Tesis 2 Informe Final

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGOFACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

USO DE POLÍMEROS EN EL ASFALTO Y SU INFLUENCIA EN EL COMPORTAMIENTO DE UN

PAVIMENTO FLEXIBLE

TESIS

PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO CIVIL

AUTORES:

Br. YACORY, GONZALEZ ARIASBr. CAROL, ULLOA VÁSQUEZ

ASESOR: ING. MAMERTO, RODRIGUEZ RAMOS

Trujillo, Perú 2015

pág. 1

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGOFACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

USO DE POLÍMEROS EN EL ASFALTO Y SU INFLUENCIA EN EL COMPORTAMIENTO DE UN

PAVIMENTO FLEXIBLE

TESIS

PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO CIVIL

AUTORES:

Br. YACORY, GONZALEZ ARIASBr. CAROL, ULLOA VÁSQUEZ

ASESOR: ING. MAMERTO, RODRIGUEZ RAMOS

Trujillo, Perú 2015

pág. 2

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Profesional de Ingeniería Civil

TESIS:

USO DE POLÍMEROS EN EL ASFALTO Y SU INFLUENCIA EN EL

COMPORTAMIENTO DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE

Ing. Manuel Villalobos

Vargas

PRESIDENTE

Ing. Ricardo Narváez Aranda Ing. José Serrano Hernández

SECRETARIO VOCAL

Ing. Mamerto, Rodríguez Ramos

ASESOR

pág. 3

ContenidoAGRADECIMIENTO...................................................................................................................................6

PRESENTACIÓN.........................................................................................................................................7

ABSTRACT..................................................................................................................................................8

1. GENERALIDADES..............................................................................................................................9

1.1. DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA.........................................................9

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.......................................................................................10

1.3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN..........................................................................10

1.4. OBJETIVOS...............................................................................................................................11

1.5. UBICACIÓN Y ACCESO AL PROYECTO............................................................................11

1.6. DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO............................................12

1.7. SITUACION ACTUAL..............................................................................................................13

2. MARCO TEÓRICO............................................................................................................................13

2.1. ANTECEDENTES DE INVESTIGACIÓN...............................................................................13

2.2. HIPÓTESIS................................................................................................................................15

2.3. VARIABLES...............................................................................................................................15

2.4. ALCANCES...............................................................................................................................15

2.5. APORTES..................................................................................................................................15

3. METODOLGÍA...................................................................................................................................16

3.1. MÉTODOS.................................................................................................................................16

3.1.1. Método ASSHTO para pavimentos flexibles..................................................................16

3.1.2. Método Marshall................................................................................................................16

3.2. DISEÑO......................................................................................................................................16

3.2.1. Estudio del Tránsito para diseño de pavimentos..........................................................16

3.2.2. Estudio de suelos para diseño de pavimentos..............................................................18

3.2.3. Diseño de Pavimento Flexible Según la AASHTO........................................................19

3.2.4. Diseño de Mezclas Asfálticas..........................................................................................30

3.2.5. Diseño de mezclas asfálticas por el método Marshall..................................................38

3.2.6. Diseño del pavimento flexible, incorporando polímero tipo I.......................................43

3.3. POBLACION Y MUESTRA.....................................................................................................45

3.4. INSTRUMENTOS......................................................................................................................45

4. ESTUDIOS BÁSICOS DE INGENIERÍA......................................................................................45

4.1. ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS................................................................................................45

4.1.1. Conceptos Básicos en Topografía..................................................................................45

4.1.2. Ubicación del Estudio........................................................................................................48

4.1.3. Descripción de las Obras de Arte....................................................................................49

4.1.4. Información Sobre las Características Técnicas de la Vía...........................................50

pág. 4

4.1.5. Requerimientos del Estudio Topográfico........................................................................50

4.2. ESTUDIOS GEOLOGICOS.....................................................................................................51

4.3. ESTUDIO DE SUELOS............................................................................................................52

4.4. ESTUDIOS HIDROLOGICOS.................................................................................................55

4.4.1. Conceptos Básicos en Hidrología...................................................................................55

4.4.2. Información pluviométrica.................................................................................................55

4.4.3. Estudio de Hidrología........................................................................................................56

4.5. PRUEBAS DE EXPERIMENTACION....................................................................................58

4.5.1. Granulometrías..................................................................................................................59

4.5.6. CONSTANTES FISICAS E HIDRICAS...........................................................................60

pág. 5

AGRADECIMIENTO

A Dios y a nuestros padres. A Dios

porque ha estado con nosotros a

cada paso que damos,

cuidándonos y dándonos fortaleza

para continuar, a nuestros padres,

quienes a lo largo de nuestra vida

han velado por nuestro bienestar y

educación siendo nuestro apoyo en

todo momento. Depositando su

entera confianza en cada reto que

se nos presentaba sin dudar ni un

solo momento en nuestra

inteligencia y capacidad.

pág. 6

PRESENTACIÓN

Señores Miembros del jurado:

De conformidad y en cumplimiento de los requisitos estipulados en el reglamento de

grados y Títulos de la Universidad Privada Antenor Orrego y el Reglamento Interno de la

Escuela Profesional de Ingeniera Civil, ponemos a vuestra disposición el presente

Trabajo se Suficiencia Profesional titulado: “USO DE POLÍMEROS EN EL ASFALTO Y

SU INFLUENCIA EN EL COMPORTAMIENTO DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE” para

obtener el Título Profesional de Ingeniero Civil mediante la modalidad de Titulación

Profesional Extraordinaria.

El contenido del presente trabajo ha sido desarrollado tomando como marco de

referencia los lineamientos establecidos con los conocimientos adquiridos durante

nuestra formación profesional, consulta de fuentes bibliográficas e información obtenida

en la Municipalidad del Distrito de Sánchez Carrión – La Libertad.

Las Autoras

pág. 7

ABSTRACT

In accordance and in compliance with the requirements stipulated in the regulations of

degrees and titles of the Private University Antenor Orrego and the Internal Rules of the

Professional School of Civil Engineering, we offer you this paper Sufficiency Professional

entitled "USE OF POLYMERS oN ASPHALT AND ITS INFLUENCE iN THE BEHAVIOR

oF A FLEXIBLE PAVEMENT "for the professional title of civil engineer by Vocational

Qualifications Extraordinary mode.

The contents of this work has been developed on the framework guidelines established

with the knowledge acquired during our training, consulting literature and information

obtained in the District Municipality Sanchez Carrion sources - La Libertad.

pág. 8

1. GENERALIDADES

1.1. DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA Las carreteras son muy importantes para la infraestructura de un país ya que

ayudan al desarrollo económico y cultural, pero dentro del país en su gran mayoría,

se encuentran deterioradas, presentando un bajo rendimiento y respuesta

inadecuada ante las cargas vehiculares, las temperaturas y el ambiente. Por este

motivo se busca la forma como mejorar estas características y lograr un mayor

tiempo de vida.

Hoy en día los productos asfalticos han tenido un gran desarrollo y se cuenta con

nuevas emulsiones asfálticas, producto del desarrollo obtenido de la realización de

distintas pruebas en los diferentes materiales que conforman un asfalto. Las

características de estas nuevas emulsiones permiten el empleo de casi todos los

tipos de materiales pétreos, cualquiera que sea su composición química y su

empleo para trabajar en condiciones atmosféricas anteriormente imposibles.

En nuestra región norteña de la Libertad, se puede observar fácilmente un

creciente aumento en el volumen de tránsito así como el hecho de que los

pavimentos flexibles, por un inadecuado cálculo en el diseño o por el uso de

materiales de una calidad menor a la requerida, presentan fallas y deficiencias

estructurales en muchas de sus vías en un periodo de tiempo menor al de su vida

útil, además los agentes del intemperismo como las ocasionales lluvias y la falta de

compromiso y buen manejo de recursos por parte del Gobierno regional crean un

serio problema para la durabilidad de los pavimentos flexibles.

Ante esta situación, en la gran mayoría de los casos las autoridades optan por la

utilización de tratamientos superficiales, que de ser correctamente aplicados

rehabilitarían los daños del pavimento, sin embargo generalmente se realiza un

simple parcheo de espesor insuficiente que genera que a los pocos meses los

daños vuelvan a surgir, asimismo en casos en el que el pavimento ya presenta

fallas en su estructura y por lo cual necesitaría un rehabilitación completa se aplica

mayormente medidas temporales en vez de una rehabilitación a partir de un nuevo

diseño.

Además las dificultades que se presentan son de orden económico y

administrativo. Las dificultades económicas se pueden observar en que la elección

de un diseño se basa en el de menor costo y las dificultades de orden pág. 9

administrativo se observan en la falta de compromiso para la adecuada elección del

diseño de un pavimento así como la supervisión en su ejecución y cumplimiento.

De seguir manteniéndose esta situación en el pavimento tal y como se observa

actualmente, es decir utilizando diseños escogidos por su bajo costo y sin una

adecuada supervisión, entonces las fallas estructurales y deficiencias que se

encuentran en los pavimentos seguirán existiendo ya que su comportamiento

estructural no será el adecuado para resistir los daños, además como todos los

fenómenos relativos a una vía está relacionado con el desarrollo y progreso de la

comunidad en su entorno en consecuencia cuando el pavimento requiera

obligatoriamente una reconstrucción completa por los deterioros, esto generará

insatisfacción por la falta de la movilidad de personas y bienes así como efectos

negativos en la promoción y ejecución de actividades económicas, la cultura y

comunicación. Finalmente nos proponemos poner en práctica la aplicación de un

diseñomde pavimento flexible convencional de base granular teniendo en

consideración un exhaustivo estudio de los factores de diseño para que el diseño

sea el correcto y a su vez se obtenga como resultado un comportamiento

estructural óptimo para que la vía sea resistente y duradera.

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿De qué manera el uso de polímeros en el asfalto influirá en el comportamiento

de un pavimento flexible en el tramo Huamachuco - Sausacocha - Puente Pallar,

progresiva 0+000 – 5+000 en el periodo Agosto – Noviembre en el año 2014?

1.3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓNLas carreteras ocupan un lugar muy importante dentro de la infraestructura debido

a que contribuyen al desarrollo del país, por ello es necesario darles el

mantenimiento adecuado para alargar su vida útil, utilizando como muestra las

vías de la ciudad de Trujillo .

Cada polímero añadirá una propiedad diferente al asfalto de acuerdo a la

finalidad del pavimento ya que la elección del polímero depende de las

circunstancias tales como tráfico, temperatura, tipo de terreno, etc.

pág. 10

El uso de estos polímeros en el asfalto tiene como fin mejorar las características

mecánicas de estos; es decir, su resistencia a las deformaciones por factores

climatológicos y del tránsito. Estas mezclas aumentan la resistencia a la

deformación, a los esfuerzos de tensión repetida y, por lo tanto a la fatiga,

reducen el agrietamiento, así como la susceptibilidad de las capas asfálticas a las

variaciones de temperatura.

El presente trabajo de investigación se realizó con el fin de evaluar las

características físico-mecánicas de los asfaltos modificados con polímeros. Se

realizó tomando en cuenta las Especificaciones Generales para Construcción de

Carreteras y Puentes XXII año 2001 de la Dirección General de Caminos,

específicamente la sección 411 (Asfaltos modificados).

1.4. OBJETIVOS

Objetivo General:Analizar el comportamiento de la carpeta asfáltica con el uso de polímeros para

evaluar su comportamiento en comparación a una carpeta asfáltica convencional.

Objetivos Específicos:

a) Evaluar las características y condiciones de suelo para el diseño del

pavimento.

b) Con el levantamiento topográfico realizar un diseño geométrico en forma

óptima cumpliendo las normas del manual de carreteras.

c) Identificar los parámetros o variables más incidentes en cada uno de los

métodos de diseño para estructuras de pavimento flexible.

1.5. UBICACIÓN Y ACCESO AL PROYECTO

UbicaciónLa carretera Laguna Sausacocha- Puente Pallar se ubica en el distrito de

Huamachuco provincia de Sánchez de Carrión, provincia de Sánchez Carrión, en

el Departamento de La Libertad. Geográficamente la zona de proyecto pertenece

a la Región Natural: Sierra. El tramo de la carretera se inicia en el desvío a

pág. 11

Cajamarca a una altura de 4200 msnm y finaliza en el Puente Pallar a una altitud

de 3200 msnm, desarrollándose en una longitud de 37.05 Km.

Accesibilidad El acceso a la zona de estudio desde la ciudad de Trujillo, capital del

departamento de La Libertad, se realiza por vía terrestre a través de la ruta Trujillo

– Shiran – Dv.Otuzco – Shorey – Quiruvilca – Huamachuco, recorriendo una

longitud de 181 km.

Desde Trujillo hasta Huamachuco la carretera se encuentra asfaltada en

condiciones aceptables.

1.6. DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO

El tramo de la carretera objeto del presente estudio, se inicia a la altura del km 1

de la carretera Huamachuco-Puente Pallar a una altitud de 4200msnm, en el

desvío a Cajamarca, el trazo de la vía en los primeros 13 kilómetros es

ligeramente sinuoso y presenta pendientes moderadas, a continuación se inicia el

descenso hacia el Puente Pallar. A la altura del km 268+745, a una cota de

2250msnm presentando tramos en desarrollos con curvas de volteos.

Desde el punto de vista ingenieril, a lo largo del tramo en estudio, llama la

atención los problemas que comprometen la estabilidad de la carretera, como

problemas geotécnicos, deslizamientos, y sectores de la plataforma con

deformaciones. Teniendo en cuenta la geometría de la carretera existente, la cual

presenta características propias de un camino rural, será necesario la ampliación

de la plataforma y el mejoramiento de las curvas, mediante el incremento de

radio, fusión de curvas adyacentes del mismo sentido, etc.

En cuanto al alineamiento vertical, teniendo en cuenta que las pendientes

existentes se encuentran dentro de los límites permisibles, la rasante será

proyectada tratando en lo posible de mantener el nivel existente, contemplando

cortes y rellenos en curvas verticales en donde sea necesario mejorar la

visibilidad.

pág. 12

1.7. SITUACION ACTUAL

Se observó que a lo largo del tramo, la carretera se encuentra encalaminado y

presenta ahuellamientos, baches profundos y problemas de deformaciones en

varios sectores, llama la atención que a pesar de los eventuales trabajos de

mantenimiento de a la vía, las precipitaciones y el tránsito continuo deterioran el

afirmado rápidamente, debido básicamente al pésimo sistema de drenaje

existente. Al respecto debemos indicar que, el sistema de drenaje de la carretera

está constituido principalmente por cunetas de tierra y alcantarillas de piedras

acomodadas para el cruce de quebradas pequeñas en un número insuficiente, a

lo que se suma que muchas de ellas se encuentran colmatadas, no observándose

estructuras para el desfogue de las aguas provenientes de las cunetas. Para el

cruce de las quebradas medianas y grandes, existen pontones de palos, con

estribos de mampostería de piedra. A la altura del km 28+745 se ubica un pontón

de 6m de luz, conformado por una superestructura de troncos y tablas.

2. MARCO TEÓRICO

2.1. ANTECEDENTES DE INVESTIGACIÓN

El tramo laguna Sausacocha puente pallar, no cuenta con una vía sofisticada es decir

bien diseñada, ya que no cuenta con obras de arte ni con un diseño estructural, todo

esto se evidencia en el deterioro de dicha vía y por motivos latentes climatológicos

que afectan la vía; por lo tanto el traslado de personas y productos se dificulta por

malas condiciones de transitabilidad que se pueden apreciar en la vía.

Es por ello que es necesario para los pobladores, contar con una vía que presente

una adecuada transitabilidad y que les permita vincularse de manera directa a esta

vía, y que de esta manera la misma esté en condiciones según como la normativa lo

exige.

Información de libros y tesisLocal:

a) Vargas Maldonado, José. (2005) con la tesis titulada. “Utilización de asfaltos

modificados en una vía para mejorar su rendimiento y resistencia de asfaltos” para

obtener el título de ingeniero civil, universidad cesar vallejo, en la ciudad de Trujillo-

Perú, concluye lo siguiente:

pág. 13

“Los asfaltos modificados con polímeros tipo SBS o SB, tienden a ser más resistentes

en cuando a volver a su posición original una vez que se retira el esfuerzo de tensión

a que habían sido sujetos y se considera que la elasticidades una energía

almacenada al disiparse.”

b) Bazán Serrano, Milagritos de Jesús y Vargas Hernández, Johan César (2009) en la

tesis titulada: Estudio de mejoramiento de la carretera Panamericana Norte(Km. 609),

Cartavio- Santiago de Cao para obtener el título de Ingeniero Civil, Universidad César

Vallejo, concluye lo siguiente:

“El Distrito de Santiago de Cao y sus aledaños, cuenta con una

buena producción agroindustrial, la misma que podrá ser bien aprovechada con lacon

strucción de ésta carretera; mejorando los niveles de vida de la población, impulsando

el comercio y el turismo, y generando empleo temporal a los pobladores de la zona.

El terreno de fundación de la carretera está constituido en su mayoría por suelos de

arcilla inorgánica de baja plasticidad, arcilla con grava, arcilla arenosa, de regular a

mala calidad para carreteras con un CBR de 5.49 %.

Se ha diseñado el pavimento, obteniendo una estructura de 0.30 m de espesor de

afirmado usando el método de USACE (U.S. ARMY CORPS ODENGINEERS) y el

método del ROAD RESEARCH LABORATOEY.”

Nacional:Marín Hernández, Alberto. (2008) con la tesis titulada: “Asfaltos modificados y

pruebas de laboratorio para caracterizarlos”, para obtener el título de Ingeniero Civil,

Universidad Nacional de Ingeniería, en la ciudad de Lima Perú, concluye lo siguiente:

“Aquí, se dieron a conocer los materiales que se pueden usar, para modificar los

asfaltos convencionales. Como se hizo notar, estos materiales nombrados, logran un

cambio significativo en el comportamiento mecánico de las mezclas asfálticas. El uso

de cualquiera de estos depende en gran medida del juicio

del proyectista, el cual debe basarse en un criterio objetivo, desde la perspectivatécnic

a”

Internacional:

pág. 14

Rodríguez Valdivia, Fernando Andrés. (2010) con la tesis titulada: “Análisis de

pavimento asfaltico modificado con polímero”, para obtener el título de Ingeniero Civil,

Universidad Austral de Chile en la ciudad de Valdivia Chile, concluye lo siguiente:

“Al analizar los resultados obtenidos de estabilidad y fluencia queda demostrado que

las mezclas asfálticas elaboradas con asfaltos modificados posee un mejor

comportamiento que las mezclas elaboradas con asfalto convencional, tal como se

esperaba ya que la finalidad de modificar los asfaltos es mejorar sus propiedades”.

2.2. HIPÓTESIS

El uso de polímeros en el pavimento flexible influirá significativamente en la variación

de un pavimento en el distrito de Huamachuco durante el periodo.

2.3. VARIABLES

Variable Independiente: El uso de polímero.

Variable Dependiente: El comportamiento de un pavimento flexible.

2.4. ALCANCESMunicipalidad de Huamachuco, área de proyecto de obras públicas.

Realizar los estudios de ingeniería básica: Trazo y Topografía, Estudio de Tráfico y de

Seguridad vial, Estudio de Suelos, Fuentes de Agua, Estudios de Hidrología e

Hidráulica, Estudios de Geológico y Geotécnico de la carretera, puentes y/o pontones,

entre otros.

2.5. APORTES

Los asfaltos modificados con polímeros consignan las prestaciones optimas, hay

que seleccionar cuidadosamente el asfalto base (es necesario que los polímeros

sean compatibles con el material asfaltico), el tipo de polímero, la dosificación, la

elaboración y las condiciones de almacenaje.

Este tipo de asfalto incrementa la adherencia en la interface entre el material

pétreo y el material asfaltico, conservándola aun en presencia del agua. Además

aumenta la resistencia de las mezclas asfálticas a la deformación y a los

esfuerzos de tensión repetidos y por lo tanto a la fatiga y reducen el

agrietamiento.

pág. 15

3. METODOLGÍA

3.1. MÉTODOS

3.1.1. Método ASSHTO para pavimentos flexibles

El método de diseño AASHTO, fue desarrollado en los Estados Unidos,

basándose en un ensayo a escala real realizando durante 2 años a partir

de los deterioros que experimentan y representan las relaciones deterioro –

solicitación para todas las condiciones ensayadas. A partir de la versión del

año 1988, el método AASHTO comenzó a introducir conceptos

mecanicistas para adecuar algunos parámetros a condiciones diferentes a

las que imperaron en el lugar del ensayo original. Los modelos

matemáticos respectivos también requieren de una calibración para las

condiciones locales del área donde se pretenden aplicar.

3.1.2. Método Marshall

El método Marshall utiliza especímenes de prueba estándar de una altura

de 64 mm (2 ½”) y 102 mm (4”) de diámetro. Se preparan mediante un

procedimiento específico para calentar, mezclar y compactar mezclas de

asfalto-agregado.

Los dos aspectos principales del método de diseño son, la densidad-

análisis de vacíos y la prueba de estabilidad y flujo de los especímenes

compactados.

La estabilidad del espécimen de prueba es la máxima resistencia en N (lb)

que un espécimen estándar desarrollará a 60 ºC cuando es ensayado. El

valor de flujo es el movimiento total o deformación, en unidades de 0.25

mm (1/100”) que ocurre en el espécimen entre estar sin carga y el punto

máximo de carga durante la prueba de estabilidad. Se ha considerado los

parámetros a cumplirse en el diseño de las mezclas asfálticas en caliente

de las EG-2000.

3.2. DISEÑO

3.2.1. Estudio del Tránsito para diseño de pavimentospág. 16

Ejes equivalentesPara el cálculo del tránsito, el método actual contempla los ejes

equivalentes sencillos de 18,000 lb (8.2 ton) acumulados durante el período

de diseño, por lo que no ha habido grandes cambios con respecto a la

metodología original de AASHTO.

Solamente se aconseja que para fines de diseño en “etapas o fases” se

dibuje una gráfica donde se muestre año con año, el crecimiento de los

ejes acumulados (ESAL) vs tiempo, en años, hasta llegar al fin del período

de diseño o primera vida útil del pavimento. La ecuación siguiente puede

ser usada para calcular el parámetro del tránsito W18 en el carril de diseño.

W18 = DD * DL * W∃18

Formula N°1: Parámetro de transito

Donde:

W18 = Tránsito acumulado en el primer año, en ejes equivalentes sencillos

de 8.2 ton, en el carril de diseño.

DD = Factor de distribución direccional; se recomienda 50% para la

mayoría de las carreteras, pudiendo variar de 0.3 a 0.7, dependiendo de en

qué dirección va el tránsito con mayor porcentaje de vehículos pesados.

W∃18= Ejes equivalentes acumulados en ambas direcciones.

DL = Factor de distribución por carril, cuando se tengan dos o más

carriles por sentido. Se recomiendan los siguientes valores:

pág. 17

Nº CARRILES ENCADA SENTIDO

PORCENTAJE DE W18 ENEL CARRIL DE DISEÑO

1 100

2 80-100

3 60-80

4 50-75

Tabla N°1: factor de distribución por carril.

Una vez calculados los ejes equivalentes acumulados en el primer año, el

diseñador deberá estimar con base en la tasa de crecimiento anual y el

período de diseño en años, el total de ejes equivalentes acumulados y así

contar con un parámetro de entrada para la ecuación general o para el

nomograma de la figura anterior.

Clasificación vial Según la normatividad para el diseño de carreteras, una vía puede

clasificarse según su función, de acuerdo a la demanda y según las

condiciones orográficas.

Según su función, la carretera objeto del estudio califica como una

vía del sistema nacional.

De acuerdo a la demanda, la carretera objeto del estudio califica

como una carretera de tercera clase, teniendo en cuenta que el IMD

determinado en el estudio de tráfico es de 193 veh/día, sin embargo el

estudio de factibilidad determinó que la carretera es de segunda clase, es

decir una vía cuyo IMD debe fluctuar entre 400 y 2000 veh/día.

De acuerdo a las condiciones orográficas, el tramo objeto del

estudio, atraviesa cuatro sectores bien marcados. Es preciso indicar que de

acuerdo al estudio de factibilidad la totalidad del tramo califica como

carretera tipo 4, lo cual no resulta representativo con lo observado en

campo.

3.2.2. Estudio de suelos para diseño de pavimentos

pág. 18

Los trabajos de campo consistieron en la toma de muestras y datos de los

suelos mediante calicateo a cielo abierto. Las calicatas (C) fueron

ejecutadas con un espaciamiento de 250 ml y a una profundidad mínima

de 1.50 m., identificando los estratos y sus espesores. Se han ejecutado

ensayos de Densidades de Campo, mediante el método del Cono de

Arena a la capa de sub-rasante. Adicionalmente se han ejecutado

calicatas tipo (CA) y calicatas por Geotecnia (CG), en los taludes tanto

superior como inferior con fines de complementar el estudio de suelos y

realizar los mejoramientos en las zonas de corte y en menor escala en las

zonas de relleno dependiendo de las alturas y los números estructurales

definidos en el diseño del pavimento.

3.2.3. Diseño de Pavimento Flexible Según la AASHTO

Está basado en la determinación del numero estructural “SN” que debe de

soportar el nivel de carga exigido por el proyecto.

a. Caracterización de los materiales:

Suelos

Tipo de suelo

Capacidad de soporte

CBR (AASHTO t-193)

Módulo de residencia (AASHTO t-307)

Factores que afectan la capacidad de soporte

b. Módulo de resilencia

Es un valor de la resistencia del terreno de la sub-rasante, bajo un

procedimiento propio de la ASSHTO y consiste en aplicar mediante un

instrumento especial una carga sobre la superficie de la sub-rasante y

determinar su asentamiento.

pág. 19

Su procedimiento es diferente al C.B.R.

Fig. N°1: Módulo de resiliencia: deformaciones bajo cargas repetidas

c. La Determinación del Módulo de Resilencia

Métodos Empíricos.- Ante la ausencia de equipos, o de tiempo para la

ejecución de estos ensayos, se utilizan ecuaciones de correlación entre

los valores del CBR y el Mr para obtener el valor requerido en el diseño de

pavimentos.

Correlaciones módulo de Resilencia vs CBR

CBR<7.2

Mr=1500*CBR

7.2<CBR<20

Mr=3000*CBRᶺ0.65

CBR>20

Mr=4326*Ln CBR+241

Tabla N°2: correlaciones módulo de resilencia vs CB

pág. 20

Manual peruano recomienda:

Mr (psi)= 2,555*CBR0.64

Fig.N°2: Modulo Resiliente vs. C.BR

pág. 21

Fig.N°3: Modulo Resiliente vs. C.BR

El instituto del Asfalto mediante ensayo de laboratorio realizados en 1982.

Obtuvo las relaciones siguientes:

Tipo de suelo

%CBR MR en (psi)

Arena 31 46500

Limo 20 30000

Arena

magra

25 37500

Limo-

arcilla

25 37500

Arcilla

limosa

8 11400

Arcilla

pesad

a

5 7800

Tabla N°3: Ensayos de Laboratorio del Instituto del Asfalto, Realizados en

1982

d. Periodo de Diseñopág. 22

Se define como el tiempo elegido al iniciar el diseño, para el cual se determinan las

características del pavimento, evaluando su comportamiento para distintas alternativas a

largo plazo, con el fin de satisfacer las exigencias del servicio durante el periodo de

diseño elegido, a un costo razonable.

Tipo de Carretera

Periodo de Diseño(Años)

Urbana de transito elevado30-50

Interurbana de transito elevado

20-50

Pavimentada de baja intensidad

de transito 15-25

De baja intensidad de tránsito,

pavimentación con grava 10-20

Tabla N°4: Periodos de diseño recomendados por la AASHTO en función del tipo de

carretera.

e. Índice de serviciabilidad (psi)

Es la condición necesaria de un pavimento para proveer a los usuarios un manejo

seguro y confortable en un determinado momento.

Índice de serviciabilidad (PSI)

Calificación

5-4 Muy buena

4-3 Buena

3-2 Regular

2-1 Malar

1-0 Muy mala

Tabla N°5: índice de serviciabilidad (psi)

pág. 23

Actualmente, una evaluación más objetiva de este índice se realiza mediante una

ecuación matemática basada en el inventario de fallas del pavimento.

Formula.N°2: Ecuación matemática basada en el inventario de fallas del pavimento.

Antes de diseñar el pavimento se deben elegir los índices de servicio inicial y final. El

índice de servicio inicial p0 depende del diseño y la calidad de la construcción. En los

pavimentos flexibles nuevos estudiados por la AASHTO alcanzó un valor medio de

p0=4.2

El índice de servicio final pt representa el índice más bajo capaz de ser tolerado por el

pavimento, antes de que sea imprescindible la rehabilitación mediante un refuerzo o una

reconstrucción. Se sugiere para carreteras de mayor tránsito un valor de pt≥2.5 y para

carreteras de menor tránsito pt=2.0.

FormulaN°3: Pérdida o disminución del índice de serviciabilidad

pág. 24

f. nivel de confianza o confiabilidadEs uno de los parámetros más importantes en el diseño de pavimentos, porque

establece un criterio que está relacionado con el desempeño del pavimento frente a las

solicitaciones exteriores.

Se define como la probabilidad de que el pavimento diseñado se comporte de manera

satisfactoria durante toda su vida de proyecto, bajo las solicitaciones de carga e

intemperismo.

Tipo de Camino Zonas Urbanas

Zonas Rurales

Autopistas 85-99.9 80-99.9

Carreteras de primer orden 80-99 75-95

Carreteras secundarias 80-95 75-95

Caminos vecinales 50-80 50-80

Tabla N°6: Valores Del Nivel De Confianza “R” de Acuerdo Al Tipo De Camino

CLASIFICACIÓNEAL (*10ᶺ6)

CONFIABILIDAD (%)

AUTOPISTAS 4’-5’ 85-95

ARTERIAS PRINCIPALES 3’-4’ 75-90

COLECTORAS 1’-3’ 60-85

CALLES COMUNES <1’ 50-75

Tabla N°7: Valores De Confianza “R” de Acuerdo a su Clasificación

g. Desviación estándar (so)

Es la representación de los errores entre el comportamiento real del pavimento y la curva

de diseño propuesta por la AASHTO.

FACTOR DE SEGURIDAD So: PAVIMENTOS FLEXIBLES

0.45-----------construcciones nuevas.

pág. 25

0.50 --------- sobre capas (recapeos).

h. coeficiente de drenaje (cd)

Es el porcentaje del tiempo anual en que la estructura del pavimento está expuesta a

niveles cercanos a la saturación.

El valor de este coeficiente depende de dos parámetros: la capacidad de drenaje, que se

determina de acuerdo al tiempo que tarda el agua en ser evacuada del pavimento, y el

porcentaje de tiempo durante el cual el pavimento está expuesto a niveles de humedad

próximos a la saturación.

Calidad de Drenaje Tiempo que tarda el agua en ser evacuada

Excelente 2 horas

Bueno 1 día

Regular 1 semana

Malo 1 mes

Muy malo Agua no drena

Tabla N°8: Calidad de drenaje

Tabla N°9: Valores mí para modificar los coeficientes estructurales de bases y sub-

bases en pavimento flexible.

i. Determinación del número estructural del pavimento “SN”

pág. 26

Es un número abstracto, que expresa la resistencia estructural de un pavimento

requerido, para una combinación dada de soporte del suelo de sub-rasante, del tránsito,

de la serviciabilidad terminal y de las condiciones ambientales.

El método está basado en el cálculo del Numero Estructural “SN” sobre la capa sub

rasante del terraplén. Para esto se dispone la fórmula:

Donde:

W18= Trafico equivalente

ZR= Factor de desviación normal para un nivel de confiabilidad

S0= Desviación estándar

ΔPSI= Diferencia entre los índices de servicio inicial y el final deseado

Fig.N°4: Número Estructural Diseño AASHTO

j. Determinación de espesores por capas

La estructura del pavimento flexible está formada por un sistema de varias capas, por lo

cual debe dimensionarse cada una de ellas considerando sus características propias.

pág. 27

Una vez que el diseñador ha obtenido el número estructural “SN” para la sección

estructural del pavimento, se requiere determinar una sección multicapa, que en

conjunto provea una suficiente capacidad de soporte, equivalente al “SN” de diseño.

Para este fin se utiliza la siguiente ecuación:

FormulaN°4: Cálculo del Número Estructural

Donde:

a1, a2, a3 = Coeficiente estructural capa asfáltica, base y sub-base empleado.

D1, D2, D3 = Espesor de la carpeta asfáltica, base y sub-base

m2, m3 = Coeficiente de drenaje de la base y sub-base.

De la misma manera se deberá obtener los coeficientes estructurales de la capa

asfáltica, base y sub-base. Utilizando los valores del módulo de resilencia

correspondientes a cada una de ellas.

Espesores mínimos en pulgadas para carpetas asfálticas y bases granulares

Tabla N°10: Espesores mínimos, en función a ejes equivalentes

Coeficiente estructural de la carpeta asfáltica

Estabilidad Marshall (lbs)

Coeficiente Estructural (a1)

pág. 28

SN=a1*D1+a2*D2*m2+a3*D3*m3

5000 0.33

6000 0,36

7000 0,39

8000 0,41

9000 0,43

10000 0,45

Tabla N°11: Coeficiente estructural de la carpeta asfáltica

Fig.N°5: Abaco para estimar el número estructural de la capa base granular “a2”

pág. 29

Fig.N°6: Abaco para estimar el número estructural de la capa base granular “a3”

3.2.4. Diseño de Mezclas Asfálticas

a. Características y comportamiento de la mezcla

Una muestra de mezcla de pavimentación preparada en el laboratorio

puede ser analizada para determinar su posible desempeño en la

estructura del pavimento. El análisis está enfocado hacia cuatro

características de la mezcla, y la influencia que estas puedan tener en el

comportamiento de la mezcla. Las cuatro características son:

Densidad de la mezcla

Vacíos de aire, o simplemente vacíos.

Vacíos en el agregado mineral.

Contenido de asfalto.

DensidadLa densidad de la mezcla compactada está definida como su peso unitario

(el peso de un volumen específico de la mezcla). La densidad es una

característica muy importante debido a que es esencial tener una alta

densidad en el pavimento terminado para obtener un rendimiento duradero.

En las pruebas y el análisis del diseño de mezclas, la densidad de la

mezcla compactada se expresa, generalmente, en kilogramos por metro pág. 30

cúbico. La densidad es calculada al multiplicar la gravedad específica total

de la mezcla por la densidad del agua (1000 kg/m3). La densidad obtenida

en el laboratorio se convierte la densidad patrón, y es usada como

referencia para determinar si la densidad del pavimento terminado es, o no,

adecuada. Las especificaciones usualmente requieren que la densidad del

pavimento sea un porcentaje de la densidad del laboratorio. Esto se debe a

que rara vez la compactación in situ logra las densidades que se obtienen

usando los métodos normalizados de compactación de laboratorio.

Vacíos de aire (o simplemente vacíos)Los vacíos de aire son espacios pequeños de aire, o bolsas de aire, que

están presentes entre los agregados revestidos en la mezcla final

compactada. Es necesario que todas las mezclas densamente graduadas

contengan cierto porcentaje de vacíos para permitir alguna compactación

adicional bajo el tráfico, y proporcionar espacios adonde pueda fluir el

asfalto durante su compactación adicional. El porcentaje permitido de

vacíos (en muestras de laboratorio) para capas de base y capas

superficiales está entre 3 y 5 por ciento, dependiendo del diseño específico.

La durabilidad de un pavimento asfáltico es función del contenido de

vacíos. La razón de esto es que entre menor sea la cantidad de vacíos,

menor va a ser la permeabilidad de la mezcla. Un contenido demasiado

alto de vacíos proporciona pasajes, a través de la mezcla, por los cuales

puede entrar el agua y el aire, y causar deterioro.

Vacíos en el agregado mineralLos vacíos en el agregado mineral (VMA) son los espacios de aire que

existen entre las partículas de agregado en una mezcla compactada de

pavimentación, incluyendo los espacios que están llenos de asfalto.

El VMA representa el espacio disponible para acomodar el volumen

efectivo de asfalto (todo el asfalto menos la porción que se pierde en el

agregado) y el volumen de vacíos necesario en la mezcla. Cuando mayor

sea el VMA más espacio habrá disponible para las películas de asfalto.

Existen valores mínimos para VMA los cuales están recomendados y

especificados como función del tamaño del agregado.

pág. 31

Fig.N°7: Ilustración del VMA en una probeta de Mezcla Compactada

Contenido de asfaltoLa proporción de asfalto en la mezcla es importante y debe ser

determinada exactamente en el laboratorio, y luego controlada con

precisión en la obra. El contenido de asfalto de una mezcla particular se

establece usando los criterios (discutidos más adelante) dictados por el

método de diseño seleccionado.

El contenido óptimo de asfalto de una mezcla depende, en gran parte, de

las características del agregado tales como la granulometría y la capacidad

de absorción. La granulometría del agregado está directamente relacionada

con el contenido óptimo del asfalto. Entre más finos contenga la graduación

de la mezcla, mayor será el área superficial total, y, mayor será la cantidad

de asfalto requerida para cubrir, uniformemente, todas las partículas. Por

otro lado las mezclas más gruesas (agregados más grandes) exigen menos

asfalto debido a que poseen menos área superficial total.

La relación entre el área superficial del agregado y el contenido óptimo de

asfalto es más pronunciada cuando hay relleno mineral (fracciones muy

finas de agregado que pasan a través del tamiz de 0.075 mm (Nº 200). Los

pequeños incrementos en la cantidad de relleno mineral, pueden absorber,

literalmente, gran parte el contenido de asfalto, resultando en una mezcla

inestable y seca. Las pequeñas disminuciones tienen el efecto contrario:

poco relleno mineral resulta en una mezcla muy rica (húmeda). Cualquier

variación en el contenido o relleno mineral causa cambios en las

propiedades de la mezcla, haciéndola variar de seca a húmeda. Si una

mezcla contiene poco o demasiado, relleno mineral, cualquier ajuste

arbitrario, para corregir la situación, probablemente la empeorará.

b. Propiedades consideradas en el diseño de mezclaspág. 32

Las buenas mezclas asfálticas en caliente trabajan bien debido a que son

diseñadas, producidas y colocadas de tal manera que se logra obtener las

propiedades deseadas. Hay varias propiedades que contribuyen a la buena

calidad de pavimentos de mezclas en caliente. Estas incluyen la

estabilidad, la durabilidad, la impermeabilidad, la trabajabilidad, la

flexibilidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia al deslizamiento.

El objetivo primordial del procedimiento de diseño de mezclar es el de

garantizar que la mezcla de pavimentación posea cada una de estas

propiedades. Por lo tanto, hay que saber que significa cada una de estas

propiedades, cómo es evaluada, y que representa en términos de

rendimiento del pavimento.

EstabilidadLa estabilidad de un asfalto es su capacidad de resistir desplazamientos y

deformación bajo las cargas del tránsito. Un pavimento estable es capaz de

mantener su forma y lisura bajo cargas repetidas, un pavimento inestable

desarrolla ahuellamientos (canales), ondulaciones (corrugación) y otras

señas que indican cambios en la mezcla. Las especificaciones de

estabilidad deben ser lo suficiente altas para acomodar adecuadamente el

tránsito esperado, pero no más altas de lo que exijan las condiciones de

tránsito.

Valores muy altos de estabilidad producen un pavimento demasiado rígido

y, por lo tanto, menos durable que lo deseado. La estabilidad de una

mezcla depende de la fricción y la cohesión interna.

En términos generales, entre más angular sea la forma de las partículas de

agregado y más áspera sea su textura superficial, más alta será la

estabilidad de la mezcla.

La fuerza ligante de la cohesión aumenta con aumentos en la frecuencia de

carga (tráfico).

Adicionalmente, y hasta cierto nivel, la cohesión aumenta con aumentos en

el contenido de asfalto.

pág. 33

pág. 34

CAUSAS EFECTOS

Exceso de

asfalto en

la mezcla

Mezcla

Ondulaciones,

ahilamientos y

afloramiento o

exudación.

Exceso de

arena de

tamaño

medio en la

mezcla

Baja resistencia

durante la

compactación y

posteriormente,

durante un cierto

tiempo;

dificultad para la

compactación

Agregado

redondead

o sin, o con

pocas,

superficies

trituradas

Ahuellamiento y

canalización.

Tabla N°12: Causas Y Efectos De Inestabilidad En El Pavimento

DurabilidadLa durabilidad de un pavimento es su habilidad para resistir factores tales

como la desintegración del agregado, cambios en las propiedades de

asfalto (polimerización y oxidación), y separación de las películas de

asfalto. Estos factores pueden ser el resultado de la acción del clima, el

tránsito, o una combinación de ambos.

Generalmente, la durabilidad de una mezcla puede ser mejorada en tres

formas. Estas son: usando la mayor cantidad posible de asfalto, usando

una graduación densa de agregado resistente a la separación, y diseñando

y compactando la mezcla para obtener la máxima impermeabilidad.

pág. 35

Tabla N°13: Causas y Efectos De Una Poca Durabilidad

Impermeabilidad

La impermeabilidad de un pavimento es la resistencia al paso de aire y agua

hacia su interior, o a través de él.

Esta característica está relacionada con el contenido de vacíos de la mezcla

compactada, y es así como gran parte de las discusiones sobre vacíos en

las secciones de diseño de mezcla se relaciona con impermeabilidad.

Aunque el contenido de vacíos es una indicación del paso potencial de aire y

agua a través de un pavimento, la naturaleza de estos vacíos es muy

importante que su cantidad.

pág. 36

CAUSAS EFECTOSBajo contenido de

asfaltos

Endurecimiento rápido del asfalto y

desintegración por pérdida de

agregado.

Alto contenido de vacíos

debido al diseño o a la

falta de compactación

Endurecimiento temprano del

asfalto seguido por agrietamiento o

desintegración.

Agregados susceptibles

al agua (Hidrofilitos)

Películas de asfalto se desprenden

del agregado dejando un

pavimento desgastado, o

desintegrado

Tabla N°14:

Causas y efectos

de la

permeabilidad

TrabajabilidadLa trabajabilidad está

descrita por la facilidad con que una mezcla de pavimentación puede ser colocada y

compactada. Las mezclas que poseen buena trabajabilidad son fáciles de colocar y

compactar; aquellas con mala trabajabilidad son difíciles de colocar y compactar.

La trabajabilidad puede ser mejorada modificando los parámetros de la mezcla, el tipo

de agregado, y/o la granulometría.

pág. 37

CAUSAS EFECTOS

Bajo

contenido

de asfalto

Las películas

delgadas de

asfalto

causarán

tempranament

e, un

envejecimient

o y una

desintegración

de la mezcla.

Alto

contenido

de vacíos en

la mezcla de

diseño

El agua y el

aire pueden

entrar

fácilmente en

el pavimento,

causando

oxidación y

desintegración

de la mezcla.

Compactaci

ón

inadecuada.

Resultará en

vacíos altos

en el

pavimento, lo

cual conducirá

a la infiltración

de agua y

baja

estabilidad.

Tabla N°15: Causas Y Efectos De Problemas En La Trabajabilidad

Flexibilidad

Flexibilidad es la capacidad de un pavimento asfáltico para acomodarse, sin que se

agriete, a movimientos y asentamientos graduales de la sub-rasante. La flexibilidad es

una característica deseable en todo pavimento asfáltico debido a que virtualmente todas

las sub-rasantes se asientan (bajo cargas) o se expanden (por expansión del suelo).

Una mezcla de granulometría abierta con alto contenido de asfalto es, generalmente,

más flexible que una mezcla densamente graduada y bajo contenido de asfalto.

Resistencia a la fatiga

La resistencia a la fatiga de un pavimento es la resistencia a la flexión repetida bajo las

cargas de tránsito. Se ha demostrado, por medio de la investigación, que los vacíos

(relacionados con el contenido de asfalto) y la viscosidad del asfalto tienen un efecto

considerable sobre la resistencia a la fatiga. A medida que el porcentaje de vacíos en un

pavimento aumenta, ya sea por diseño o por falta de compactación, la resistencia a la pág. 38

CAUSAS EFECTOSTamaño máximo de

partícula: grande

Superficie áspera, difícil de colocar

Demasiado agregado

grueso

Puede ser difícil de compactar

Temperatura muy baja

de mezcla

Agregado sin revestir, mezcla poco

durable superficie áspera, difícil de

compactar.

Demasiada arena de

tamaño medio

La mezcla se desplaza bajo la

compactadora y permanece tierna o

blanda.

Bajo contenido de

relleno mineral

Mezcla tierna, altamente permeable

Alto contenido de

relleno mineral

Mezcla muy viscosa, difícil de

manejar, poco durable.

fatiga del pavimento. (El periodo de tiempo durante el cual un pavimento en servicio es

adecuadamente resistente a la fatiga) disminuye. Así mismo, un pavimento que contiene

asfalto que se ha envejecido y endurecido considerablemente tiene menor resistencia a

la fatiga.

CAUSAS EFECTOSBajo contenido de

asfalto

Agrietamiento por fatiga

Vacíos altos de diseño Envejecimiento temprano del

asfalto, seguido por agrietamiento

por fatiga.

Falta de compactación Envejecimiento temprano del

asfalto, seguido por agrietamiento

por fatiga.

Espesor inadecuado de

pavimento

Demasiada flexión seguida por

agrietamiento por fatiga.

Tabla N°16: Causas Y Efectos De Una Mala Resistencia A La Fatiga

Resistencia al deslizamiento

Resistencia al deslizamiento es la habilidad de una superficie de pavimento de minimizar

el deslizamiento o resbalamiento de las ruedas de los vehículos, particularmente cuando

la superficie este mojada. Para obtener buena resistencia al deslizamiento, el neumático

debe ser capaz de mantener contacto con las partículas de agregado en vez de rodar

sobre una película de agua en la superficie del pavimento.

La resistencia al Deslizamiento se mide en terreno con una rueda normalizada bajo

condiciones controladas de humedad en la superficie del pavimento, y a una velocidad

de 65 km/hr (40 mi/hr).

Una superficie áspera y rugosa de pavimento tendrá mayor resistencia al deslizamiento

que una superficie lisa

CAUSAS EFECTOSExceso de asfalto Exudación, poca resistencia al

deslizamiento

pág. 39

Agregado mal graduado

o con mala textura

Pavimento liso, posibilidad de

hidroplaneo

Agregado pulido en la

mezcla

Poca resistencia al

deslizamiento

Tabla N°17: Causas Y Efectos De Poca Resistencia Al Deslizamiento

3.2.5. Diseño de mezclas asfálticas por el método Marshall

a. Preparación Para Efectuar Los Procedimientos MARSHALL

Como ya se discutió en el capítulo de materiales, diferentes agregados y asfaltos

presentan diferentes características. Estas características tienen un impacto directo

sobre la naturaleza misma le pavimento. El primer paso en el método de diseño,

entonces, es determinar las cualidades (estabilidad, durabilidad, trabajabilidad,

resistencia al deslizamiento, etc.) que debe tener la mezcla de pavimentación y

seleccionar un tipo de agregado y un tipo compatible de asfalto que puedan combinarse

para producir esas cualidades. Una vez hecho esto, se puede empezar con la

preparación de los ensayos.

Selección de las muestras de material

La primera preparación para los ensayos consta de reunir muestras del asfalto y del

agregado que va a ser usados en la mezcla de pavimentación. Es importante que las

muestras de asfalto tengan características idénticas a las el asfalto que va a ser usado

en la mezcla final. Lo mismo debe ocurrir con las muestras de agregado. La razón es

simple: los datos extraídos de los procedimientos de diseño de mezclas determinar la

fórmula o “receta” para la mezcla de pavimentación. La receta será exacta solamente si

los ingredientes ensayados en el laboratorio tienen características idénticas a los

ingredientes usados en el producto final.

Preparación del agregado

La relación viscosidad-temperatura del cemento asfáltico que va a ser usado debe ser ya

conocida para establecer las temperaturas de mezclado y compactación en el pág. 40

laboratorio. En consecuencia, los procedimientos preliminares se enfocan hacia el

agregado, con el propósito de identificar exactamente sus características. Estos

procedimientos incluyen secar el agregado, determinar su peso específico, y efectuar un

análisis granulométrico por lavado.

• Secando el Agregado.-Una muestra de cada agregado a ser ensayado se coloca en

una bandeja, por separado, y se calienta en un horno a una temperatura de 110º C

(230ºF).

Después de cierto tiempo, la muestra caliente se pesa y, se registra su valor.

La muestra se calienta completamente una segunda vez, y se vuele a pesar y a registrar

su valor. Este procedimiento se repite hasta que el peso de la muestra permanezca

constante después de dos calentamientos consecutivos, lo cual indica que la mayor

cantidad posible de humedad se ha evaporado de la muestra.

• Análisis granulométrico por vía húmeda.-El análisis granulométrico por vía húmeda es

un procedimiento para identificar las proporciones de partículas de tamaño diferente en

las muestras del agregado.

• Determinación del Peso Específico.- El peso específico de una sustancia es la

proporción peso - volumen de una unidad de esa sustancia comparada con la proporción

peso - volumen de una unidad igual de agua.

El peso específico de una muestra de agregado es determinado al comparar el peso de

un volumen dado de agregado con el peso de un volumen igual de agua, a la misma

temperatura. El peso específico del agregado se expresa en múltiplos del peso

específico del agua (la cual siempre tiene un valor de 1). Por ejemplo, una muestra de

agregado que pese dos y media veces más que un volumen igual de agua tiene un peso

específico.

El cálculo del peso específico de la muestra seca del agregado establece un punto de

referencia para medir los pesos específicos necesarios en la determinación de las

proporciones de agregado, asfalto, y vacíos que van a usarse en los métodos de diseño.

Preparación de las muestras (probetas) de ensayo

Las probetas de ensayo de las posibles mezclas de pavimentación son preparadas

haciendo que cada una contenga una ligera cantidad diferente de asfalto. El margen de pág. 41

contenidos de asfalto usado en las briquetas de ensayo está determinado con base en

experiencia previa con los agregados de la mezcla.

Las muestras son preparadas de la siguiente manera:

El asfalto y el agregado se calientan completamente hasta que todas las

partículas del agregado estén revestidas. Esto simula los procesos de calentamiento y

mezclado que ocurren en la planta.

Las mezclas asfálticas calientes se colocan en los moldes pre-calentados

Marshall como preparación para la compactación, en donde se usa el martillo Marshall

de compactación, el cual también es calentado para que no enfríe la superficie de la

mezcla al golpearla.

Las briquetas son compactadas mediante golpes del martillo Marshall de

compactación.

El número de golpes del martillo (35, 50 o 75) depende de la cantidad de tránsito para la

cual está siendo diseñada. Ambas caras de cada briqueta reciben el mismo número de

golpes. Así, una probeta Marshall de 35 golpes recibe, realmente un total de 70 golpes.

Una probeta de 50 golpes recibe 100 impactos. Después de completar la compactación

las probetas son enfriadas y extraídas de los moldes.

b. Procedimiento De Ensayo Marshall

Existen tres procedimientos de ensayo en el método del ensayo Marshall. Estos son:

Determinación del peso específico total, medición de la estabilidad Marshall, y análisis

de la densidad y el contenido de vacíos de las probetas.

Determinación del peso específico-totalEl peso específico total de cada probeta se determina tan pronto como las probetas

recién compactadas se hayan enfriado a la temperatura ambiente. Esta medición de

peso específico es esencial para un análisis preciso de densidad-vacíos. El peso

específico total se determina usando el procedimiento descrito en la norma AASHTO

Ensayo de estabilidad y fluenciaEl ensayo de estabilidad está dirigido a medir la resistencia a la deformación de la

mezcla. La fluencia mide la deformación, bajo carga que ocurre en la mezcla.

pág. 42

El procedimiento de los ensayos es el siguiente:

Las probetas son calentadas en el baño de agua a 60º C (140º F). Esta

temperatura representa, normalmente, la temperatura más caliente que un pavimento en

servicio va a experimentar.

La probeta es removida del baño, secada, y colocada rápidamente en el aparato

Marshall. El aparato consiste de un dispositivo que aplica a una carga sobre la probeta y

de unos medidores de carga y deformación (fluencia).

La carga del ensayo es aplicada a la probeta a una velocidad constante de 51 mm

(2 pulgadas) por minuto hasta que la muestra falle. La falla está definida como la carga

máxima que la briqueta puede resistir.

La carga de falla se registra como el valor de estabilidad Marshall y la lectura del

medidor de fluencia se registra como la fluencia.

Valor de estabilidad MARSHALLEl valor de estabilidad Marshall es una medida de la carga bajo la cual una probeta cede

o falla totalmente. Durante un ensayo, cuando la carga es aplicada lentamente, los

cabezales superior e inferior del aparato se acercan, y la carga sobre la briqueta

aumenta al igual que la lectura en el indicador del cuadrante. Luego se suspende la

carga una vez se obtiene la carga máxima. La carga máxima indicada por el medidor es

el valor de Estabilidad

Marshall.

Debido a que la estabilidad Marshall indica la resistencia de una mezcla a la

deformación existe una tendencia a pensar que si un valor de estabilidad es bueno,

entonces un valor más alto será mucho mejor.

Valor de fluencia MARSHALLLa fluencia Marshall, medida en centésimas de pulgada representa la deformación de la

briqueta. La deformación está indicada por la disminución en el diámetro vertical de la

briqueta.

Análisis de densidad y vacíosUna vez que se completan los ensayos de estabilidad y fluencia, se procede a efectuar

un análisis de densidad y vacíos para cada serie de Probetas de prueba. El propósito del

análisis es el de determinar el porcentaje de vacíos en la mezcla compactada.

Análisis de vacíospág. 43

Los vacíos son las pequeñas bolsas de aire que se encuentran entre las partículas de

agregado revestidas de asfalto. El porcentaje de vacíos se calcula a partir del peso

específico total de cada probeta compactada y del peso específico teórico de la mezcla

de pavimentación (sin vacíos). Este último puede ser calculado a partir de los pesos

específicos del asfalto y el agregado de la mezcla, con un margen apropiado para tener

en cuenta la cantidad de asfalto absorbido por el agregado, o directamente mediante un

ensayo normalizado (AASHTO T 2091) efectuado sobre la muestra de mezcla sin

compactar. El peso específico total de las probetas compactadas se determina pesando

las probetas en aire y en agua.

• Análisis de Peso Unitario

• Análisis de VMA

• Análisis de VFA

3.2.6. Diseño del pavimento flexible, incorporando polímero tipo I

a. ClasificaciónPolímero Tipo I: Es un modificador de asfaltos que mejora el comportamiento de

mezclas asfálticas tanto a altas como a bajas temperaturas. Es fabricado con base en

bloques de estireno, en polímeros elastómeros radiales de tipo bibloque o tribloque,

mediante configuraciones como Estireno – Butadieno - Estireno (SBS) o Estireno -

Butadieno (SB), entre otras. Se utiliza en mezclas asfálticas para carpetas delgadas y

carpetas estructurales de pavimentos con elevados índices de tránsito y de vehículos

pesados, en climas fríos y cálidos, así como para elaborar emulsiones que se utilicen en

tratamientos superficiales.

Polímero Tipo II: Es un modificador de asfaltos que mejora el comportamiento de

mezclas asfálticas a bajas temperaturas. Es fabricado con base en polímeros

elastómeros lineales, mediante una configuración de caucho de Estireno, Butadieno-

Látex o Neopreno-Látex. Se utiliza en todo tipo de mezclas asfálticas para pavimentos

en los que se requiera mejorar su comportamiento de servicio, en climas fríos y

templados, así como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos

superficiales.

Polímero Tipo III: Es un modificador de asfaltos que mejora la resistencia a las roderas

de las mezclas asfálticas, disminuye la susceptibilidad del cemento asfáltico a la

temperatura y mejora su comportamiento a altas temperaturas. Es fabricado con base en pág. 44

un polímero de tipo elastómero, mediante configuraciones como Etileno – Vinil - Acetato

(EVA) o polietileno de alta o baja densidad, entre otras. Se utiliza en climas calientes, en

mezclas asfálticas para carpetas estructurales de pavimentos con elevados índices de

tránsito, así como para elaborar emulsiones que se utilicen en tratamientos superficiales.

En este proyecto se empleara polímero tipo I, ya que es el que cuenta con las

características para ser adoptada es nuestro diseño de mezclas, para el área de estudio.

pág. 45

pág. 46

VENTAJAS DESVENTAJAS

1. Disminuye la

susceptibilidad térmica

2. Disminuye la

exudación del asfalto

3. Mayor elasticidad:

debido a los polímeros de

cadenas largas

4. Mayor adherencia

5. Mayor cohesión

6. Mejora la

trabajabilidad y la

compactación

7. Mayor

impermeabilización

8. Mayor resistencia al

envejecimiento

9. Mayor durabilidad

10. Mayor vida útil de las

mezclas

11. Fácilmente disponible

en el mercado

12. Permiten mayor

espesor de la película de

asfalto sobre el agregado

13. Mayor resistencia al

derrame de combustibles

14. Reduce el costo de

mantenimiento

15. Mayor resistencia a la

flexión en la cara inferior de

las capas de mezclas

asfálticas

16. Permite un mejor

sellado de fisuras

17. No requieren equipos

especiales

1. Alto costo del

polímero

2. Dificultades del

mezclado: no todos los

polímeros son compatibles

con el asfalto base

(existen aditivos

correctores )

3. Deben extremarse

los cuidados en el

momento de la

elaboración de la mezcla

4. Los agregados no

deben estar húmedos ni

sucios

5. La temperatura

mínima de distribución es

de 145°C por su rápido

endurecimiento

Tabla N°18: Ventajas y Desventajas Del Polímero Tipo I

Evidentemente que la mayor desventaja de estos es el alto costo inicial del asfalto

modificado, sin embargo, si hacemos un análisis del costo a largo plazo (es decir, la vida

útil del pavimento); podemos concluir que el elevado costo inicial queda sobradamente

compensado por la reducción del mantenimiento futuro y el alargamiento de la vida de

servicio del pavimento.

3.3.POBLACION Y MUESTRA

Moradores de Sausacocha y Puerto Pallar de la Provincia de Huamachuco.

3.4. INSTRUMENTOS EAL

ESAL

CBR

4. ESTUDIOS BÁSICOS DE INGENIERÍA

4.1.ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS

4.1.1. Conceptos Básicos en Topografía

AlcantarillaEs un elemento del sistema de drenaje de una carretera, construido en forma transversal

al eje. Por lo general se ubica en quebradas, cursos de agua y en zonas que se requiere

para el alivio de cunetas.

Afirmado

pág. 47

Capa de material selecto procesado o semi-procesado de acuerdo a diseño, que se

coloca sobre la sub-rasante de una carretera. Funciona como capa de rodadura y de

soporte al tráfico en carreteras no pavimentadas. Estas capas pueden tener tratamiento

para su estabilización.

Área Ambiental SensibleAquella que puede sufrir daños severos (medio ambiente y/o cultural) y en muchos

casos de manera irreversible como consecuencia de la construcción de la carretera.

Dentro de estas áreas se encuentra los Parques Nacionales, Reservas Forestales,

Reservas y Resguardos Indígenas, lagunas costeras, estuarios, y en general cualquier

Unidad de conservación establecida o propuesta, y que por su naturaleza de ecosistema

fácilmente vulnerable o único puede sufrir un deterioro considerable.

BaseCapa de material selecto y procesado entre la parte superior de una sub-base o de la

subrasante y la capa de rodadura. Esta capa puede ser también de mezcla asfáltica o

con tratamientos según diseños. La base es parte de la estructura de un pavimento.

Berma Área contigua y paralela a la calzada de una carretera. Su función es la de servir como

zona de estacionamiento de emergencia de vehículos y de confinamiento del pavimento.

BMEs un punto topográfico de elevación fija que sirve de control para la construcción de la

carretera de acuerdo a los niveles del proyecto. Generalmente está constituido por un

hito o monumento.

BombeoInclinación transversal que se construye en las zonas en tangente a cada lado del eje de

la plataforma de una carretera con la finalidad de facilitar el drenaje lateral de la vía.

CalzadaSector de la carreta que sirve para la circulación de los vehículos, compuesta de un

cierto número de carriles.

pág. 48

Carretera o CaminoCalificativo general que designa una vía publica para fines de tránsito de vehículos,

comprendiendo dentro de ella la extensión total construida incluyendo el derecho de la

vía.

CarrilParte de la calzada destinada a la circulación de una fila de vehículos. Para

Construcción de Carreteras.

CunetasElemento de la sección transversal de una carretera que corre paralela al eje y en el

borde de la berma. Sirve para recoger el agua proveniente de los taludes y de la

plataforma para evacuarla en un determinado lugar. Por lo general las cunetas se ubican

en sectores de corte.

Derecho de la VíaÁrea reservada hacia ambos lados de una carretera con la finalidad de efectuar futuras

ampliaciones ya sea por el ensanche de la vía o por el número de estas.

Comprende el terreno, obras complementarias, servicios y zonas de seguridad por los

usuarios.

PavimentoEstructura que se coloca encima de la plataforma de una carretera. Sirve para dar

soporte, confort y seguridad al tránsito de vehículos y para proteger la plataforma.

PeralteInclinación transversal hacia un lado que se construye en las zonas en curva o en

transición de tangente a curva en toda la plataforma, con la finalidad de absorber los

esfuerzos tangenciales del vehículo en marcha y facilitar el drenaje lateral de la vía.

PlataformaEs la parte superior del cuerpo completo de la explanación de una carretera, conformada

por procesos de corte y/o rellenos siguiendo las líneas de sub-rasante y sección

transversal del proyecto.

Población afectada

pág. 49

Las personas que por resultado de las actividades relacionadas con un proyecto reciben

las consecuencias del mismo.

RasanteEs el nivel superior del pavimento terminado. La línea de Rasante generalmente se

ubica en el eje de la carretera.

Sub-baseCapa de material con determinadas características que se coloca entre la sub-rasante de

una carretera y la parte inferior de la base. La sub-base forma parte de la estructura del

pavimento.

Sub-rasanteNivel superior de la plataforma de una carretera adecuadamente conformada, nivelada y

compactada. La línea de Sub-rasante generalmente se ubica en el eje de la carretera.

Sobre la sub-rasante se coloca la estructura del pavimento.

TerraplenesParte de la plataforma conformado por procesos de relleno. El Terraplén puede estar

conformado por material procedente de excedentes de corte, de excavaciones laterales

o de canteras.

TráficoDeterminación del número de aplicaciones de carga estimado durante el periodo de

diseño de proyecto.

Zona del ProyectoZonas situadas dentro de las áreas de construcción del proyecto o adyacentes a estas,

que son modificadas y afectadas por el proyecto.

4.1.2. Ubicación del Estudio

Ubicación geográficaLa zona del estudio se encuentra entre las siguientes coordenadas UTM:

pág. 50DE A

NORTE 8,621,287.47 8,621,502.95

ESTE 721,402.38 726,344.59

ALTURA 500.25 1,026.63

Tabla N°17: Coordenadas UTM

Ubicación PolíticaRegión : Sierra

Departamento: La libertad

Provincia : Sánchez Carrión

Distrito : Huamachuco

Sector : Laguna Sausacocha-Puente Pallar

4.1.3. Descripción de las Obras de Arte

Se prevé la construcción de las 8 alcantarillas se hará en las cotas como sigue:

Nro.

TIPO DE OBRA DE

ARTE

COTA DE

UBICACIÓN

1 ALCANTARILLA 0+085















pág. 51




Tabla N°19: Tipo de obra de Arte (Alcantarillas)

También se ejecutaran 6 badenes que se harán de acuerdo al siguiente cuadro:

Nro.

TIPO DE OBRA DE

ARTE

COTA DE

UBICACIÓN

1 BADEN 1+475

2 BADEN 2+605

3 BADEN 3+597

4 BADEN 3+674

5 BADEN 4+120

6 BADEN 4+610

Tabla N°20: Tipo de obra de Arte (Badén)

Todas las características del diseño final están sujetas al Manual de Diseño Geométrico

de Carreteras (DG-2001), Especificaciones Tecinas Generales para la Construcción de

Carreteras (EG-2001), Manual Ambiental para el Diseño y Construcción de Vías, y

supletoriamente o complementariamente a las normas AASHTO.

4.1.4. Información Sobre las Características Técnicas de la Vía

Clasificación : Trocha Carrozable

Velocidad Directriz : 20Km/horas

Topografía : Accidentada

Pendiente Máxima : 10%

Pendiente Máxima Forzada : 12%

Ancho de Plataforma (m) : 4.0

Superficie de Rodadura (m) : 3.6

Coeficiente de Fricción : 0.28

Radio Mínimo normal : 10

Radio Mínimo excepcional : 8

Peralte % : 6

pág. 52

4.1.5. Requerimientos del Estudio Topográfico

Geo-referenciaciónLa geo-referenciacion se hizo estableciendo puntos de control geográfico mediante

coordenadas UTM ubicados en lugares cercanos y accesibles que no sean afectados.

Estos puntos servirán de base para todo el trabajo topográfico y a ellos estarán referidos

los puntos de control y los del replanteo de la vía.

Puntos de controlLos puntos de control horizontal y vertical que puedan ser afectados fueron reubicados

en áreas en que no sean distribuidas. Se debe establecer las coordenadas y elevaciones

para los puntos reubicados antes que los puntos iniciales sean distribuidos.

Sección transversalLas secciones transversales del terreno natural deberán ser referidas al eje de la

carretera el espaciamiento entre secciones no deberá ser mayor de 20m en tramos de

tangente y de 10m en tramos de curva. En caso de quiebres en que la topografía se

tomaron secciones adicionales en los puntos de quiebre o por lo menos 5m.

Elementos de drenajeLos elementos de drenaje deberán ser estacados para fijarlos a las condiciones del

terreno

4.2.ESTUDIOS GEOLOGICOSAl evaluar un pavimento existente la exploración del suelo y los ensayos de laboratorio

realizados a los distintos materiales utilizados en las capas del pavimento juegan un

papel muy importante, debido a que éstos proporcionan información de gran valor a la

hora de tomar decisiones con respecto al estado en que se encuentran los materiales de

la estructura de pavimento.

Para la obtención de la información geotécnica básica de las propiedades del suelo,

deben efectuarse ensayos de campo y laboratorio que determinen su distribución y

propiedades físicas. Una investigación de suelos debe comprender:

a) Determinación del perfil del suelo: La cual consiste en ejecutar perforaciones

pág. 53

b) Terreno, con el objeto de determinar la cantidad y extensión de los diferentes

tipos del suelo, la forma como estos están dispuestos en capas y la determinación de

aguas freáticas. Lógicamente, la ubicación, profundidad y número de perforaciones

deben ser tales que permitan determinar toda variación importante de la calidad de los

suelos.

c) Toma de muestras de las diferentes capas de suelos: En cada perforación deberá

tomarse muestras representativas de las diferentes capas encontradas. Las muestras

pueden ser de dos tipos: Alteradas e inalteradas.

d) En vías se recomienda hacer sondeos con espaciamientos entre 350 y 600 m,

teniendo en cuenta las semejanzas del material a partir de uno de los cortes presentes.

e) En general, las muestras obtenidas sirven para determinar las propiedades y

clasificación del material extraído valiéndose de los siguientes ensayos:

Humedad natural

Granulometría

Límites de consistencia.

Humedad Natural

4.3.ESTUDIO DE SUELOSTrabajos de Campo: Calicatas cada 250 m. y muestreo de los suelos de cada estrato encontrado

(Afirmado y sub-rasante).

Las calicatas se han realizado alternadamente de derecha a izquierda por el

amueblamiento que deja el tráfico.

Densidades de campo a la capa de sub-rasante y toma de muestras de suelos

para el CBR cada 2 Kms. Identificación de sub-tramos críticos (por suelos, drenaje, y

deterioros en el actual Afirmado).

Identificación de la Napa Freática.

Identificación de Sub-tramos de roca en la sub-rasante.

Calicatas adicionales y toma de muestras complementarias en los taludes

superior e inferior.

pág. 54

Ensayos de Laboratorio El programa de ensayos comprendió en lo siguiente:

Determinación del contenido de humedad MTC E 108 (ASTM-D-2216)

Análisis Granulométrico por tamizado MTC E 107 (ASTM-D-422)

Determinación del límite Líquido MTC E 110 (ASTM-D-423)

Determinación del límite Plástico MTC E 111 (ASTM-D-424)

Determinación Humedad-Densidad(P. Modificado) MTC E 115 (ASTM D-1557)

(CBR) Método del Cuerpo de Ingenieros MTC E 132 (ASTM-D-1883)

Densidad de Campo MTC E 117 (ASTM-D-1556)

Clasificación de SUCS ASTM-D-2487

Clasificación AASHTO ASTM D-3282

La sub-rasante (terreno natural o relleno), denominado también terreno de fundación

tiene características diferentes para cada sección o sub-tramo evaluado, los suelos

componentes son finos, granulares, existiendo áreas de roca observados en los taludes

superiores y a diferentes profundidades, predominando los suelos finos limosos de baja

compresibilidad.

Según el Perfil Estratigráfico, los suelos de Sub-rasante se componen de la siguiente

manera: Gravas: GM, GC, GP y GW.

Tamaño de las partículas de suelos Los tamaños de las partículas que conforman un suelo, varían en un amplio rango. Los

suelos, en general, son llamados grava, arena, limo o arcillas, dependiendo del tamaño

predominante de las partículas.

Tabla N°21:

límites de tamaño de suelo

Curva de distribución granulométrica Los resultados del análisis mecánico se presentan generalmente en graficas semi-

logaritmicas como curvas de distribución granulométrica. Los diámetros de las partículas pág. 55

se grafican en escala logarítmica y el porcentaje correspondiente de finos en escala

aritmética.

Consistencia del suelo Albert Mauritz Atterberg desarrollo un método para describir la consistencia de los suelos

de grano fino con contenidos de agua variables a muy bajo contenido de agua, el suelo

se comporta más como un sólido frágil. Cuando el contenido de agua es muy alto, el

suelo y el agua fluyen como un líquido. Por tanto, dependiendo del contenido de agua, la

naturaleza del comportamiento del suelo se clasifica arbitrariamente en cuatro estados

básicos, denominados sólidos, semisólido, plásticos y líquido.

Limite liquido (LL): Se define como el contenido de agua de un suelo fino, para el

cual su resistencia al corte es aproximadamente de 25 g/cm2

Limite platico (PL): Se define como el contenido de agua, en porcentaje, con el

cual el suelo, al ser enrollado en rollitos de 3.2 mm de diámetro, se desmorona. Es el

límite inferior de la etapa plástica del suelo.

Límite de contracción (SL): La masa de suelo se contrae conforme se pierde

gradualmente el agua del suelo. Con una pérdida continua de agua, se alcanza una

etapa de equilibrio en la que más pérdida de agua conducirá a que no haya cambio de

volumen.

Clasificación del suelo Los suelos con propiedades similares se clasifican en grupos y subgrupos basados en

su comportamiento ingenieril. Los sistemas de clasificación proporcionan un lenguaje

común para expresar en forma concisa las características generales de los suelos, que

son infinitamente variadas sin una descripción detallada. Actualmente, dos sistemas de

clasificación que usan la distribución por tamaño de grano y plasticidad de los suelos son

usados comúnmente por los ingenieros de suelos. Estos son el sistema de clasificación

AASHTO y el sistema unificado de clasificación de suelos. Los ingenieros geotécnicos

usualmente prefieren el sistema unificado.

Sistema unificado de clasificación de suelos La forma original de este sistema fue propuesto por Casagrande en 1942 para usar en

la construcción de aeropuertos emprendida por el cuerpo de ingenieros del ejército

durante la según guerra mundial. El sistema unificado de clasificación se presenta en las

siguientes tablas; clasifica los suelos en dos amplias categorías:

pág. 56

Suelos de grano grueso, tipo grava o arenosos con menos del 50% pasando por

la malla No. 200. Los símbolos de grupo comienzan con un prefijo G o S.G significa

grava o suelo gravoso y S significa arena o suelo arenoso.

Suelos de grano fino, con el 50% o más pasando por la malla No. 200. Los

símbolos de grupos comienzan con un prefijo M, que significa limo inorgánico, C para

arcilla inorgánica u O para limos y arcillas orgánicos. El símbolo Pt se usa para turbas,

lodos y otros suelos altamente orgánicos.

Otros símbolos son también usados para la clasificación:

W: bien graduado

P: mal gradado

L: baja plasticidad (limite líquido menor que 50)

H: alta plasticidad (limite líquido mayor que 50)

4.4.ESTUDIOS HIDROLOGICOS

4.4.1. Conceptos Básicos en Hidrología

Precipitación Es toda forma de humedad que originándose en las nubes llega hasta la superficie

terrestre en forma de lluvias, nevadas, etc.

Temperatura atmosférica Es una propiedad o variable física que sirve para medir la cantidad de energía interna

del aire, o mide el calor sensible. La temperatura del aire se mide a dos metros de altura

sobre el suelo por acuerdo internacional. Se puede registrar con un termógrafo

termómetro de máxima o mínima para obtener las temperaturas máximas, que ocurren

hacia el medio dí y la temperaturas mínimas que ocurren antes q salga el sol y ambos

valores promediarlos para tener la temperatura promedio del día.

Estudio hidrológicoConsiste en apreciaciones sobre el balance hídrico, así como su evaluación de los

caudales diarios y quebrada con fines de construcción de puentes, pontones alcantarillas

de cruce y evacuación de drenaje de las cunetas laterales en los caminos.

4.4.2. Información pluviométrica

pág. 57

La información pluviométrica utilizada fue proporcionada por el Servicio Nacional de

Meteorología e Hidrología (SENAMHI), referente a registros de precipitación máxima en

24 horas disponibles en el área de estudio, dado que la escorrentía existente que se

produce en dicha área, proviene exclusivamente de las precipitaciones pluviales caídas

en la zona. La ubicación y características de las estaciones pluviométricas localizadas en

la zona de estudio o cercanas a ella, se presentan a continuación en el Cuadro.

NOMBR

E DE LA

ESTACI

ÓN

TIP

O

ENTIDA

D

OPERAD

ORA

UBICACION ALTIT

UD

PROVI

NCIA

DEPARTAM

ENTO

PERIO

DO DE

REGIS

TRO

LATIT

UD

LONGI

TUD

Huamac

huco

PL

U

SENAM

HI

7°49’

S

78°03’

W

3030 S.

Carrión

La Libertad 1996 -

2008

Laguna

Sausaco

cha

PL

U

SENAM

HI

7°55’

S

78°08’

W

3920 S.

Carrión

La Libertad 1999 -

2010

Tabla N°22: Información Pluviométrica

4.4.3. Estudio de Hidrología

Niveles de socavación máxima

Los niveles de socavación máxima se han obtenido tomando en cuenta la erosión

general transitoria del lecho del río ante la presencia de la avenida para un tiempo de

retorno de 100 años, adoptando un valor promedio que supere dichos niveles por el

lado de la seguridad.

Método de la erosión general transitoria El método de la erosión general transitoria se

calcula a partir del criterio de principio de movimiento de un fondo granular bajo una

corriente permanente, tal como el criterio de Shields y la hipótesis del lado de la

seguridad de que la corriente durante la avenida no transporta sedimentos. Empleando

el valor de la tensión crítica adimensional 0.056 junto a la expresión de la tensión

tangencial (τ), la fórmula de Manning para la pendiente motriz y la fórmula de Strickler

para el coeficiente de rugosidad de Manning, se puede resumir el método en la siguiente

ecuación.

pág. 58

Donde:

Vcr: Velocidad crítica (m/s).

Rh: Radio hidráulico (m).

D50: Diámetro representativo del lecho (m).

D84: Diámetro característico del lecho erosionado (m).

S γ: Peso específico de la roca (2.65 T/m3).

γ: Peso específico del agua (1.0 T/m3).

Socavación general del lecho Se ha hecho uso de las siguientes metodologías:

a) Método de Lischvan Lebediev

Para el cálculo de la socavación general del lecho, se ha hecho uso de esta metodología

para suelos no cohesivos, la cual tiene la siguiente expresión matemática:

Donde:

Hs: Profundidad de socavación incluido el tirante de agua (m).

Ho: Tirante antes de la erosión (m).

Dm: Diámetro representativo de los materiales del cauce (mm).

B: Ancho efectivo de la sección (m).

β: Coeficiente relacionado al período de retorno.

µ: Coeficiente de contracción.

Hm: Tirante medio (m).

Q: Descarga máxima de cálculo (m3/s).

e: Exponente relacionado al diámetro representativo de los materiales del cauce.

pág. 59

CAPITULO IV

4.5.PRUEBAS DE EXPERIMENTACION.Para este estudio se utilizan 3 tipos de materiales: gravilla 3/4”, gravilla 3/8” y Polvo

Roca, todos estos obtenidos de la planta productora de mezclas asfálticas BITUMIX.

Estos agregados son extraídos de un pozo en paillaco de propiedad de Edgar

Hadida.

Fig. 4.1. Gravilla 3/4

pág. 60

Fig. 4.2. Gravilla 3/8

En el laboratorio de ensaye de materiales de vialidad se aplicaron los

siguientes métodos:

Características de los Agregados de la Muestra

Identificación

Muestra Nº 1 2 3

Material Gravilla 3/4 Gravilla 3/8 Polvo Roca

4.5.1. Granulometrías.

El termino granulometría corresponde a la distribución porcentual en masa de

los distintos tamaños de partículas que constituyen un pétreo.

Para llevar a cabo este análisis, se utiliza el método descrito en el LNV 65, el

cual es una adaptación de la norma NCh 165 of. 77.

Los materiales se secan y se separan por tamizado en seco en las fracciones

deseadas. En las siguientes tablas se muestra la granulometría obtenida para estos

materiales.

Tabla 4.1. Gravilla 3/4

pág. 61

Tamiz Peso Retenido % % Pasa

20 (3/4”) 0 0 100

12.5 (1/2”) 3344 38.7 61.3

10 (3/8”) 4314 49.9 11.4

5 (Nº 4) 663 7.7 3.7

2.5 (Nº 8) 33 0.4 3.3

Retenido 128 1.5 1.8



12.5 (1/2”) 0 0 100

10 (3/8”) 388 7.2 92.8

5 (Nº 4) 3773 69.5 23.3

2.5 (Nº 8) 672 12.4 1.9


Tabla 4.3. Polvo Roca


10 (3/8”) 0 0 100

5 (Nº 4) 209 10.8 89.2

2.5 (Nº 8) 577 29.7 59.5

1.25 (16) 338 17.4 42.1

0.630 (30) 223 11.5 30.6

pág. 62

0.315 (50) 192 9.9 20.7

0.160 (100) 122 6.3 14.4

0.080 (200) 66 3.4 11


4.5.6. CONSTANTES FISICAS E HIDRICAS.

4.5.6.1. Método para determinar la densidad aparente.

Este método se aplica a los materiales pétreos provenientes del tamizado,

debidamente homogeneizados.

Se debe secar la muestra a ensayar asegurándose de la incorporación de

todas las partículas más finas que la compone, Una vez realizado esto, es necesario

realizar las mediciones.

En las siguientes tablas se presentan las densidades obtenidas de los

materiales pétreos:

Tabla 4.4. Densidad Suelta Gravilla 3/4

Muestra Masa (gr.) Densidad (Kg/ m³)

Muestra 1 7204 1.4408

Muestra 2 7200 1.44

Muestra 3 7202 1.4404

Muestra 4 7203 1.4406

Muestra 5 7201 1.4402

Densidad Aparente kg/m³ 5000 1.4404

Tabla 4.5. Densidad Suelta Gravilla 3/8


pág. 63

Muestra 1 4833 1.4721

Muestra 2 4836 1.4730

Muestra 3 4834 1.4724

Muestra 4 4835 1.4727

Muestra 5 4834 1.4724


Tabla 4.6. Densidad Suelta Polvo Roca


Muestra 1 3321 1.6588

Muestra 2 3318 1.6573

Muestra 3 3323 1.6598

Muestra 4 3325 1.6608

Muestra 5 3320 1.6583


4.5.6.2. Método para determinar la densidad real, densidad neta y la absorción de agua en pétreos finos.

Este método se aplica a materiales pétreos que pasan por el tamiz de 2.5 mm.

(ASTM Nº 8), cuya densidad neta esta entre 2000 y 3000 kg/m³.

Se debe cubrir el pétreo en su totalidad con el mínimo de agua a temperatura

ambiente, necesaria para asegurar su saturación en un periodo de 24 ± 4 h. Una vez

realizado esto, es necesario realizar mediciones en distintas condiciones:

pág. 64

- Msss: Indica la masa saturada superficialmente seca, esta se obtiene cuando

al retirar el molde cónico, utilizado para este tipo de ensayo, el agregado caiga

suavemente según su talud natural.

- Mm: Es la masa de la muestra en un matraz con agua hasta la marca de

calibración. Es necesario eliminar la totalidad de las burbujas de aire que

quedan en el agregado.

- Ms: Es la masa que se obtiene al secar la muestra. Una vez seca la muestra

se debe enfriar a temperatura ambiente antes de realizar las mediciones.

- Ma: Masa del matraz con agua a temperatura ambiente hasta el punto de

calibración.

En la siguiente tabla se presentan las densidades y absorción obtenida de los


pág. 65

Tabla 4.7. Densidades y absorción Polvo Roca

1 Peso Matraz + Agua, gr. 703

2 Peso sat. Sup. Seca, gr. 300

3 Peso seco, gr. 294

4 Peso Total Matraz, gr. 892

5 1 + 3 – 4, gr. 697

ρ n Neta = (3:5) x1000, Kg/m³ 422

6 1 + 2 – 4, gr. 111

ρ rs Real seca = (3:6) x1000, kg/m³ 2649

α Absorción = ((2 – 3):3) x100 (%) 2.04 %

4.5.6.3. Método para determinar la densidad real, densidad neta y la absorción de agua en pétreos gruesos.

Este método se aplica a materiales pétreos retenidos en el tamiz de 2.5 mm.

(ASTM Nº 8), cuya densidad neta esta entre 2000 y 3000 kg/m³.

Es necesario lavar la muestra para remover el polvo superficial o cualquier

materia extraña adherida a las partículas. Luego se sumerge el material pétreo en

agua durante 24 ± 4 h., con el objetivo de llenar los poros. Pasado este tiempo se

retira el material del agua y se realizan las siguientes mediciones:

- Msum: Indica la masa del pétreo sumergida, medida en un canastillo porta

muestra.

- Msss: Indica la masa del pétreo saturado superficialmente seco, medido

después de sacar la muestra del canastillo y secada superficialmente con un

paño.

- Ms: Es la masa del pétreo seco. Se obtiene al secar la muestra. Una vez seca

la muestra se debe enfriar a temperatura ambiente antes de realizar la

medición.

En las siguientes tablas se presentan las densidades y absorción obtenidas de los


Tabla 4.8. Densidades y absorción Gravilla 3/4pág. 66


2 Peso en agua, gr. 1388


4 3 – 2, gr. 777

ρ n Neta = (3:4) x1000, Kg/m³ 2786

5 1 – 2, gr. 809


α Absorción = ((1 – 3):3) x100 (%) 1.48 %

Tabla 4.9. Densidades y absorción Gravilla 3/8




4 3 – 2, gr. 490

ρ n Neta = (3:4) x1000, Kg/m³ 2816

5 1 – 2, gr. 518


α Absorción = ((1 – 3):3) x100 (%) 2.03 %

Tabla 4.10. Densidades y absorción Polvo Roca

pág. 67




4 3 – 2, gr. 305

ρ n Neta = (3:4) x1000, Kg/m³ 2836

5 1 – 2, gr. 328

ρ rs Real seca = (3:5) x1000, (kg/m³) 2637

α Absorción = ((1 – 3):3) x100 (%) 2.66 %

Tabla 4.11. Resumen de las Densidades y absorción Polvo Roca

Polvo – Roca Grueso Fino

ρ rs (kg/m³) 2637 2649

α (%) 2.66 2.04

Fracción Retenida (%) 40.5

Fracción Pasa (%) 59.5

ρ rs = ( ρ rs Grueso x Fracción Retenida + ρ rs Fino x Fracción Pasa )

100

ρ rs = ( 2637 x 40.5 + 2649 x 59 . 5 ) = 2644 (kg/m³)

100

α = ( α Grueso x Fra c ción Retenida + α Fino x Fracción Pasa )

100

α = ( 2.66 x 40.5 + 2.04 x 59.5 ) = 2.29 (%)

100

pág. 68

4.5.6.4. Cálculo de la Densidad Real Seca de la Mezcla de Agregados.

Cuando el agregado total consiste de fracciones separadas de agregado grueso, fino

y filler, todos con distintas densidades reales, los cálculos posteriores se simplifican si

se calcula la densidad real seca de la muestra de agregados:

ρ RS = 100 .

P1 + P2 + P3

ρ rs1 ρ rs2 ρ rs3

Donde:

ρ RS : Densidad Real seca de la Mezcla de Agregados

P : Porcentaje en peso de los agregados

ρ rs : Densidad real seca de los agregados

ρ RS = 100 = 2655 (kg/m³)

15 + 30 + 55

2676 2664 2644

4.5.6.5. Método para determinar la cubicidad de partículas.

Este método establece el procedimiento para determinar el contenido

porcentual de partículas chancadas, rodadas y lajeadas de la fracción de un pétreo

retenida en el tamiz de 5 mm.

Para realizar el ensayo, se toma una muestra representativa del material

retenido en el tamiz de 5 mm. Luego se determina la masa de chancado, rodado y

laja. Finalmente se calcula el porcentaje de cada una de estas fracciones presentes

en la muestra.

En las siguientes tablas se presenta el porcentaje de cada una de las

fracciones presentes en la muestra:

pág. 69


Material Masa (gr.) %

Chancado 478 86.9

Rodadora 16 2.9

Lajas 56 10.2

Masa total de la muestra, gr. 550



Chancado, gr. 239 92.3

Rodadora, gr. 8 3.1

Lajas, gr. 12 4.6


Tabla 4.14. Polvo Roca retenido en el tamiz Nº 8


Chancado, gr. 93 93

Rodadora, gr. 8 7

Lajas, gr. 7 7


4.5.6.6. Desgaste de los Ángeles.pág. 70

Muestras Gravilla 3/4 Gravilla 3/8 Polvo Roca Máximo

Desgaste de los Ángeles (%) 13.5 16.1 19.7 25

4.5.6.7. Índice de Plasticidad.

Muestras Gravilla 3/4 Gravilla 3/8 Polvo Roca

Índice de Plasticidad (%) N.P. N.P. N.P.

4.5.6.8. Dosificación de Áridos en Peso.De acuerdo a las características de los áridos, estos se mezclaron como

sigue:

Material %

Gravilla 3/4 15

Gravilla 3/8 30

Polvo Roca 55

4.1.4.- Características de la Mezcla.

Tamiz Tamiz Árido Especificación

Pulgada mm. % Pasa Banda IV-A-12

1 25 100 100

3/4 20 100 100

1/2 12.5 94 80 - 95

3/8 10 84 70 - 85

Nº 4 5 56 43 - 58

Nº 8 2.5 37 28 - 42

Nº 30 0.630 17 13 - 24

pág. 71

Pas

a (%

)Nº 50 0.315 12 8 - 17

Nº 100 0.160 8 6 - 12

Nº 200 0.080 7 4 - 8

Granulometría

% Arido que Pas a Banda de Es pecificacion

10

0

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

0,01 0,1 1 10 100

Tamiz (mm)

4.2.- Ensaye Marshall.

El ensaye marshall para mezclas asfálticas para pavimentación puede

emplearse para proyecto en laboratorio y comprobación en obra de las mezclas que

contienen betún asfáltico y áridos cuyo tamaño máximo no exceda 1”. Las principales

pág. 72

características del ensaye son el análisis densidad – huecos y los ensayes de

estabilidad y fluencia sobre probetas de mezcla compactada.

Se preparan probetas de 2 ½” (6.35 cm.) de espesor y 4” (10 cm.) de

diámetro, mediante procedimientos específicos de calentamiento, mezclado y

compactación (8.302.40 del M.C.-V8 (ex LNV 24)). Se determina la densidad y

huecos de la probeta compactada, que a continuación se calienta a 60 ºC para la

realización de los ensayes marshall de estabilidad y fluencia. La probeta se coloca

entre unas mordazas especiales indicadas en la figura 5.1. y se carga imponiéndole

una deformación de 5 cm./min. La carga máxima registrada durante el ensaye, en

libras, se designa como estabilidad Marshall de la probeta. La deformación producida

desde el principio de la aplicación de la carga hasta que ésta ha alcanzado su valor

máximo es la fluencia de la probeta, que suele expresarse en centésimas de

pulgada. Se prepara una serie de probetas con contenido de asfalto variables por

encima y por debajo del óptimo estimado, ensayándolas por el procedimiento que

acabo de describir. Usualmente se preparan 3 probetas por cada contenido de

asfalto.

Los datos obtenidos se emplean para establecer el contenido de asfalto

a mezcla y para determinar alguna de sus características físicas.

Fig. 4.1. Ensaye Marshall de estabilidad y fluencia. (Instituto del Asfalto, Manual de

Asfalto).

4.2.1.- Parámetros Marshall (Asfalto Convencional).pág. 73

4.2.1.1.- Calculo de la Densidad (8.302.38 del M.C. (ex LNV 13)).

En este ensayo existen 2 métodos diferentes, el método A “Probetas Cubiertas

con Parafina” y el método B “Probetas con Superficie Saturada Seca”

Método B:Se determina el porcentaje de agua absorbida con la siguiente expresión:

G = A x 1000

B – C

Donde:

G : Densidad de la probeta.

A : Masa de la probeta seca (gr.).

B : Masa de la probeta saturada superficialmente seca (gr.).

C : Masa de la probeta sumergida (gr.).

G 1 = 1150 x 1000 = 2337 (kg/m³)

1150 – 658

G 2 = 1151 x 1000 = 2330 (kg/m³)

1151 – 657

G 3 = 1150 x 1000 = 2323 (kg/m³)

1150 – 655

G = G 1 + G 2 + G 3

3

G = 2337 + 2330 + 2323 = 2330 (kg/m³)

3

En la tabla 4.15. se presentan las densidades obtenidas de cada una de las

mezclas asfálticas.

pág. 74

4.2.1.2.- Análisis de Huecos.

En este análisis se debe calcular la cantidad de vacío en la mezcla

compactada (Va) y el porcentaje de vacíos en el agregado mineral (VAM), según se

indica a continuación:

4.2.1.2.1.- Huecos de Aire en la Mezcla (Va).

El porcentaje de huecos en la mezcla, se calcula de acuerdo a la siguiente

formula:

Va = 100 x Dmm – G

Dmm

Donde:

Va : Porcentaje de huecos de aire en la mezcla (%).

Dmm : Densidad máxima de la mezcla (kg/m³).

G : Densidad de la mezcla compactada (kg/m³) (ex LNV 13

Va = 100 x 2447 – 2330 = 4.8 (%)

2447

En la tabla 4.15. se presenta el porcentaje de huecos en la mezcla obtenidas

de cada una de las mezclas asfálticas.

El término Dmm se calcula de la siguiente manera:

Dmm = A X 1000

A + D – E

Donde:


pág. 75

A : Masa de la muestra seca en aire (gr.).

D : Masa del matraz con agua a 25º C. (gr.).

E : Masa del matraz con agua y la muestra a 25º C (gr.).

Dmm = 2295 X 997.1 = 2447 (kg/m³)

2295 + 11805 - 13210

En la tabla 4.15. se presenta el Dmm obtenido de cada una de las mezclas

asfálticas.

4.2.1.2.2.- Vacíos en el Agregado Mineral (V.A.M.).

El porcentaje de vacíos del agregado mineral (V.A.M.), se calcula de acuerdo

a la siguiente formula:

VAM = 100 - G x 100 x 100

ρ Rs (100 + Pb)

Donde:

VAM : Porcentaje de vacío en los agregados minerales (%).

G : Densidad de la mezcla compactada (kg/m³).

ρrs : Densidad real seca del agregado (kg/m³).

Pb : Porcentaje de asfalto referido al agregado (%).

La densidad real seca del agregado (ρrs), se calcula de la siguiente manera:

VAM = 100 - 2330 x 100 x 100 = 16.8 (%)

2655 (100 + 5.5)

En la tabla 4.15. se presenta el V.A.M. obtenido de cada una de las mezclas

asfálticas

pág. 76

4.2.1.3.- Huecos Llenos con Asfalto (V11).

Los Huecos llenos con asfalto se calculan de acuerdo a la fórmula:

V11 = 100 – Va x 100

V.A.M.

Donde:

V11 : Porcentaje de huecos llenos de asfalto (%)


V.A.M.: Porcentaje de vacío en los agregados minerales (%).

V11 = 100 – 4.8 x 100 = 71 (%)

16.8

En la tabla 4.15. se presenta el V11 obtenido de cada una de las mezclas

asfálticas.

Tabla 4.15.

75 golpes por capa Rangos

Bitumix (% gr. Ag.) 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

Densidad (kg/m³) 2295 2314 2330 2328 2327

Dmm (kg/m³) 2481 2464 2447 2431 2415

Huecos (%) 7.5 6.1 4.8 4.1 3.6 4 – 6

V.A.M. (%) 17.2 17.0 16.8 17.2 17.7 Min. 14

Huecos Llenos (%) 56 64 71 76 80

Fluencia (0.01”) 11.0 11.7 13.0 14.2 15.1 8 – 16

Estabilidad (N) 10356 10970 11702 11155 10078 Min. 9000

pág. 77

4.2.1.4.- Determinación del Contenido Óptimo de asfalto.

Se determina el contenido óptimo de asfalto de la mezcla considerando la

densidad, estabilidad y huecos en la mezcla, de dichos cálculos se determinan los

porcentajes de asfalto (Pb) que entregan:

- Máxima estabilidad (Pb1).

- Máxima densidad (Pb2).

- Contenido de asfalto para un 5% de huecos (Pb3).

El contenido óptimo de asfalto se calcula como la medida aritmética de los tres

valores obtenidos, es decir:

Pb optimo = Pb1 + Pb2 + Pb3

3

Finalmente se debe verificar que el contenido óptimo de asfalto obtenido, con

una tolerancia de ± 0,3 puntos porcentuales, cumpla con todos los requisitos de

calidad exigidos a la mezcla.

Procedencia : Bitumix

Temperatura de mezclado probetas : 150º C ± 3º C

Temperatura de compactación probetas : 141º C ± 3º C

Según L.N.V.-46 : Optimo por estabilidad : 5.5 (%)

Optimo por densidad : 5.6 (%)

Óptimo para 5 % huecos: 5.4 (%)

Optimo a usar : 5.5 ± 0.3 (%)

pág. 78

4.2.1.5.- Mezcla de Trabajo.

Tamiz Tamiz Mezcla Banda Trabajo

Pulgada mm. % Pasa

1 25 100 100

3/4 20 100 100

1/2 12.5 94 80 - 95

3/8 10 84 70 - 85

Nº 4 5 56 43 - 58

Nº 8 2.5 38 28 - 42

Nº 30 0.630 19 13 - 24

Nº 50 0.315 12 8 - 17

Nº 100 0.160 8 6 - 12

Nº 200 0.080 6 4 - 8

pág. 79

Bitumix (% ref. agregado) 5.5 ± 0.3

Densidad Marshall (kg/m³) 2330

Temperatura de mezclado (º C) 150º C ± 3º C

Temperatura de compactación (º C) 141º C ± 3º C

Obs.: La dosificación de los áridos para efecto de la alimentación es en frió,

debe modificarse de acuerdo a la dispersión de sus granulometrías en el transcurso

de la obra.

4.2.1.6.- Gráficos Parámetros Marshall.

pág. 80

4.2.2.- Parámetros Marshall (Asfalto Modificado con Polímero).

4.2.2.1.- Calculo de la Densidad (8.302.38 del M.C. (ex LNV 13)).

En este ensayo existen 2 métodos diferentes, el método A “Probetas Cubiertas

con Parafina” y el método B “Probetas con Superficie Saturada Seca”

Método B:

pág. 81

Se determina el porcentaje de agua absorbida con la siguiente expresión:

G = A x 1000

B – C

Donde:

G : Densidad de la probeta.

A : Masa de la probeta seca (gr.).

B : Masa de la probeta saturada superficialmente seca (gr.).

C : Masa de la probeta sumergida (gr.).

G 1 = 1151 x 1000 = 2368 (kg/m³)

1154 – 668

G 2 = 1151 x 1000 = 2383 (kg/m³)

1155 – 672

G 3 = 1152 x 1000 = 2351 (kg/m³)

1154 – 664

G = G 1 + G 2 + G 3

3

G = 2368 + 2383 + 2351 = 2367 (kg/m³)

3

En la tabla 4.16. Se presentan las densidades obtenidas de cada una de las

mezclas asfálticas.

4.2.2.2.- Análisis de Huecos.

En este análisis se debe calcular la cantidad de vacío en la mezcla

compactada (Va) y el porcentaje de vacíos en el agregado mineral (V.A.M.), según

se indica a continuación:

4.2.2.2.1.- Huecos de Aire en la Mezcla (Va).

pág. 82

El porcentaje de huecos en la mezcla, se calcula de acuerdo a la siguiente

formula:

Va = 100 x Dmm – G

Dmm

Donde:



G : Densidad de la mezcla compactada (kg/m³) (ex LNV 13).

Va = 100 x 2501 – 2367 = 5.4 (%)

2501

En la tabla 4.16. se presenta el porcentaje de huecos en la mezcla obtenidas

de cada una de las mezclas asfálticas.

pág. 83

El término Dmm se calcula de la siguiente manera:

Dmm = A X 1000

A + D – E

Donde:


A : Masa de la muestra seca en aire (gr.).

D : Masa del matraz con agua a 25º C. (gr.).

E : Masa del matraz con agua y la muestra a 25º C (gr.).

Dmm = 2293 X 997.1 = 2501 (kg/m³)

2293 + 11799 - 13178

En la tabla 4.16. se presenta el Dmm obtenido de cada una de las mezclas

asfálticas.

4.2.2.2.2.- Vacíos en el Agregado Mineral (V.A.M.).

El porcentaje de vacíos del agregado mineral (V.A.M.), se calcula de acuerdo

a la siguiente formula:

VAM = 100 - G x 100 x 100

ρ Rs (100 + Pb)

Donde:

VAM : Porcentaje de vacío en los agregados minerales (%).

G : Densidad de la mezcla compactada (kg/m³).

ρrs : Densidad real seca del agregado (kg/m³).

Pb : Porcentaje de asfalto referido al agregado (%).

La densidad real seca del agregado (ρrs), se calcula de la siguiente manera:

VAM = 100 - 2367 x 100 x 100 = 15.5 (%)

2655 (100 + 5.5)

En la tabla 4.16. se presenta el V.A.M. obtenido de cada una de las mezclas

asfálticas.

4.2.2.3.- Huecos Llenos con Asfalto (V11).

pág. 84

Los Huecos llenos con asfalto se calculan de acuerdo ha la formula:

V11 = 100 – Va x 100

V.A.M.

Donde:

V11 : Porcentaje de huecos llenos de asfalto (%)


V.A.M.: Porcentaje de vacío en los agregados minerales (%).

V11 = 100 – 5.4 x 100 = 65 (%)

15.5

En la tabla 4.16. se presenta el V11 obtenido de cada una de las mezclas

asfálticas.

Tabla 5.16.

75 golpes por capa Rangos

AsfalChile Mobil (% gr. Ag.) 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

Densidad (kg/m³) 2317 2337 2367 2334 2328

Dmm (kg/m³) 2522 2505 2501 2450 2430

Huecos (%) 8.1 6.7 5.4 4.7 4.2 4 – 6

V.A.M. (%) 16.4 16.2 15.5 17.1 17.7 Min. 14

Huecos Llenos (%) 51 59 65 73 76

Fluencia (0.01”) 11.5 12 13.5 15.5 18 8 – 16

Estabilidad (N) 18973 20594 23508 14221 12799 Min. 9000

4.2.2.4.- Determinación del Contenido Óptimo de asfalto.

Se determina el contenido óptimo de asfalto de la mezcla considerando la

densidad, estabilidad y huecos en la mezcla, de dichos cálculos se determinan los

porcentajes de asfalto (Pb) que entregan:

- Máxima estabilidad (Pb1).

pág. 85

- Máxima densidad (Pb2).

- Contenido de asfalto para un 5% de huecos (Pb3).

El contenido óptimo de asfalto se calcula como la medida aritmética de los

tres valores obtenidos, es decir:

Pb optimo = Pb1 + Pb2 + Pb3

3

Finalmente se debe verificar que el contenido óptimo de asfalto obtenido,

con una tolerancia de ± 0,3 puntos porcentuales, cumpla con todos los requisitos

de calidad exigidos a la mezcla.

Procedencia : AsfalChile Mobil

Temperatura de mezclado probetas : 184º C ± 5º C

Temperatura de compactación probetas : 167º C ± 10º C

Según L.N.V.-46 : Optimo por estabilidad : 5.4 (%)

Optimo por densidad : 5.5 (%)

Óptimo para 5 % huecos: 5.8 (%)

Optimo a usar : 5.6 ± 0.3 (%)

4.2.2.5.- Mezcla de Trabajo.

Tamiz Tamiz Mezcla Banda Trabajo

Pulgada mm. % Pasa

1 25 100 100

3/4 20 100 100

1/2 12.5 94 80 - 95

3/8 10 84 70 - 85

Nº 4 5 56 43 - 58

Nº 8 2.5 38 28 - 42

Nº 30 0.630 19 13 - 24

Nº 50 0.315 12 8 - 17

Nº 100 0.160 8 6 - 12

Nº 200 0.080 6 4 - 8

pág. 86

AsfalChile Mobil (% ref. agregado) 5.6 ± 0.3

Densidad Marshall (kg/m³) 2367

Temperatura de mezclado (º C) 184º C ± 5º C

Temperatura de compactación (º C) 167º C ± 10º C

Obs.: La dosificación de los áridos para efecto de la alimentación es en frió,

debe modificarse de acuerdo a la dispersión de sus granulometrías en el transcurso

de la obra.

4.2.2.6.- Gráficos Parámetros Marshall.

pág. 87

4.3.-Ensaye

de

Compresión.

pág. 88

pág. 89

Den

sida

d (K

g/m

3)E

stab

ilida

d (N

)

4.2.3.- Gráficos Parámetros Marshall Asfalto convencional v/s Asfalto

Modificado con Polímero

Densidad v/s % Asfalto

Asfalto Convencional Asfalto Modificado

2370

2350

2330

2310

2290

4,5 5 5,5 6 6,5

% Asfalto

Estabilidad v/s % Asfalto


25000

22000

19000

16000

13000

1000

% Asfalto

pág. 90

% H

ueco

sFl

uenc

ia (0

,01"

)

Fluencia v/s % Asfalto


18

16

14

12

10

4,5 5 5,5 6 6,5

% Asfalto


9

7

5

3

4,5 5 5,5 6 6,5

pág. 91

% V

acío

s en

el

Agr

egad

o M

iner

al

% Asfalto

% Vacío en el Agregado Mineral v/s % Asfalto


18

17,5

17

16,5

16

15,5

15

4,5 5 5,5 6 6,5

% Asfalto

pág. 92

4.3.- Ensaye de Compresión.

Los moldes deberán ser de metal u otro material resistente, de superficies

interiores lisas, libres de saltaduras, hendiduras o resaltes. Las superficies de los

moldes que entran en contacto con el asfalto se untaran con una delgada película

que prevenga la adherencia y no reaccione con los componentes del asfalto.

Para efectuar el ensaye se limpiaran las superficies de contacto de las placas

de carga y de la probeta y colocar la probeta en la maquina de ensayo alineada y

centrada. Se acerca la placa superior de la maquina de ensayo y asentarla sobre la

probeta de modo de obtener un apoyo lo mas uniforme posible, luego se aplica la

carga en forma continua y sin choques a velocidad uniforme.

4.3.1.- Asfalto Convencional.

Características de los Probetas

Muestra Altura diámetro Área P. Aire P. Agua P. SSS Den.

Nº (mm) (mm) (mm) (gr.) (gr.) (gr.) (kg/m³)

1 60.13 100.15 7876 1159 674 1160 2385

2 60.14 100.14 7876 1139 658 1142 2353

3 60.18 100.14 7876 1151 660 1155 2335

Resultados

Muestra Carga máxima Rc

Nº (KN) kg/cm2

1 54 90

2 55 92

3 55 92

pág. 93

R. c

. (K

g/cm

2)4.3.1.1.- Gráfico Resistencia de Compresión Asfalto Convencional.

Muestra v/s Resistencia a la Compresión

93

92

91

90

89

88

1 2 3

N° Muestra

4.3.2.- Asfalto Modificado con Polímero.

Características de los Probetas

Muestra Altura diámetro Área P. Aire P. Agua P. SSS Den.

Nº (mm) (mm) (mm) (gr.) (gr.) (gr.) (kg/m³)

pág. 94

1 60.13 100.15 7876 1160 675 1161 2387

2 60.16 100.14 7876 1138 657 1141 2351

3 60.23 100.15 7876 1151 661 1154 2335

Resultados

Muestra Carga máxima Rc

Nº (KN) kg/cm2

1 56 94

2 55 92

3 55 92

pág. 95

R.c

. (K

g/cm

2)4.3.2.1.- Gráfico Resistencia de Compresión con Asfalto

Modificado.


95

94

93

92

91

1 2

N° Muestra

4.3.3.- Gráficos Resistencia de Compresión Asfalto convencional v/s

96

Res

iste

ncia

a la

Com

pres

íon

(Kg/

cm2)

Asfalto Modificado con Polímero.


A s falto Convencional As falto

Modificado

96

94

92

90

88

1 2

N° Muestra

97

CAPITULO V

OTROS ENSAYES.No solo es importante ensayar el asfalto y los áridos

separadamente, sino que deben realizarse ensayes sobre

combinaciones de estos materiales hasta establecer las proporciones y

características adecuadas para estas mezclas.

5.1.- Hveem.El método de Hveem para proyecto y comprobación de mezclas

asfálticas comprende los tres ensayes principales siguientes:

- Ensaye del estabilómetro.

- Ensaye del cohesiómetro.

- Ensaye del equivalente centrifugo en keroseno (CKE).

Estos ensayes se emplean para proyectar muestras en el

laboratorio. El CKE se emplea también como ensaye de obra.

Los ensayes del estabilómetro y del cohesiómetro son aplicables a

mezclas que contengan betún asfáltico o asfaltos líquidos y áridos

cuyo tamaño máximo no exceda de 1” (2.5 cm.). Las probetas de 2

½” (6.35 cm.) de altura y 4” (10 cm.) de diámetro se compactan por

procedimientos normalizados en un compactador por amasado como

el que se representa en la figura 5.1.

98

Fig. 5.1. Compactador de amasado para preparación de

probetas (Instituto del Asfalto, Manual del Asfalto).

Se determina la densidad de huecos de la probeta

compactada, que se calienta después a 60 ºC y se somete a ensaye

en el estabilómetro Hveem. Este ensaye es un tipo de ensayo triaxial

en que se aplican cargas verticales y se miden la presiones laterales

desarrolladas para determinados valores de la carga vertical. El

ensaye se representa esquemáticamente en la figura 5.2.

99

Fig. 5.2. Ensaye de estabilómetro de Hveem (Instituto del

Asfalto, Manual del Asfalto).

La probeta esta encerrada en una membrana de goma rodeada

por un líquido que transmite la presión lateral desarrollada durante el

ensayo. Los valores obtenidos durante el ensaye son de carácter

relativo. Se ha establecido la escala sobre la base de que, si la

probeta fuera un liquido, la presión lateral seria igual a la presión

vertical, en cuyo caso se considera que la estabilidad relativa es nula.

En el otro extremo de la escala se considera un solidó incompresible,

que no transmite presión vertical, y al que se atribuye una estabilidad

relativa de 90. Los ensayes sobre las mezclas asfálticas para

pavimentación dan valores comprendidos 0 -90. La estabilidad

relativa de la probeta se calcula por una formula establecida.

Usualmente, después de realizado el ensaye del estabilómetro,

se somete la probeta al ensaye de cohesiómetro, que es un ensaye de

flexión en el que la probeta

se rompe por tracción, como se ve en la figura 5.3.

Fig. 5.3. Ensaye de cohesiómetro de Hveem (Instituto del

Asfalto, Manual del Asfalto).

100

En este ensaye también se calienta la probeta a 60 ºC,

manteniéndola a esta temperatura durante el periodo de ensaye

en una cámara de termostática. La probeta se sujeta al aparato

como se muestra en la figura 5.3. y la carga se aplica a velocidad

constante en el extremo de un brazo de palanca. Cuando el brazo

de la palanca ha descendido media pulgada (12 mm.), se detiene

automáticamente la caída de la granalla empleada para aplicarla carga

y se determina su peso. El valor del cohesiómetro se determina por

una fórmula establecida.

Otra parte del método de Hveem empleada a veces es la

determinación del contenido de asfalto óptimo, estimado por un

procedimiento denominado ensaye del equivalente centrífugo en

queroseno (CKE). Se satura con queroseno la porción de los áridos de

la mezcla que pasa por el tamiz número 4, centrifugándola a

continuación. La parte que pasa por el tamiz 3/8” es retenida en el

número 4, que se considera representativa de los áridos gruesos de la

mezcla, se satura con lubricante y se deja escurrir durante 15 minutos

a 60 ºC.

Los pesos de queroseno y aceite retenidos por estos áridos se

emplean como datos en un procedimiento para calcular y estimar el

contenido óptimo de asfalto de la mezcla. Normalmente se realizan los

ensayes del estabilómetro y cohesiómetro en probetas con el

contenido del asfalto indicado por el ensaye CKE y con contenidos

de asfalto mayores y menores para establecer el contenido de asfalto

optimo y determinar estas características físicas de la mezcla

compactada.

5.2.- Hubbard – Field.

El método de Hubbard – field es un procedimiento empleado

para el proyecto en laboratorio para mezclas asfálticas para

pavimentación. El procedimiento se desarrollo originalmente para el

101

proyecto de mezclas de tipo arena – asfalto, empleando betunes

asfálticos, en las que todos los áridos pasaran por el tamiz numero 4 y

al menor el 65% por el numero 10. las partes principales del ensaye

son un análisis densidad – huecos y un ensaye de estabilidad.

Se preparan, empleando procedimientos de compactación

especificados, probetas de 2” (5 cm.) de diámetro y 1” (2.5 cm.)

de altura. Se determinan la densidad y los huecos de la probeta

compactada, que a continuación se somete al ensaye de estabilidad

Hubbard – field como se indica en la figura 5.4.

Fig. 5.4. Ensaye hubbard - field a probetas de 2” de diámetro

(Instituto del Asfalto, Manual del Asfalto).

En este ensaye, primeramente, se calientan las probetas a 60

ºC y se colocan en moldes de ensaye. Se aplican las cargas como se

indica en la figura con una velocidad de deformación de 2.4” (61 mm.)

por minuto. La probeta de 2” de diámetro se hace pasar a través de

un orificio mas estrecho, de 1.75” (45 mm.) de diámetro. La máxima

carga producida, en libras, es la estabilidad Hubbard – field.

Se preparan dos o tres probetas con cada uno de varios

contenidos de asfalto, usualmente con variaciones 0.5% por encima y

por debajo de un optimo establecido. Los valores medidos obtenidos

para cada contenido de asfalto se representan en gráficos y se

emplean para fijar el contenido óptimo. Estos datos se emplean

102

también para determinar si la mezcla cumple determinados

criterios establecidos para el contenido óptimo de asfalto.

Como el procedimiento que se describió solamente es aplicable

a mezclas asfálticas de tipo arena – asfalto, se ideo un procedimiento

modificado aplicable a mezclas asfálticas con áridos gruesos. En el

procedimiento modificado se prepara por un método especificado una

probeta de 6” (15 cm.) de diámetro y una altura de 2 ¾ a 3” (70 a 76

mm.). Se obliga a la probeta a pasar a través de un orificio de 5.75”

(14,6 cm.). El ensayo se representa esquemáticamente en la

figura 5.5. Por lo demás, el procedimiento es esencialmente

idéntico al descrito para probetas de 5 cm. de diámetro. El

procedimiento modificado no se emplea mucho por haberse observado

que las variaciones en la orientación de las partículas de los áridos

gruesos cerca del orificio del molde dan lugar frecuentemente a

valores erráticos de la estabilidad.

Fig. 5.5. Ensaye hubbard - field a probetas de 6” de diámetro

(Instituto del Asfalto, Manual del Asfalto).

103

CONCLUSIONES

De acuerdo con el estudio correspondiente al análisis experimental del

uso de Polímeros en el asfalto y en base a los resultados obtenidos, se

requiere dar a conocer como conclusiones que a continuación se

exponen:

Las mezclas elaboradas con altas temperaturas presentaron un

recubrimiento totalmente adecuado y no se presentó problema

alguno, en el mezclado ni en la compactación.

Al analizar los resultados obtenidos de estabilidad y

fluencia queda demostrado que las mezclas asfálticas elaboradas

con asfaltos modificados posee un mejor comportamiento que las

mezclas elaboradas con asfalto convencional, tal como se

esperaba, ya que la finalidad de modificar los asfalto es mejorar

sus propiedades.

Los asfaltos modificados con polímeros, tienden a volver a su

posición original una vez que se retira el esfuerzo de tensión a que

habían sido sometidos.

Por lo anterior, los objetivos que se persiguen con la modificación

de los asfaltos con polímeros, es contar con ligantes más viscosos

a temperaturas elevadas para reducir las deformaciones

permanentes (roderas), pues los asfaltos modificados presentan

una mayor recuperación de su forma, por lo tanto, menor

deformación permanente de las mezclas que componen las capas

de rodamiento.

Los asfaltos modificados con polímero, tienen una mayor

capacidad de mantener su forma bajo las presiones a los cuales

son sometidos.

Como se observó en las pruebas de laboratorio realizadas a

ambos materiales, podemos decir que el asfalto modificado con

104

polímero, debido a su alta estabilidad puede ser sometido a una

carga máxima mayor que el asfalto tradicional.

El contenido de huecos de aire (Va) es uno de los parámetro de

desempeño mas importantes de una mezcla asfáltica. Existe

acuerdo en que el rango adecuado de desempeño de una mezcla

se consigue para contenidos de vacíos de 4 % a 6 %. Para

contenidos de vacíos bajo 4 % la mezcla es muy propensa a

exudar y/o ahuellarse. Por otro lado, para contenidos de vacíos

superiores a 6 la mezcla puede sufrir excesiva oxidación,

agrietamiento prematuro y desintegración. Todos los valores

obtenidos para el optimo están dentro del rango recomendado por

el Laboratorio Nacional de Vialidad (4 % - 6 %).

El V.A.M., o contenido de vacíos en el agregado mineral, es una

propiedad que depende del agregado (forma y granulometría) y del

contenido asfáltico. Valores de V.A.M. muy bajos puede indicar que

en terreno el asfalto no tendrá suficiente espacio y que por lo tanto

podría exudar. Valores de V.A.M. muy altos también es asociado

con la ahuellamiento ya que se requiere un mayor contenido

asfáltico para cumplir con las especificaciones de diseño. Todos los

asfaltos estudiados cumplen con el requisito exigido por la norma,

es decir, un V.A.M. mayor a 14 %.

La densidad es el grado de solidez que se puede alcanzar en una

mezcla dada y que sólo está limitado por la eliminación total de los

vacíos que se encuentran entre las partículas de la masa, en el

asfalto modificado con polímero se alcanza una densidad mayor

que en el asfalto convencional, pero aun así esta muy por debajo

de la densidad máxima de la mezcla (Dmm).

El ensayo de compresión de probetas no es determinante para el

análisis comparativo que se esta realizando, debido a que en

ambos asfaltos la compresión se produce cuando los áridos se

comprimen. ya que una de las principales cualidades del asfalto

es que es un pavimento flexible. La carga máxima que soporta el

105

asfalto se mide en el ensaye marshall, específicamente en la

estabilidad.

106

Tesis 2 Informe Final

Documents

Transcript of Tesis 2 Informe Final