
B 13 Deformación por compresión 
método B ASTM D 395, %, 22 h a 70°C 
 
 
 
 
 
25 
 
25 
 
25 
 
 
 
 
 
 
 
B 33 Deformación por compresión ASTM 
D 395 método B, máx, %, 22 h a70°C 
 
 
 
 
 
50 
 
50 
 
50 
 
 
 
 
 
 
 
C 12 Resistencia al ozono ASTM D 1171, 
rango de retención de calidad, mfn, % 
 
 
 
85 
 
+ 
 
85 
 
+ 
 
 
 
 
 
 
 
C 20 Resistencia al envejecimiento 
ambiental ASTM 1171, rango de 
retención de calidad, mín, % 
 
 
 
85 
 
85 
 
85 
 
85 
 
 
 
 
 
 
 
EA 14 Resistencia al agua NTC 812, 70 h a 
100°C cambio en volumen, máx, % 
 
 
 
10 
 
10 
 
10 
 
10 
 
 
 
 
 
 
 
F 17 Fragilidad a baja temperatura ASTM 
2137 método A 9. 3. 2 sin fragilidad 
después de 3 min a 40°C 
 
 
 
pasa 
 
pasa 
 
pasa 
 
pasa 
 
 
 
 
 
 
 
K 11 Adhesión, ASTM D 429, método A, mín, 
Mpa 
 
 
 
1,4 
 
2,8 
 
1,4 
 
2,8 
 
 
 
 
 
 
 
P 2 Resistencia al manchado, ASTM 925, 
método B, panel de control 
 
 
 
pasa 
 
pasa 
 
pasa 
 
pasa 
 
 
 
 
 
 
 
" Requisitos básicos únicamente, ningún requisito adicional para el grado 1 . + El requisito es aplicable y los materiales que 
tienen estas características están disponibles, pero los valores aún no se han establecido. 
 
 
 
 
 
 
 
15
 Ibíd.; p.66. 
 57 
4.3 ESPECIFICACIÓN DEL POLIESTIRENO 
Las características del poliestireno que se utilizó en esta investigación, se 
encuentran resumidas en la t de acuerdo con la norma NTC 1524. 
 
Tabla . Especificación del poliestireno 
ENSAYO RESULTADO 
Índice o tasa de flujo en fusión NTC 3572 (ASTM D 
1238) Condición 200/5 (a) 
10 
Punto de ablandamiento Vicat ASTM 1525. Tasa B. 
en °C, carga 1000 g, mínima 
85 
Viscosidad de la disolución al 10% en tolueno. En cP, 
mínima 
17.6 
Resistencia al impacto Izod (12.37 * 3.2 mm) ASTM D 
256. J/m, mínimo (b) 
- 
Contenido máximo de estireno monómero residual. 
En % 
0.2 
Resistencia a la tensión en el punto de cedencia NTC 
595 (ASTM D 638). En MPa, mínimo. (c,d) 
35 
Modulo de tensión NTC 595 (ASTM D 638). En MPa, 
mínimo (d) 
2900 
(a) Los especímenes pueden consistir en "pellets", polvo o partes 
cortadas en pedazos que se ajustan al barril 
(b) Método A, especímenes de espesor nominal 3,2 mm, moldeado 
por inyección y tomado del centro del espécimen tipo I. 
( c) El valor que se da no es en el punto de cedencia, sino resistencia 
hasta la rotura, ya que el poliestireno en cristal no presenta punto de 
cedencia 
(d) Las propiedades de tensión se determinaron con especímenes 
tipo I de 3.2 + 0.4 mm de espesor, moldeado por inyección, ensayado 
a 5 mm/min. 
 
 
 
 58 
4.4 CARACTERIZACIÓN DEL LIGANTE ASFÁLTICO 
4.4.1 Modificación del asfalto. La modificación de asfalto se hizo con la ayuda 
del dispersor de asfaltos del laboratorio de pavimentos de la Universidad de La 
Salle. Los porcentajes de modificadores utilizados fueron “1% poliestireno y 14% 
polvo de llanta”16 respecto al peso del asfalto a utilizar. 
 
Se pusieron 1000g de ligante en el contenedor del dispersor y se calentó a 135ºC 
para incorporar el poliestireno; se introdujo de inmediato el vástago del dispersor, 
y se dejó allí por 5 minutos para que mezclara los materiales. Posteriormente se 
aumentó la temperatura a 180ºC para agregar el polvo de llanta. Se dejó la mezcla 
(asfalto, poliestireno y polvo de llanta) a esta temperatura durante 10 minutos para 
estabilizarla. Luego se introdujo el dispersor y durante 30 minutos con la mezcla a 
180 °C, para homogenizar mezcla17 (Figura ). 
Figura . Incorporación de los modificadores al ligante 
 
 
 
16
 AMAYA, Claudia. PRIETO, Rocío. Comparación de los resultados de la modificación de asfalto con 
poliestireno y llanta triturada obtenidos de mezcla manual y de mezcla con el dispersor de asfaltos. Bogotá, 
2008. 222p. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). Universidad de La Salle. Facultad de Ingeniería Civil. 
17
 Ibíd.; p.59. 
 59 
Para la modificación del asfalto se verificó que el tamaño máximo del grano de 
caucho a utilizar fuera de 40 m (Tamiz No. 40); para ello se intentó tamizar el 
ripio, pero al obtener cantidades de polvo de llanta muy bajas, se optó por utilizar 
una pulidora con disco de cerdas de acero (copa grata), que se colocó 
directamente sobre la pared lateral de una llanta usada (Figura ). El caucho de 
esta zona de la llanta se caracteriza por ser un compuesto resistente a la fatiga 
por flexión. 
Figura . Partes de una llanta
18
 
 
 
Este procedimiento mejoró el tamaño del grano obtenido y el rendimiento de la 
obtención del material. A simple vista la utilización del polvo de caucho con 
tamaño controladopermite que el ligante sea más homogéneo (Figura ), respecto 
al ligante modificado con grano de caucho sin tamizar (Figura ). 
 
Ésta característica fue comprobada mediante fotografías “de muestras de asfalto 
desoleizadas por microscopía electrónica de barrido”19. En ellas se observa que el 
 
18 EKONOLLANTAS. Partes de una llanta. [En línea]< http://www.ekonollantas.com/partes.html> [Citado en 
2009-05-22] 
 
 60 
grano de caucho con tamaño controlado “supone una buena compatibilidad entre 
el asfalto y el polímero”20 (Figura ), contrario al asfalto modificado con llanta 
triturada (ripio) (Figura ). 
 
Figura . Asfalto modificado con grano de caucho con 
control de tamaño 
 
Figura . Asfalto modificado con grano de caucho sin 
control de tamaño 
 
 
Figura . Fotografía por microscopía electrónica de 
barrido del asfalto modificado con grano de caucho 
con control de tamaño
21
 
 
Figura . Fotografía por microscopía electrónica de 
barrio del asfalto modificado con grano de caucho sin 
control de tamaño
22
 
 
 
 
19
 FIGUEROA, Ana Sofía. FONSECA, Elsa Beatriz. Comportamiento mecánico de una mezcla asfáltica MDC–
2, modificada con poliestireno y polvo de llanta. Bogotá, 2008. 110p. Universidad de la Salle. Grupo de 
investigación INDETEC. 
20
 Ibíd.; p.82. 
21
 Ibíd.; p.82. 
22
 Ibíd.; p.81. 
 61 
4.4.2 Ignición y llama. Este ensayo se realizó en el laboratorio de pavimentos de 
la Universidad de La Salle, utilizando la copa Cleveland y un volumen determinado 
de asfalto convencional y de asfalto modificado con poliestireno y polvo de llanta. 
 
Éste permite conocer la respuesta del ligante frente al aumento de temperatura al 
someterse a la acción directa del fuego en condiciones controladas en el 
laboratorio. Para realizar este ensayo se tuvo en cuenta la norma INV – E709 
(Figura ). 
 
Es necesario aclarar que la norma se refiere al punto de ignición como la 
temperatura a la que se presenta fuego en cualquier punto de la superficie de la 
muestra; y el punto de llama es la temperatura en la que el fuego permanece por 
más de 5 segundos sobre la superficie23. 
 
Figura . Ensayo de punto de ignición y llama 
 
 
 
23
 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Normas de ensayo de materiales para carreteras. Bogotá: INVIAS. 1998. 
p.709-5 
 62 
Por realizarse el ensayo en Bogotá donde la presión barométrica media es de 560 
mm Hg24, se hizo un ajuste de +6°C a los resultados obtenidos, encontrándose 
que el punto de ignición del asfalto convencional fue de 304ºC, mientras que el del 
asfalto modificado fue de 295ºC; el punto de llama del asfalto convencional fue de 
336ºC y el del asfalto modificado fue de 320ºC. Esto indica que la presencia de 
modificadores en el ligante disminuyen las temperaturas a las que el asfalto es 
susceptible de incendiarse. Puede deberse a que el punto de fusión del 
poliestireno es menor que el del asfalto convencional. 
 
4.4.3 Penetración. Para este ensayo tomamos como parámetro la norma INV-
E706, se sometió la muestra a una carga puntual durante un periodo de tiempo 
establecido y se determinó la penetración del espécimen de asfalto ensayado. 
 
Debido a que el penetrometro del laboratorio de pavimentos de la Universidad de 
La Salle no tiene la capacidad para poner sobre él un recipiente con agua para 
que contenga la muestra de asfalto, como índica la norma, se procuró realizar las 
penetraciones al espécimen en un tiempo menor a 20 segundos25 después de 
haberlo sacado del baño de maría a 25°C. (Figura ). 
 
 
24
 INSTITUTO DE HIDROLÓGIA, METEOROLÓGIA Y ESTUDIOS AMBIENTALES DE COLOMBIA. Calidad 
del aire. [En línea] < www.ideam.gov.co/temas/calidadaire/redes.htm> [Citado en 2009-05-13] 
25
 Ensayo de penetración: (Notas de laboratorio: Universidad de la Salle, Facultad de Ingeniería, Programa de 
Ingeniería Civil, Bogotá). Laboratorista José Luis Rozo. Por Marly Johana Gutiérrez, Mayo 2008. 
http://www.ideam.gov.co/temas/calidadaire/redes.htm
 63 
Figura . Ensayo de penetración 
 
 
Los resultados logrados en las penetraciones de las tres muestras de asfalto 
muestran diferencias menores a las establecidas por la norma INV – E706. Por 
esta razón en el promedio se tuvieron en cuenta todos los datos obtenidos. 
 
La penetración del asfalto convencional fue de 90.17 décimas de milímetro siendo 
más alta que la del asfalto modificado que fue de 70 décimas de milímetro. Esto 
indica que los modificadores al incorporarse al asfalto le dan mayor resistencia a la 
penetración. 
 
De acuerdo con los resultados obtenidos y con las especificaciones de la Tabla el 
asfalto barranca convencional se clasifica como un asfalto 80 – 100, y el ligante 
modificado se clasifica como un asfalto 60 – 70. 
 
 64 
Tabla . Clasificación de los ligantes según la penetración
26
 
 
CARACTERISTICA 
 
NORMA DE 
ENSAYO INV 
60-70 80-100 
 MIN MAX MIN MAX 
PENETRACION 
(25
o
C, 100 g, 5 s) 0.1mm 
 
E-706 
 
60 
 
70 
 
80 
 
100 
 
4.4.3.1 Índice de penetración. Con base en el procedimiento descrito en la INV-
E706, se hizo un ensayo de penetración para una muestra de asfalto modificado, a 
una temperatura diferente a la establecida en la norma (25ºC)27. 
 
La temperatura seleccionada fue 18ºC, temperatura a la que fluye el agua de la 
llave en el laboratorio de pavimentos de la Universidad de la Salle normalmente. 
Se obtuvo un valor de penetración de 40 décimas de milímetro. Relacionando los 
resultados de las penetraciones a 25ºC y 18ºC se calculó el índice de penetración 
del ligante modificado. Éste indicador permite establecer la susceptibilidad térmica 
del ligante según la Tabla . 
Tabla . Índices de penetración
28
 
 
 
 
26
 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Normas de ensayo de materiales para carreteras. Bogotá: INVIAS 1998. 
p. 400 - 4 
27
 ARENAS, Hugo. Tecnología del cemento asfáltico. 5ed. Bogotá: Faid. 2006. 304p. 
28
 Ibid., p.146. 
 65 
 Ejemplo del cálculo 
 
Penetración a 25ºC 71 (1/10mm) 
Penetración a 18ºC 44 (1/10mm) 
 
030.0
1825
)44()71(
21
21
A
LogLog
TT
LogPenTLogPenT
A
 
 
Índice de penetración: 
99.1
30.0501
030.050020
501
50020
IP
A
A
IP
 
 
El índice de penetración obtenido fue de 1.99; de acuerdo a la Tabla , la 
susceptibilidad térmica del asfalto modificado con poliestireno y polvo de llanta es 
moderada, de naturaleza coloidal sol – gel. 
 
4.4.4 Peso específico. Para la realización de este ensayo se utilizó una muestra 
de asfalto sólido convencional y una de asfalto modificado con poliestireno y polvo 
de llanta; se siguen los procedimientos descritos en la INV – E711. Se halla la 
relación entre el peso del ligante asfáltico al aire y el peso del mismo sumergido en 
agua (Figura ). 
 
 66 
Figura . Ensayo de peso específico del asfalto sólido 
 
 
Los resultados obtenidos muestran que el peso específico del asfalto convencional 
fue de 1.017, y el del asfalto modificado fue de 1.039. La diferencia se debe a la 
presencia de los modificadores, en especial la del polvo de llanta, que hace que se 
eleve este valor, ya que el caucho de llanta tiene un mayor peso específico. 
 
 Ejemplo del cálculo 
Tabla . Datos del ensayo de peso específico del asfalto sólido 
Ensayo No 1 
 
Wa, mg 19.81 
Wc, mg 8.40 
Ws+c, mg 9.10 
Ws, mg 0.70 
Gs 1.037 
Wa Peso al aire 
Wc, mg Peso de la cuerda 
Ws+c, mg Peso sumergido + cuerda 
Ws, mg Peso sumergido 
 
 
037.1
70.081.19
81.19
s
sa
a
s
G
gg
g
WW
W
G
 
 67 
4.4.5 Viscosidad Brookfield. Este ensayo permitió encontrar una relación enla variación de la viscosidad del asfalto en función de la temperatura. Para 
poder realizarlo se utilizó el viscosímetro rotacional Brookfield RV II del 
laboratorio de pavimentos de la Universidad de La Salle, que fue calibrado 
con soluciones provistas por el fabricante del viscosímetro (Figura ). 
 
Figura . Viscosímetro Brookfield RV II 
 
 
Se prepararon las muestras de asfalto convencional y modificado que se pusieron 
en contenedores de aluminio, para luego ser colocadas en el termocontenedor del 
viscosímetro (Figura ). 
 
 68 
Figura . Colocación de la muestra en la termocontenedor 
 
 
Se tomaron medidas de la viscosidad en centipoises (cP) en un rango de 
temperaturas desde 60ºC hasta 190ºC para el asfalto convencional, aumentándola 
cada 10º C. Para el asfalto modificado el rango de temperaturas fue desde 90ºC 
hasta 190ºC, aumentándola cada 10ºC. La velocidad de giro de la aguja del 
viscosímetro se fue variando, de tal forma que el porcentaje de torque indicado en 
el viscosímetro “se mantuviera lo más cerca posible al 100%” 29 en cada 
temperatura seleccionada. 
 
Con las lecturas tomadas, se graficaron las curvas reológicas del asfalto 
convencional y modificado (Figura ); de ellas se obtuvieron los rangos de 
temperatura óptimos para el mezclado y compactación de las mezclas. Dichos 
rangos están establecidos en el numeral 4.4 de la INV – E748, en función de la 
viscosidad del ligante. (Tabla ). 
 
29
 Ensayo de viscosidad Brookfield: (Notas de laboratorio: Universidad de la Salle, Facultad de Ingeniería, 
Programa de Ingeniería Civil, Bogotá). Profesora Elsa Fonseca. Por John Freddy López, Marzo 2008. 
 69 
Tabla . Rangos de viscosidad del ligante asfáltico para mezclado 
y compactación
30
 
 
Centistokes Pa.s 
Viscosidad para mezclado 170 + 20 0.17 + 0.02 
Viscosidad para compactación 280 + 30 0.28 + 0.03 
 
1 Centistoke = 0.001 Pa.s
31
 
 
El intervalo de temperatura de mezclado hallado para el asfalto convencional fue 
de 107ºC a 111ºC, y el rango de temperatura de compactación para el mismo 
ligante fue de 100ºC a 103ºC. (Figura ). Para el asfalto modificado con polvo de 
llanta y poliestireno los rangos de temperatura de mezclado y compactación fueron 
182ºC a 190ºC y 167ºC a 174ºC respectivamente. (Figura ). 
 
Figura . Curvas reológicas de los ligantes utilizados 
0.00
0.00
0.00
0.01
0.02
0.03
0.06
0.13
0.26
0.51
1.02
2.05
4.10
8.19
16.38
32.77
65.54
50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
L
o
g
 V
is
c
o
s
id
a
d
, 
P
a
.s
Temperatura, C
CURVAS REOLÓGICAS DE LOS ASFALTOS ANALIZADOS
Asfalto convencional Asfalto modificado
 
 
30
 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Normas de ensayo para materiales de carreteras. Bogotá: INVIAS. 1998. 
p. 748 – 8. 
31
 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO. Especificaciones IDU ET 2005. Bogotá: IDU. 2006. p. 200-05-2 
 70 
. 
Figura . Temperaturas de mezclado y compactación para asfalto convencional 
TEMPERATURA DE MEZCLADO
ASFALTO CONVENCIONAL
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
90 95 100 105 110 115 120
Temperatura, ºC
V
is
c
o
s
id
a
d
, 
P
a
.s
Temp. Compactación
Temp. Mezclado
 
 
 
Figura . Temperaturas de mezclado y compactación para asfalto modificado 
REOLÓGIA ASFALTO MODIFICADO 
14% POLVO DE LLANTA + 1% POLIESTIRENO
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
160 165 170 175 180 185 190 195
Temperatura, ºC
V
is
c
o
s
id
a
d
, 
P
a
.s
Temp. Compactación
Temp. Mezclado
 
 71 
4.5 EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LAS MEZCLAS 
ASFÁLTICAS 
La Tabla muestra las especificaciones que debe cumplir una mezcla densa. 
 
Tabla . Especificaciones para una mezcla densa
32
 
 
CARACTERISTICAS 
 
TRANSITO DE DISEÑO (N) 
Ejes equivalentes de 80 kN 
 
 >5 x 10
6
 5x10
5
-5x10
6
 <5 x 10
5
 
Compactación, golpes/cara 
 
Estabilidad mínima kg 
 
Flujo mm 
 
Vacíos con aire: 
 
Capa de rodadura % 
Base asfáltica % 
 
Vacíos mínimos en agregados 
minerales: 
 
Gradación MDC-1 % 
Gradación MDC-2 % 
Gradación MDC-3 % 
75 
 
750 
 
2-3.5 
 
 
 
4-6 
4-8 
 
 
 
 
14 
15 
16 
75 
 
650 
 
2-4 
 
 
 
3-5 
3-8 
 
 
 
 
14 
15 
16 
 
75 
 
500 
 
2-4 
 
 
 
3-5 
3-8 
 
 
 
 
14 
15 
16 
 
Para el diseño de la mezcla asfáltica convencional se trabajaron porcentajes de 
ligante entre 4.0% y 6.5%. En el caso del diseño de la mezcla con asfalto 
modificado se utilizaron porcentajes entre 4.0% y 7.5%. Para ambos casos se 
hicieron incrementos de la cantidad de ligante cada 0.5%. 
 
 
32
 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Normas de ensayo de materiales para carreteras. Bogotá: INVIAS. 1998. 
p. 450-6 
 72 
4.5.1 Peso específico aparente. Para hallar el peso específico aparente y peso 
unitario de mezclas asfálticas compactadas empleando especímenes parafinados, 
se toma como referencia la norma INV – E734; en este ensayo se determinan los 
valores del peso del espécimen parafinado, en el aire (Figura ) y sumergido en 
agua (Figura ). 
 
Este ensayo sirve para hallar el porcentaje de vacíos con aire presentes en la 
mezcla. 
Figura . Peso de probeta al aire 
 
 
Figura . Peso de probeta sumergida 
 
 73 
 Ejemplo del cálculo 
 
Peso específico aparente (Pea) 
Peso unitario (Pu) 
Peso de la muestra al aire (Pma) 1182g 
Peso de la muestra parafinada al aire (Pmpa) 1189g 
Peso de la muestra parafinada sumergida en agua (Pmpw) 642g 
Peso específico de la parafina (Pep) 0.94 
Peso unitario del agua (Puw) 997 Kg / m
3 
 
19.2
94.0
11821189
6421189
1182
ea
ep
mampa
mpwmpa
ea
P
gg
gg
g
P
PP
PP
Pma
P
 
 
 
3
3
13.2184
99719.2
m
Kg
P
m
Kg
PPP
u
uweau
 
 
 
Se realizó el ensayo y se calculó el peso específico aparente y el peso unitario de 
cada mezcla asfáltica, encontrándose que el peso unitario máximo fue 
2233.98Kg/m3, que corresponde a la muestra con 6.0% de asfalto convencional. Al 
utilizar el asfalto modificado se obtuvo un peso unitario máximo de 2247.29 Kg/m3, 
en la muestra que contenía 6.5% de ligante. (Figura ). 
 
 74 
Figura . Pesos unitarios de las mezclas asfálticas analizadas 
2170
2180
2190
2200
2210
2220
2230
2240
2250
2260
3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
P
e
s
o
 u
n
it
a
ri
o
, 
K
g
/m
3
Contenido de asfalto,%
PESO UNITARIO DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS
Mezcla modif icada Mezclao convencional 
 
 
4.5.2 Vacíos con aire. Los vacíos con aire se analizan como parte del 
diseño de la mezcla y como control de la compactación de la misma. 
 
Se calculó el porcentaje de vacíos para las mezclas fabricadas con ligante 
convencional y modificado, para cada uno de los porcentajes de asfalto 
establecidos. Se encontró que el contenido de vacíos más bajo en la mezcla 
asfáltica convencional corresponde a la que fue hecha con 6.0% de ligante. En el 
caso de la mezcla hecha con asfalto modificado se encontró el contenido de 
vacíos más bajo en la que contenía 6.5% de ligante (Figura ). 
 
 75 
Figura . Vacíos con aire en las mezclas asfálticas 
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
V
a
c
ío
s
 c
o
n
 a
ir
e
, 
%
Contenido de asfalto, %
VACÍOS CON AIRE EN LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS
Mezcla modificada Mezcla convencional
 
 
Debido a que el laboratorio de pavimentos de la Universidad de La Salle no cuenta 
con los elementos necesarios para la realización del ensayo de peso específico 
máximo teórico que se describe en la INV – E735, se hizo este cálculo con la guía 
de laboratorio “e” utilizando el peso específico