Evaluación de la influencia de la adición de ceniza del cuesco de palma africana en el comportamiento mecánico de mezclas asfálticas fabricadas con material laterítico

Abstract

El aprovechamiento de subproductos agroindustriales y el uso de materiales propios de las zonas de influencia de los proyectos de infraestructura vial representa una solución válida en lo técnico, económico, y ambiental, por la reducción de costos y por lo impactos favorables que esto representa. El objetivo de esta investigación fue evaluar la influencia de la adición de ceniza de cuesco de palma africana (CCPA) y la concentración volumétrica (Cv) del filler en la respuesta de un cemento asfáltico y en las mezclas asfálticas densas en caliente fabricadas con material granular no convencional (i.e., material laterítico); y en las interfaces asfalto-agregado por medio de propiedades termodinámicas para estas mezclas. Para alcanzar este objetivo, se utilizó la metodología de superficie de respuesta (MSR) con el fin de evaluar porcentajes de aporte de la CCPA, como llenante mineral, desde la adición de 0% hasta 100% y se modificó la concentración volumétrica del filler (Cv), desde 0.09 hasta 0.47. La influencia de la CCPA y Cv en la respuesta del cemento asfáltico se determinó mediante los ensayos de penetración, punto de ablandamiento y viscosidad, el efecto de la inclusión de la CCPA en las interfaces asfalto- agregado, se empleó el método de placa Wilhelmy en el cemento asfáltico y para la mezcla asfalto- filler (mástico), y para el material laterítico, se utilizó la máquina de adsorción universal, y el comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica se evaluó en términos de estabilidad y flujo Marshall, resistencia a la tracción indirecta, resistencia al ahuellamiento, y módulo dinámico. Con la adición de ceniza se presentó un aumento en la temperatura de ablandamiento y la viscosidad, así como una disminución en la penetración en comparación con el asfalto original con la inclusión de CCPA. Para todos los porcentajes de CCPA evaluados en la mezcla asfáltica, se presentó mayor estabilidad, mayor resistencia al ahuellamiento, y con 50% de CCPA el óptimo en el ensayo de módulo dinámico. Adicionalmente, se evidenció la influencia de Cv en el comportamiento mecánico de la mezcla evaluada, se encontró un óptimo con la Cv de 0.33, en el ensayo estabilidad Marshall y módulo dinámico, y de 0.47 en el ensayo de resistencia al ahuellamiento, donde se obtuvieron los resultados más favorables. En cuanto a las interfaces asfalto- agregado, evaluada por medio de parámetros de energía superficial libre, se obtuvo los valores óptimos con la adición de 50% CCPA y la concentración volumétrica de 0.42. Y los menores valores se presentaron con la combinación de 0% de CCPA (100% de filler de material laterítico) como filler y la concentración volumétrica de 0.13. Por lo anterior, la utilización del material laterítico y la ceniza de cuesco de palma africana en las proporciones adecuadas son recomendables para la construcción de vías de tráfico medio y bajo en el departamento en Vichada. Además, el aprovechamiento de materiales propios de la zona se convertiría en un hecho favorable en lo económico y lo ambiental.

The use of agro-industrial by-products and materials from the areas of influence of road infrastructure projects represents a valid technical, economic and environmental solution, due to the reduction of costs and the favorable impacts that this represents. The objective of this research was to evaluate the influence of the addition of African palm hull ash (APHCA) and the volumetric concentration (VC) of the filler on the response of an asphalt cement and hot dense asphalt mixtures manufactured with non-conventional granular material (i.e., lateritic material); and on the asphalt-aggregate interfaces by means of thermodynamic properties for these mixtures. To achieve this objective, the response surface methodology (RSM) was used to evaluate the contribution percentages of CCPA, as a mineral filler, from 0% to 100% addition and the volumetric concentration of the filler (Cv) was modified from 0.09 to 0.47. The influence of CCPA and Cv on the response of asphalt cement was determined by means of penetration, softening point and viscosity tests. The effect of the inclusion of CCPA in the asphalt-aggregate interfaces was determined using the Wilhelmy plate method for asphalt cement and for the asphalt-filler mixture (mastic), The mechanical behavior of the asphalt mixture was evaluated in terms of Marshall stability and flow, indirect tensile strength, rutting resistance and dynamic modulus. With the addition of ash, there was an increase in softening temperature and viscosity, as well as a decrease in penetration compared to the original asphalt with the inclusion of CCPA. For all the percentages of CCPA evaluated in the asphalt mix, there was greater stability, greater rutting resistance, and with 50% CCPA the optimum in the dynamic modulus test. In addition, the influence of Cv on the mechanical behavior of the evaluated mixture was evidenced; an optimum was found with a Cv of 0.33 in the Marshall stability and dynamic modulus test, and 0.47 in the rutting resistance test, where the most favorable results were obtained. Regarding the asphalt-aggregate interfaces, evaluated by means of free surface energy parameters, the optimum values were obtained with the addition of 50% CCPA and the volumetric concentration of 0.42. The lowest values were obtained with the combination of 0% CCPA (100% filler of laterite material) as filler and the volumetric concentration of 0.13. Therefore, the use of laterite material and African palm hull ash in adequate proportions are recommended for the construction of medium and low traffic roads in the department of Vichada. In addition, the use of local materials would be economically and environmentally favorable.