P ROPIEDADES DE M EZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

2.2.6. PROPIEDADES DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

2.2.6.3. FLUJO

Esta propiedad señala la deformación que tiene el pavimento cuando es sometido a esfuerzos, ya sea por compresión o tensión, ayuda para ver la carga necesaria para que el pavimento pase de deformación plástica a una deformación permanente.

2.2.7. ENSAYO DE MARSHALL

Este ensayo tiene como objetivo de diseñar una mezcla asfáltica y calcular diferentes parámetros de desenvolvimiento la cual empieza desde la preparación y compactación de muestras de mezclas bituminosas. Este ensayo sirve para varios ensayos físicos como estabilidad y flujo.

Para el diseño de este ensayo se tomarán briquetas que estarán compuestas por agregado mineral y un material bituminoso, para la investigación se trata de asfalto el cual será dosificado en distintas proporciones. En cuanto al agregado mineral solo será necesario saber la granulometría de cada uno de estos, es decir que se necesita la granulometría tanto para piedra chanchada de ¾, para piedra de ½ (Dependerá de la gradación con la que se esté trabajando, en caso de MAC 2 no se utilizará piedra de ¾), arena chanchada y arena zarandeada. Una vez que se tengan los resultados granulométricos de cada uno de los agregados, se procede a diseñar de la siguiente manera: Para el diseño de una briqueta tomamos como peso de este 1250 gr, del cual tendremos una proporción de asfalto y una proporción de agregado mineral. Luego de tener la proporción de agregado mineral con respecto al peso total de la muestra, se procede a sacar la proporción de cada tipo de agregado, el cual dependerá de un porcentaje calculado por tanteo para que nuestro uso este dentro de los propuesto por la norma. Secuencialmente se procederá a tener el porcentaje necesario de cada material y de cada tamaño. Este proceso se realizará para cada dosificación

de asfalto es decir si tengo 5 puntos de control, se procederá a realizar este proceso 5 veces, obteniendo 5 diseños para Marshall. Luego de esto sabiendo las cantidades a necesitar, se procede a pesar los agregados según el diseño siempre y cuando el agregado se encuentre seco, siendo el caso contrario primero se tendrá que secar el material en estufa o en el horno.

Una vez pesado las cantidades, se procede a calentar el asfalto y se vierte en la tara o recipiente en el que se encuentre el agregado, para pesarlos de manera conjunta, hasta que el peso sea de 1250 gr. Teniendo ya la mezcla se procede a calentar la mezcla y verterla en los moldes de Marshal de 6 x 4.5” para luego apisonarla 75 veces por ambos lados.

Cuando ya se tengan los moldes, se tendrá que medir las dimensiones de esta, es decir su altura y espesor, luego se procederá a pesar la muestra la cual conoceremos como peso seco, ya que luego de esto para proceder a roturar se tendrá que meter la muestra por 30 minutos en baño maría a una temperatura de 60°, luego sacarla y pesarla nuevamente sumergido en la canastilla. Una vez hecho esto se procede a roturar y hacer la lectura de las propiedades descritas en las anteriores bases teóricas.

2.2.8. ENSAYO DE INMERSIÓN - COMPRESIÓN

Este ensayo tiene como finalidad determinar la pérdida de estabilidad que sucede por la acción del agua en las mezclas bituminosas compactadas que fueron elaboradas con material bituminoso, de igual manera este ensayo pretende determinar un índice numérico de la pérdida producida al comparar la resistencia a compresión simple de las probetas curadas al aire con la resistencia a compresión simple de probetas duplicadas que se han saturado.

Con este ensayo se puede valorar el comportamiento de las mezclas asfálticas en caliente al ser sometidas a la acción del agua y como afecta a cada uno de los componentes de la mezcla, luego también ayuda a determinar un contenido óptimo de asfalto residual en la mezcla de áridos de composición y granulometría determinados, ensayando series de probetas con diferentes contenidos de asfalto.

Para la ejecución de este ensayo se necesitarán:

- Moldes y Pistones: 4” de diámetro interno y 4” de altura

- Soportes: Sirve para soportar el molde a 10,6 mm por encima de la base de sustentación del pistón inferior.

figura 4: Moldes con orificios. Fuente (anónima)

- Prensa con capacidad de 20T para realizar la compactación de las probetas. La prensa deberá tener dos placas de apoyo de acero, la inferior fija y la superior con asiento esférico, coincidiendo el centro de la superficie esférica con el centro de la placa.

figura 5 : Prensa de compactación. Fuente (Anónima) - Extractor de probetas para facilitar la extracción de la probeta del molde.

- Balanza con capacidad de 2kg y sensibilidad 0,1 gr - Baño de Agua con control de +-1°C

- Mezcladora mecánica - Material Diverso

Su proceso se realizará de la siguiente manera a diferencia que en nuestra investigación se realizará el mismo procedimiento, pero con asfalto debido a que en la presente investigación se trabaja con mezclas asfálticas en caliente:

figura 6: Proceso del ensayo Inmersión Compresión. Fuente (MANUFACTURAS Y PROCESO INDUSTRIALES LTDA.)

ESPECIFICACIÓN TÉCNICA DEL ENSAYO

MTC E 518 EFECTO DEL AGUA EN LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE MEZCLAS BITUMINOSAS COMPACTADAS

1.0 OBJETO

1.1 Determinar el efecto del agua a la resistencia a la compresión de mezclas bituminosas

compactadas que contienen cemento asfáltico.

2.0 FINALIDAD Y ALCANCE

2.1 Este método de prueba abarca la medida de la pérdida de resistencia a la compresión resultante de la acción del agua en mezclas bituminosas compactadas conteniendo cemento asfáltico. Un índice numérico de la reducción de la resistencia a la compresión es obtenido por la comparación de la resistencia a la compresión de especímenes recién moldeados y curados con la resistencia a la compresión de especímenes duplicados que han sido sumergidos en agua bajo condiciones prescritas.

2.2 Este método de ensayo es útil como un indicador de la susceptibilidad a la humedad de mezclas agregado – bitumen, compactadas.

3.0 REFERENCIAS NORMATIVAS

3.1 ASTM D 1075: “Standard Test Method for Effect of Water on Compressive Strength of Compacted Bituminous Mixtures”.

4.0 EQUIPOS, MATERIALES E INSUMOS

4.1 Uno o más baños de agua controlados automáticamente serán proporcionados para la inmersión de los especímenes. Los baños serán del tamaño suficiente para permitir la inmersión total de los especímenes de prueba. Ellos también serán diseñados y equipados como para permitir un control correcto y uniforme de la temperatura de inmersión entre

±1ºC. Ellos serán construidos de una línea de cobre, acero inoxidable u otro material no

tratada de otra manera para eliminar electrolitos y el baño será vaciado, limpiado y llenado con agua fresca por cada serie de ensayos.

4.2 Un baño de agua controlado manualmente o automáticamente también será proporcionado para que los especímenes sumergidos alcancen la temperatura de 25 ± 1ºC para los ensayos de compresión. Cualquier cazuela o tanque puede ser usado si está provista de tamaño suficiente para permitir la inmersión total de los especímenes.

4.3 Se requerirá de una balanza y baño de agua con equipos y accesorios adecuados para el pesado de los especímenes de ensayo en aire y agua a fin de determinar sus densidades, la cantidad de absorción y cualquier cambio en el volumen del espécimen resultado de la prueba

de inmersión.

4.4 Se requerirá también de un suministro de platos de transferencia planos de vidrio u otro material no-reactivo. Uno de estos platos será mantenido debajo de cada espécimen durante el período de inmersión y durante la posterior manipulación, excepto en el pesado y ensayo a fin de prevenir la rotura y distorsión de los especímenes.

5.0 MUESTRA

5.1 Por lo menos 6 especímenes cilíndricos de 101,6 por 101,6 mm serán hechos por cada ensayo. El procedimiento descrito en el método de prueba MTC E 513 será seguido en la preparación de la mezcla suelta y en el moldeo y curado de los especímenes de ensayo.

Nota 1. Este método de ensayo fue desarrollado para medir la pérdida de la resistencia a la

compresión debido al agua para especímenes diseñados con aproximadamente 6% de vacíos de aire por el procedimiento de compactación del método de ensayo MTC E 513. Cuando es usado con mezclas diseñadas por otros métodos, es posible que los especímenes sean compactados a algún otro nivel de vacíos que puedan influir los resultados. Algunas agencias han establecido un porcentaje de vacíos de aire o densidad objetivo a los cuales los especímenes deberían ser compactados. Esto es logrado por la modificación de la carga en el moldeo y curado de los especímenes de ensayo.

5.2 Determinación de la Gravedad Específica bulk de los especímenes de prueba.

5.2.1 Dejar enfriar cada serie de 6 especímenes de prueba por lo menos 2h después sacarlos del curado del horno descrito en el método de prueba MTC E 513. Determinar la gravedad específica de cada espécimen de acuerdo con las secciones de procedimiento (especímenes completamente secos) y cálculo (gravedad específica bulk) del método de prueba MTC E 514

ó ASTM D 6752.

Nota 2. El cálculo de los vacíos de aire puede depender del método de ensayo usado para

determinar la gravedad específica bulk de la muestra compactada.

6.0 PROCEDIMIENTO

6.1 Clasificar cada serie de 6 especímenes de prueba en 2 grupos de 3 especímenes cada uno de tal forma que la gravedad específica de los especímenes en el grupo 1 sea esencialmente la misma que para el grupo 2. Ensaye los especímenes en el grupo 1 como se describe en 6.1.1.

Ensaye los especímenes del grupo 2 como se describe en 6.1.2 a menos que el procedimiento

alternativo descrito en 6.1.3 sea especificado.

6.1.1 Grupo 1.- Llevar los especímenes de prueba a la temperatura de ensayo 25 ± 1ºC por medio de almacenarlos en un baño de aire mantenido a la temperatura de ensayo por no menos de 4 horas y determinar sus resistencias a la compresión de acuerdo con el método de ensayo MTC E 513.

6.1.2 Grupo 2.- Sumergir los especímenes de prueba en agua por 24 horas a 60 ± 1ºC.

Transferirlos al segundo baño de agua mantenido a 25 ± 1ºC y guardarlos por 2 horas.

Determine la resistencia a la compresión de los especímenes de acuerdo con el método de

prueba MTC E 513.

6.1.3 Grupo 2 (procedimiento alternativo). - sumergir los especímenes de prueba en agua por 4 días a 49 ± 1ºC transferirlos al segundo baño de agua mantenido a 25 ± 1ºC y guardarlos

allí por 2 horas. Determine la resistencia a la compresión de los especímenes de acuerdo con

el método de prueba MTC E 513.

7.0 CALCULOS E INFORME

7.1 CALCULOS

7.1.1 Calcular el índice numérico de la resistencia de mezclas bituminosas al efecto dañino del agua, como el porcentaje de la resistencia original que es retenida después del periodo de inmersión como sigue:

Índice de resistencia retenida, % = (S2/S1) x100

Donde:

S1 = Resistencia a la compresión de especímenes secos (grupo 1)

S2 = Resistencia a la compresión de especímenes sumergidos (grupo 2)

8.0 PRECISION Y DIPERSION

8.1 PRECISION

8.1.1 Precisión de un solo operador- La desviación Standard de un solo operador se ha encontrado que es 6% (ver nota 2), Por lo tanto, los resultados de dos ensayos conducidos

adecuadamente por el mismo operador en el mismo material no deberían diferir por más de

18% (ver nota 3).

Nota 3. Estos números representan, respectivamente los límites (1s) y (d2s) como lo descrito en la práctica ASTM C 670.

8.1.2 Precisión Multilaboratorio – La desviación estándar multilaboratorio se ha encontrado que es 18% (ver nota 2), Por lo tanto, los resultados de 2 ensayos conducidos adecuadamente por 2 laboratorios diferentes en muestras idénticas del mismo material, no deberían diferir por más de 50% (ver nota 3).

2.3. BASES CONCEPTUALES

• AGREGADO: Material granular de composición mineralógica como arena, grava, escoria, o roca triturada, usado para ser mezclado en diferentes tamaños. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018).

• ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO O MECÁNICO: Procedimiento el cual sirve para saber la proporción que se tiene de cada tamaño de un material. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

• ASFALTO: Material cementante, de color marrón oscuro a negro derivado del petróleo, El asfalto se encuentra en relaciones que varían en la mayoría del crudo de petróleo.

(Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

• CAMINO: Vía terrestre para el tránsito de vehículos motorizados y no motorizados, peatones y animales, con excepción de las vías férreas. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

• CEMENTO ASFÁLTICO: Un asfalto con flujo o sin flujo, especialmente preparado en cuanto a calidad o consistencia para ser usado directamente en la construcción de pavimentos asfálticos. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

• CONTENIDO DE HUMEDAD: Volumen de agua de un material determinado bajo ciertas condiciones y expresado como porcentaje de la masa del elemento húmedo, es decir, la masa original incluyendo la sustancia seca y cualquier humedad presente.

(Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

• COMPRESIÓN: Esfuerzo generado al emplearse cargas axiales, hay varios ensayos con los que se puede encontrar esta propiedad como lo es el ensayo de compresión con prensa hidráulica para testigos de concreto como de material bituminoso. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

• TESTIGO: Muestra cilíndrica que puede ser de concreto o me alguna mezcla asfáltica (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018).

• VACÍOS: Son los espaciamientos que existen en una muestra compactada la cual se encuentra rodeada de partículas de asfalto. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018).

2.4. HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN 2.4.1. HIPÓTESIS GENERAL

La implementación del ensayo inmersión compresión mejora significativamente la evaluación del desempeño del pavimento de mezcla asfáltica en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019.

2.4.2. HIPÓTESIS ESPECIFICA

a. El ensayo de inmersión compresión mejora significativamente la evaluación del efecto del agua en la resistencia a la compresión de mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019.

b. El ensayo de inmersión compresión mejora significativamente la evaluación del efecto del agua en la resistencia conservada de mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019.

c. El ensayo de inmersión compresión ayuda al ensayo de Marshall a evaluar significativamente el efecto del agua en el desempeño de mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019.

2.5. VARIABLES E INDICADORES 2.5.1. VARIABLE INDEPENDIENTE

Mezcla asfáltica en caliente

Dimensión 1: Contenido de asfalto

Indicador 1: Diseño de mezcla asfáltica en caliente para el ensayo inmersión compresión.

Indicador 2: Óptimo contenido de asfalto para el Ensayo inmersión compresión.

Dimensión 2: Caracterización de agregados Indicador 1: Curva Granulométrica

Indicador 2: Uso granulométrico 2.5.2. VARIABLE DEPENDIENTE

Ensayo Inmersión compresión.

Dimensión 1: Resistencia a la compresión

Indicador 1: Resistencia promedio (Mpa) del grupo 1 en inmersión de 25°C y 24 horas por contenido de cemento asfaltico

Indicador 2: Resistencia promedio (Mpa) del grupo 2 en inmersión de 60°C y 24 horas por contenido de cemento asfaltico

Dimensión 2: Resistencia conservada

Indicador 1: Índice porcentual entre la resistencia a la compresión a 25°C y 60°C

Dimensión 3: Estabilidad y Fluencia

Indicador 1: Índice de relación de estabilidad entre el ensayo de Inmersión Compresión y el ensayo de Marshall

Indicador 2: Índice de relación de fluencia entre el ensayo de Inmersión Compresión y el ensayo de Marshall

2.5.3. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

Variables Definición Conceptual

Definición

Operacional Dimensiones Indicadores Instrumen to

Mezcla asfáltica en

caliente

Combinación de áridos (Incluido Polvo

Mineral) con un ligante

Mezcla compuesta de agregados bien

graduados y cemento asfáltico, los

cuales son calentados y mezclados en proporciones

exactas

CONTENIDO DE ASFALTO

Diseño de mezcla asfáltica en caliente para el ensayo inmersión compresión

Ficha de Diseño MAC Óptimo contenido de asfalto para el Ensayo inmersión compresión

Ficha de recolección de datos CARACTERIZ

ACIÓN DE AGREGADO

Curva granulométrica

Ficha de granulomet Huso granulométrico ría

Ensayo inmersión compresión

Determinar el desempeño del

pavimento frente al efecto

natural de las lluvias

Propiedades del pavimento

que cambian por efecto natural de las

lluvias

Resistencia a la Compresión

Resistencia promedio (Mpa) del grupo 1 en inmersión de 25°C y 24 horas por contenido de cemento asfaltico

Ficha de resultados ensayo inmersión compresión Resistencia promedio

(Mpa) del grupo 2 en inmersión de 60°C y 24 horas por contenido de cemento asfaltico Resistencia

conservada

Índice porcentual entre la resistencia a la compresión a 25°C y 60°C

Estabilidad y Fluencia

Índice de relación de estabilidad entre el ensayo de Inmersión Compresión y el ensayo de Marshall

Ficha de resultados ensayo inmersión compresión y ensayo Marshall Índice de relación de

fluencia entre el ensayo

de Inmersión

Compresión y el ensayo de Marshall

Tabla 5 Operacionalización de variable. Fuente propia

CAPÍTULO III. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN

Según (Ccanto Mallma, 2010) menciona que: las investigaciones aplicadas se desarrollan con la finalidad de resolver problemas de la practica o de la producción; busca descubrir o validar los métodos, técnicas, instrumentos o materiales que optimicen los procesos, y sus hipótesis se demuestren en términos de eficaz o ineficaz (p.65).

La presente investigación es considerada de tipo aplicada debido a que para el desarrollo de esta se utilizará como metodología la que nos plantea la Norma Española y el Manual de ensayos de materiales. De igual manera se tendrá como ejemplo investigaciones ya realizadas en otras localidades.

3.2. NIVEL DE INVESTIGACIÓN

Según (Ccanto Mallma, 2010) menciona que: los estudios explicativos van más allá de la descripción de conceptos o fenómenos o del establecimiento de relaciones entre conceptos; están dirigidos a responder a las causas de los eventos y fenómenos. Como su nombre lo indica, su interés se centra en explicar por qué ocurre un fenómeno y en qué condiciones se manifiesta, o por qué se relacionan dos o más variables (p.71).

La presente investigación es del nivel de investigación explicativo ya que tiene como propósito explicar la correlación entre la variable independiente, es decir la cantidad de mezcla asfáltica en caliente y su efecto en la variable dependiente, el ensayo de

inmersión compresión.

3.3. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN

Se eligió como método de investigación el método científico ya que este es el método que se plantea en la investigación para descubrir las formas de existencia de los procesos objetivos, para separar las conexiones internas y externas, para tener de manera general y profundizar los conocimientos así adquiridos, para poder probarlos con rigor en el experimento y con las técnicas de su aplicación (Ruiz, 2007).

En esta investigación se aplicará este método ya que utilizaremos procesos objetivos en cual constará en observar y definir nuestro problema que queremos resolver el cual es el desgaste que sufre el pavimento a causa de las lluvias, tener nuestra hipótesis la cuál es que nuestro ensayo planteado mejorará el problema mencionado para luego proceder con nuestra experimentación y finalmente tener nuestras conclusiones. Todo con la finalidad de poder profundizar el conocimiento en el mejoramiento del desempeño del pavimento al implementar el ensayo de inmersión compresión.

3.4. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

Un diseño experimental permite establecer una relación de causa y efecto de tratamientos donde se manipulan y controlan las variables que ejercen incidencia sobre el fenómeno. (Ramírez Gonzáles, 2005).

figura 7: Esquema de experimento y variables (Hernández Sampieri, 2014) CAUSA

(VARIABLE INDEPENDIENTE)

EFECTO (VARIABLE DEPENDIENTE)

Según Hernández Sampieri (2014) menciona que: “Dentro del diseño experimental se divide en tres clases: pre experimental, cuasi experimento y experimentos puros” (p.140).

La clase de diseño que se utilizará en nuestra investigación es de experimentos puros.

Para Hernández Sampieri (2014) Estos diseños llegan a incluir una o más variables independientes y una o más dependientes. Asimismo, se puede utilizar prepruebas y pospruebas para analizar la evolución de los grupos antes y después del tratamiento experimental. Desde luego, no todos los diseños experimentales “puros” utilizan preprueba;

mientras que la posprueba si es necesaria para determinar los efectos de las condiciones experimentales (p.141).

En la presente investigación se utiliza diseño con posprueba únicamente y grupo de control, ya que la finalidad de la investigación es ver como los valores de la estabilidad, fluencia e índice de relación del pavimento cambia con la introducción de nuestro ensayo de inmersión compresión. Nuestra estructura de diseño quedaría de la siguiente manera.

figura 8: Diagrama de diseño con pos-prueba únicamente y grupo de control En la cual:

R: Aleatoriedad para elegir los grupos.

G1 y G2: Grupo de briquetas con diferentes contenidos de cemento asfaltico.

X: Ensayo de inmersión compresión.

___: En el grupo G2 no hay ensayo de inmersión compresión.

01: Desempeño frente a precipitaciones con el ensayo de inmersión compresión.

02: Desempeño frente a precipitaciones con el ensayo de Marshall.

Las circunstancias en la que se ha manipulado la variable independiente, es decir de la mezcla asfáltica en caliente viene a ser con el aumento del porcentaje de cemento asfaltico y que está dado por el rango de variación de 4% a 6%, detallado en el desarrollo de la investigación.

3.5. POBLACIÓN Y MUESTRA

Para poder definir la muestra y delimitar nuestra población determinamos la unidad de análisis, que para la presente investigación son las briquetas de cemento asfaltico.

3.5.1. POBLACIÓN

Para el presente estudio se utiliza como población las Briquetas de mezcla asfáltica en caliente en el distrito de Huancayo, provincia Huancayo, región Junín en el 2019.

3.5.2. MUESTRA

Se utiliza 15 briquetas de cemento asfaltico de mezcla en caliente, para el diseño básico de Marshall.

Se utiliza 150 briquetas de cemento asfaltico de mezcla en caliente, para el ensayo inmersión compresión. La muestra se determinó de acuerdo a los porcentajes de cemento asfaltico que puede contener una briqueta y que está establecido en la norma del MTC y que está en el rango de 4 a 6.5.

Muestras para ensayo de Marshall: 15 briquetas cilíndricas de Ø 4”, h = 2.5”

- 3 briquetas con 4% de contenido de cemento asfaltico.

- 3 briquetas con 4.5% de contenido de cemento asfaltico.

- 3 briquetas con 5% de contenido de cemento asfaltico.

- 3 briquetas con 5.5% de contenido de cemento asfaltico.

In document Universidad Nacional del Centro del Perú (página 39-50)