INGENIERA CIVIL Huancayo – Perú 2020

(1)

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

TESIS

PRESENTADO POR:

Bach. CONTRERAS CHAVEZ, JONATAN LOREN

ASESOR:

M.SC.ING.AUGUSTO GARCIA CORZO

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE

INGENIERA CIVIL Huancayo – Perú

2020

EFECTO DE LA INCORPORACIÓN DE RELLENO MINERAL SOBRE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS

DEL ASFALTO EN FRÍO (MÉTODO ILLINOIS),

HUANCAYO 2018

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ASESOR

M.SC.ING.AUGUSTO GARCIA CORZO

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DEDICATORIA

A Dios por su eterna iluminación, a mis padres Lorenzo y Delfina por ser la inspiración en cada amanecer de mi vida.

A mi hermano José Luis por ser un luchador de toda la vida, a mis hermanas Grisel y Marielena por siempre confiar en mi ¡Gracias!, a mi hermanito Alexis que sea una motivación personal.

A mi esposa Nadia por ser la primera alegría en cada amanecer y el mejor cobijo al final del día.

A Iker mi hijo por ser quien da el latido a mi corazón, y en especial a mi abuelo Santiago Contreras por enseñarme el secreto del éxito ¡Gracias papito!

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AGRADECIMIENTO

A Dios por seguir mis pasos protegiéndome y bendiciéndome en cada momento.

A mis maestros de Facultad de Ingeniería Civil – UNCP por los conocimientos impartidos durante la formación profesional.

A la Universidad Nacional del Centro del Perú, por permitirme ser parte de los momentos inolvidables en aquellas aulas llenas de amistad y conocimiento.

A todos que intervinieron directa o indirectamente en el desarrollo de esta investigación.

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INDICE

DEDICATORIA ... III AGRADECIMIENTO ... IV INDICE DE TABLAS ... IX INDICE DE FOTOGRAFIAS ... XII INDICE DE ILUSTRACIONES ... XIII INDICE DE CUADROS ... XIV RESUMEN ... XVI ABSTRACT ... XVII INTRODUCCIÓN ... XVIII

CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. Descripción de la realidad Problemática ... 20

1.2. Formulación del problema ... 22

1.2.1. Problema general ... 22

1.2.2. Problemas específicos ... 22

1.3. Objetivos de la investigación ... 22

1.3.1. Objetivo general ... 22

1.3.2. Objetivos específicos ... 22

1.4. Justificación de la investigación ... 23

1.4.1. Justificación practica ... 23

1.4.2. Justificación metodológica ... 23

1.5. Formulación de Hipótesis ... 23

1.5.1. Hipótesis general ... 23

1.5.2. Hipótesis específicas ... 24

1.6. Delimitación de la investigación ... 24

1.6.1. Delimitación Espacial ... 24

1.6.2. Delimitación Temporal ... 24

1.7. Limitaciones ... 25

1.7.1. Limitación de espacio ... 25

1.7.2. Limitación de tiempo ... 25

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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes de la investigación ... 26

2.1.1. Antecedentes Internacionales ... 26

2.1.2. Antecedentes Nacionales ... 27

2.2. Bases teóricas ... 29

2.2.1. Asfalto ... 29

2.2.2. Agregados ... 36

2.2.3. Emulsión asfáltica ... 40

2.2.4. Relleno Mineral ... 55

2.2.5. Métodos de diseño de la mezcla asfáltica en frio ... 59

2.2.6. Manual Básico de las Emulsiones Asfálticas (MS-19) ... 63

2.2.7. Propiedades reológicas ... 65

2.3. Definición de términos ... 67

2.4. Variables ... 68

2.5. Operacionalización de Variables ... 68

CAPÍTULO III METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN

3.1. Método de la Investigación ... 70

3.2. Tipo de Investigación ... 70

3.3. Nivel de la Investigación... 71

3.4. Diseño de la Investigación ... 71

3.5. Población, muestra y el muestreo ... 73

3.5.1. Población ... 74

3.5.2. Muestra ... 74

3.6. Técnicas e instrumentos de la recolección de datos ... 76

3.6.1. Técnicas ... 76

3.6.2. Instrumentos en la recolección de información ... 77

3.7. Proceso estadístico de Datos ... 77

3.7.1. Técnicas estadísticas ... 77

3.8. Desarrollo metodológico del relleno mineral ... 78

3.9. Desarrollo metodológico de la mezcla asfáltica en frio ... 78

(7)

3.10. Evaluación de los materiales empleados en la mezcla ... 79

3.10.1. Análisis de los agregados ... 79

3.10.2. Caracterización físico -mecánica del agregado fino ... 80

3.10.3. Resultados de la caracterización de los agregados finos ... 83

3.10.4. Caracterización físico -mecánica del agregado grueso ... 85

3.10.5. Resultados de la caracterización de los agregados gruesos ... 89

3.10.6. Combinación de agregados ... 90

3.10.7. Emulsión de Rotura lenta Tipo CSS-1H ... 92

3.10.8. Resultados de la caracterización de la Emulsión ... 95

3.10.9. Relleno Mineral (Cal hidratada) ... 95

3.10.10.Análisis Físico-químico del agua ... 97

3.10.11.Calculo del optimo contenido del residuo asfáltico ... 97

3.10.12.Cálculo del optimo contenido de agua en la mezcla ... 99

CAPÍTULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACION

4.1. Descripción de los ensayos y procedimientos de Ingeniería ... 101

4.2. Resultados obtenidos de los ensayos realizados ... 110

4.2.1. Ensayo de recubrimiento visual dosificación optima de agua. ... 110

4.2.2. Ensayo Marshall para la óptima dosificación del residuo asfáltico. ... 111

4.2.3. Ensayo Marshall para la óptima dosificación relleno mineral ... 114

4.2.4. Ensayo de la Viga Benkelman evaluada en el tramo de prueba. ... 118

4.3. Evaluación de los resultados obtenidos en los ensayos realizados ... 120

4.3.1. Evaluación de las propiedades reológicas % residuo asfáltico. ... 120

4.3.2. Evaluación de las propiedades reológicas % relleno mineral. ... 123

4.3.3. Evaluación de la deflexión con la Viga Benkelman ... 126

4.4. Contrastación de hipótesis y coeficientes de correlación... 130

4.4.1. Evaluación estadística de la Estabilidad (Esfuerzo). ... 130

4.4.2. Evaluación estadística del Flujo (Deformación) de la mezcla. ... 145

4.4.3. Evaluación estadística de la Deflexión en el tramo de prueba. ... 160

4.5. Resumen de Resultados. ... 163

4.6. Discusión de resultados. ... 170

CONCLUSIONES ... 175

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RECOMENDACIONES ... 177 ANEXOS ... 180

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INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Valores para el cemento asfáltico graduado por su viscosidad. ... 31

Tabla 2. Clasificación de las mezclas asfálticas ... 35

Tabla 3. Cementos asfalticos en el Perú ... 36

Tabla 4. Clasificación según su tamaño del agregado pétreo ... 38

Tabla 5. Propiedad de los agregados ... 38

Tabla 6. Ensayos al agregado grueso ... 39

Tabla 7. Ensayos al agregado fino ... 39

Tabla 8. Clasificación de la Emulsión ... 49

Tabla 9. Calidad de las emulsiones aniónicas. ... 49

Tabla 10. Calidad de las emulsiones catiónicas ... 50

Tabla 11. Clasificación según el material Pétreo ... 51

Tabla 12. Características de la Cal hidratada. ... 57

Tabla 13. Especificaciones Físicos-Químicos de la Cal hidratada. ... 58

Tabla 14. Especificaciones técnicas por granulometría de la Cal hidratada. ... 58

Tabla 15. Guía para elaboración de mezclas asfálticas en frio ... 60

Tabla 16. Empleo de emulsiones en el mundo ... 60

Tabla 17. Valores para k ... 62

Tabla 18. Tipos de material para el cemento asfáltico. ... 62

Tabla 19. Método Illinois especificaciones ... 63

Tabla 20. Marshall Modificado especificaciones ... 63

Tabla 21. Instituto de Asfalto especificaciones ... 64

Tabla 22. Especificaciones en Panamá ... 64

Tabla 23. Especificaciones en Colombia ... 64

Tabla 24. Manual Akzo Nobel especificaciones ... 65

Tabla 25. Especificaciones Técnicas en Brasil ... 65

Tabla 26. Variable independiente ... 68

Tabla 27. Variable dependiente ... 68

Tabla 28. Matriz de operacionalización de variables ... 69

Tabla 29. Diseño de la investigación ... 72

Tabla 30. Equivalente de Arena del agregado fino. ... 81

Tabla 31. Gravedad específica del agregado fino. ... 81

Tabla 32. Límite Plástico del agregado fino. ... 82

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Tabla 33. Índice de durabilidad del agregado fino. ... 82

Tabla 34. Sales solubles del agregado fino. ... 83

Tabla 35. Absorción del agregado fino. ... 83

Tabla 36. Resultados de la caracterización de los agregados finos. ... 84

Tabla 37. Índice de durabilidad del agregado fino. ... 85

Tabla 38. Ensayo de abrasión los ángeles. ... 85

Tabla 39. Ensayo de adherencia en bandeja. ... 86

Tabla 40. Índice de durabilidad del agregado. ... 86

Tabla 41. Partículas chatas y alargadas. ... 87

Tabla 42. Porcentaje de partículas fracturadas. ... 88

Tabla 43. Sales solubles en el agregado grueso. ... 88

Tabla 44. Absorción del agregado del agregado grueso. ... 89

Tabla 45. Resultados de la caracterización de los agregados. ... 89

Tabla 46. Combinación de agregados. ... 91

Tabla 47. Viscosidad de Saybolt en emulsiones. ... 93

Tabla 48. Estabilidad por almacenamiento. ... 93

Tabla 49. Residuo por evaporación. ... 93

Tabla 50. Prueba del tamiz ... 94

Tabla 51. Mezcla con relleno mineral. ... 94

Tabla 52. Carga de la partícula. ... 95

Tabla 53. Resultados de la caracterización de la emulsión. ... 95

Tabla 54. Gravedad específica MTC E 205 ... 96

Tabla 55. Análisis granulométrico de la Cal Hidratada ... 96

Tabla 56. Parámetros Físico-químico del agua ... 97

Tabla 57. Ensayo visual de recubrimiento para el óptimo porcentaje de agua ... 110

Tabla 58. Ensayo Marshall para una dosificación de emulsión 8.60% ... 111

Tabla 63. Dosificaciones de residuo asfáltico aplicados al ensayo Marshall ... 113

Tabla 64. Ensayo Marshall emulsión 9.50 % con incorporación de R.M al 0.5% ... 115

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Tabla 68. Resumen de ensayo Marshall con dosificaciones de relleno mineral. ... 117

Tabla 69. Medida de la deflexión empleando la viga Benkelman (MTC E - 1002) .... 119

Tabla 70. Instituto de Asfalto especificaciones ... 120

Tabla 71. Resultado final – ensayo Marshall con 8.60% de emulsión ... 121

Tabla 76. Ensayo Marshall con 9.50% de emulsión y 0.5% de relleno mineral ... 123

Tabla 81. Comparativo de propiedades reológicas 9.50% de emulsión ... 126

Tabla 82. Definición de deflexión característica según tipo de carretera ... 128

Tabla 83. Resultados de las deflexiones máximos y mínimos ... 129

Tabla 84. Resultados de los radios de curvatura máximos y mínimos ... 129

Tabla 85. Análisis estadístico de la estabilidad: 9.50% de emulsión + 0.00% R.M .... 130

Tabla 86. Análisis estadístico de la estabilidad: 9.50% R.A + 0.50% R.M ... 131

Tabla 87. Prueba de hipótesis en una dosificación de 0.50% de R.M ... 131

Tabla 89. Prueba de hipótesis a una dosificación de 1.00% de relleno mineral ... 134

Tabla 90. Análisis estadístico: Mezcla asfáltica con 9.50% R.A + 1.50% R.M ... 136

Tabla 91. Prueba de hipótesis de la estabilidad a 1.50% de relleno mineral ... 137

Tabla 96. Análisis estadístico del Flujo: 9.50% de emulsión + 0.00% R.M ... 145

Tabla 98. Prueba de hipótesis del flujo en 0.50% de relleno mineral ... 146

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Tabla 100. Prueba de hipótesis del flujo a 1.00% de relleno mineral ... 149

Tabla 107. Análisis estadístico de la deflexión 9.50% de emulsión + 1.50% R.M .... 160

Tabla 108. Resumen de la estabilidad a diferentes dosificaciones de R.M ... 163

Tabla 109. Resumen de la estabilidad a diferentes dosificaciones ... 164

Tabla 110. Resumen de la estabilidad húmeda diferentes dosificaciones ... 164

Tabla 111. Resumen de la estabilidad húmeda ... 165

Tabla 112. Resumen del flujo a diferentes dosificaciones de relleno mineral ... 166

Tabla 113. Resumen del flujo a diferentes dosificaciones de relleno mineral ... 166

Tabla 114. Análisis estadístico de la deflexión del pavimento tramo de prueba ... 167

INDICE DE FOTOGRAFIAS Fotografía 1. Lago de Trinidad en la costa Norte de Venezuela ... 30

Fotografía 2. Cantera Rio Seco - Jauja ... 80

Fotografía 3. Granulometría del agregado ... 80

Fotografía 4. Peso de la muestra fina ... 82

Fotografía 5. Control de peso de los agregados pétreos ... 85

Fotografía 6. Tamaño máximo nominal ... 86

Fotografía 7. Granulometría del agregado fino ... 87

Fotografía 8. Peso de la piedra chancada ... 88

Fotografía 9. Pesaje para la combinación de agregados ... 90

Fotografía 10. Viscosidad de la Emulsión catiónica CSS-1H ... 92

Fotografía 11. Cal hidratada en la mezcla ... 96

Fotografía 12. Calculo del optimo contenido del residuo asfaltico. ... 99

Fotografía 13. Optimo contenido del agua en la mezcla ... 99

Fotografía 14. Recubrimiento uniforme de los agregados ... 100

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INDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Proceso de refinación del Petróleo ... 30

Ilustración 2. Composición química del asfalto ... 33

Ilustración 3. Composición análoga del asfalto ... 34

Ilustración 4. Composición mineralógica de la roca ... 37

Ilustración 5. Distribución de los glóbulos de la emulsión ... 42

Ilustración 6. Prueba de carga de la Emulsión ... 43

Ilustración 7. Tipo de rotura de la emulsión ... 44

Ilustración 8 Composición de la emulsión ... 45

Ilustración 9. Rotura de la emulsión ... 46

Ilustración 10. Curado de la emulsión ... 47

Ilustración 11. Carga de la partícula ... 53

Ilustración 12. Cal hidratada ... 56

Ilustración 13. Esquema de las variables en el experimento. ... 71

Ilustración 14. Unidad de análisis ... 72

Ilustración 15. Proceso de evaluación del relleno mineral. ... 78

Ilustración 16. Desarrollo metodológico de la incorporación de relleno mineral. ... 78

Ilustración 17. Ubicación de la Cantera de Rio Seco ... 79

Ilustración 18. Gradaciones para mezclas densas en frío ... 91

Ilustración 19.Tipo de mezcla en función al espesor de compactado ... 91

Ilustración 20. Curva granulométrica de la combinación de los agregados ... 92

Ilustración 21. Ubicación del tramo de Prueba ... 102

Ilustración 22.Criterios para el diseño de mezcla con Emulsión Asfáltica ... 120

Ilustración 23.Criterios para el diseño de mezcla densa con Emulsión Asfáltica ... 123

Ilustración 24. Criterios para evaluación del pavimento ... 127

Ilustración 25. Correlaciones de Spearman de la estabilidad con R.M. 0.50% ... 132

Ilustración 40. Correlaciones de Spearman del flujo con R.M. 0.50% ... 147

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Ilustración 55. Correlaciones de Spearman de la deflexión con 1.50% RM ... 162

INDICE DE CUADROS Cuadro 1. Procedimiento del Ensayo visual de recubrimiento ... 103

Cuadro 2. Procedimiento del Ensayo: Resistencia de mezclas bituminosas ... 104

Cuadro 3. Resistencia de mezclas bituminosas con relleno mineral ... 106

Cuadro 4. Tramo de prueba para la Deflexión empleando la Viga Benkelman ... 108

Cuadro 5. Dosificación de agua en ensayo Marshall ... 111

Cuadro 6. Reología de la mezcla asfáltica en frio con diferentes % R.A ... 114

Cuadro 7. Ensayo Marshall a 5.75 % con incorporación de R.M al 2.5% ... 116

Cuadro 8. Reología de la mezcla asfáltica en frio con diferentes % R.M ... 117

Cuadro 9. Grafico Q - Q normal de Estabilidad con 0.5% R.M ... 133

Cuadro 10. Histograma de la estabilidad con 0.5% R.M ... 133

Cuadro 11. Grafico Q - Q normal de Estabilidad con 1.00 % RM ... 135

Cuadro 19. Grafico Q - Q normal del flujo con 0.5% R.M ... 148

Cuadro 20. Histograma del flujo con 2.5% R.M ... 148

Cuadro 27. Grafico Q - Q normal del flujo con 2.5% R.M ... 159

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Cuadro 29. Grafico Q - Q normal de la deflexión con 1.50% RM ... 162

Cuadro 30. Histograma de la deflexión con 1.5% R.M ... 163

Cuadro 31. Comportamiento de la estabilidad a la dosificación de R.M ... 164

Cuadro 32. Comportamiento de la estabilidad húmeda para % R.M ... 165

Cuadro 33. Comportamiento del flujo para dosificaciones de R.M ... 166

Cuadro 34. Cuenco de deflexiones en el tramo de prueba ... 168

Cuadro 35. Deflectograma de las evaluaciones del tramo de prueba ... 169

Cuadro 36. Radios de curvatura ... 169

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RESUMEN

La presente investigación titulada: Efecto de la incorporación de relleno mineral sobre las propiedades reológicas del asfalto en frío (método Illinois), Huancayo 2018, el cual tiene como objetivo: Determinar cómo influye la incorporación de relleno mineral sobre las propiedades reológicas del asfalto en frio (Método Illinois), Huancayo 2018, para poder cumplir con el objetivo planteado a va a realizar incorporaciones de relleno mineral (Cal hidratada) en dosificaciones de 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0% y 2.5% y su influencia sobre las propiedades reológicas de la mezcla asfáltica en frio. Se utilizó el tipo de investigación aplicada, de nivel de investigación explicativo, de método científico y con un diseño de investigación experimental, con una población y muestra 130 briquetas de mezcla asfáltica modificada y un tramo de prueba de 3x5 metros para las condiciones climáticas de nuestra zona. Al desarrollar la investigación se ha obtenido los siguientes resultados: Atravez de la metodología de Illinois se ha obtenido una dosificación optima de 5.75% de residuo asfáltico con 2.34% de agua añadida a la mezcla y una dosificación de relleno mineral en 1.5% de peso total de la muestra mejorando las propiedades reológicas en 4.02% para la estabilidad, -1.80% en el flujo en relación a una mezcla asfáltica en frio sin incorporación de relleno mineral.

Palabras claves: Emulsión, propiedades reológicas, mezcla asfáltica en frio, relleno mineral.

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ABSTRACT

The present investigation entitled: Effect of the incorporation of mineral filler on the rheological properties of cold asphalt (Illinois method), Huancayo 2018, which aims to: Determine how the incorporation of mineral filler influences the rheological properties of asphalt in cold (Illinois Method), Huancayo 2018, in order to meet the objective set, it will make additions of mineral filler (hydrated lime) in dosages of 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0% and 2.5% and its influence on the rheological properties of the cold mix asphalt. The type of applied research, of explanatory research level, of scientific method and with an experimental research design was used, with a population and sample of 130 modified asphalt mix briquettes and a test section of 3x5 meters for the climatic conditions of our zone. When developing the research, the following results have been obtained: Through the Illinois methodology, an optimal dosage of 5.75% of asphalt residue has been obtained with 2.34% of water added to the mixture and a dosage of mineral filler in 1.5% of total weight of the sample improving the rheological properties in 4.02% for stability, -1.80% in the flow in relation to a cold asphalt mix without incorporation of mineral filler.

Keywords: Emulsion, rheological properties, cold mix asphalt, mineral filler.

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INTRODUCCIÓN

La presente tesis ha sido desarrollada en los años 2019 -2020 sobre la utilización de mezclas asfálticas en frio con metodología Illinois para condiciones reales de nuestra ciudad.

La implementación de este tipo de pavimento flexible nos da una alternativa más económica de poder construir más carreteras, garantizando la durabilidad, la flexibilidad a la que será sometidos con la transitabilidad vehicular es por ello que al poder demostrar el comportamiento estructural atravez de sus propiedades reológicas encontrando un buen desempeño entre los agregados, la emulsión de rotura lenta tipo CSS-1H y el relleno mineral.

La investigación para su mayor comprensión consta de cinco capítulos, analizados y distribuidos de la siguiente manera:

EL CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Este capítulo desarrolla la problemática planteada, el problema general, los problemas específicos, el objetivo general, los objetivos específicos, así como los fundamentos que serán necesarios para el desarrollo de la investigación.

EL CAPÍTULO II: MARCO TEORICO

Este capítulo desglosa los antecedentes nacionales e internacionales, fundamentos teóricos y bases conceptuales que sirven como un soporte a la investigación.

EL CAPÍTULO III: METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION

Este capítulo detalla la metodología empleada, operacionalización de variables, técnicas de recolección de datos, técnicas para el procesamiento y el análisis de la información.

EL CAPÍTULO IV: ANALISIS DE DATOS E INTERPRETACION DE RESULTADOS

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Este capítulo desarrolla la recolección de datos el desarrollo de la investigación implantando gráficos representativos de los ensayos realizados.

EL CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En este capítulo se desarrolla las respuestas a nuestros problemas planteados se da la verificación a la hipótesis planteada y se recomienda para futuras investigaciones.

Bach. Contreras Chávez, Jonatan Loren

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CAPÍTULO I

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. Descripción de la realidad Problemática

La construcción de vías de comunicación en nuestra época se ha vuelta una necesidad muy importante para el desarrollo de una sociedad, y de un país; estas carreteras se han construidos con mezclas asfálticas en caliente y frio, ya sea por el diseño empleado o por el tipo de proceso constructivo establecido.

En nuestra región de Junín según la publicación del 31/12/2018 de la Red Vial Nacional que ha clasificado por el tipo de superficie en la región, se ha asfaltado 757.00 km de pavimento flexible, siendo el 95% con mezclas asfálticas en Caliente y solo el 5% con mezclas asfálticas en frio, con lo cual nos lleva a poder determinar si la construcción en pavimentos flexibles con emulsión es óptima.

Actualmente vías como la carretera central el tramo de ingreso a la ciudad de Huancayo ha tenido que ser refaccionada por presentar una serie de patologías, generando una incomodidad para el transeúnte, como para los transportistas. Dicha incomodad fue transcrita en el diario El Correo en la publicación de 16/05/2016 con título Huancayo: La Ciudad de los huecos donde el titular de la Dirección regional de Transportes y telecomunicaciones (DRTC) – Huancayo José Castillo Cárdenas

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manifestó: “El diseño de las capas de las pistas debe depender de una investigación previa sobre el tránsito que soportará la vía. Debe de cumplir ciertas normas, para que no se hunda ni rompa fácilmente el pavimento”. Sobre el análisis de la construcción de las vías de transito determino que se debe buscar alternativas para poder garantizar la durabilidad y serviciabilidad de las superficies de rodadura.

En la publicación del mismo diario con fecha 24/01/2017 se realizó un análisis a las vías de General Córdova (tramo Próceres – Huari), Av. Sucre la ruta de Huallaspanca estas vías presentan una diversidad de huecos las cuales mediante el escritor de este diario lo denomino como la Ciudad de los Huecos, solicitando una solución inmediata.

En la provincia de Concepción exactamente en el Jr. 3 de marzo (tramo Jr.

Bolognesi – Av. Ramón Castilla) se ha pavimentado 4 cuadras con mezcla asfáltica en frio, logrando tener una buena estructura en sus 3 primeras cuadras, no teniendo el mismo criterio en la pavimentación de la cuarta cuadra generando que se tenga huecos en toda la superficie pavimentada.

Los pavimentos flexibles construidos con mezclas asfálticas en frio presentan muchas deficiencias, las cuales entre ellas: el agua sobre la superficie, las cargas vehiculares, y solo son viables para una tráfico medio o ligero. Según las investigaciones realizadas por la empresa VISE mexicana y el Ing. Luis Guillermo Loria-Salazar determinan que la mezcla asfáltica en frio cumple con las condiciones óptimas para el funcionamiento de un alto tráfico siempre y cuando se analice los parámetros críticos de la zona a intervenir como: cambio de temperatura, precipitaciones, horas sol, tráfico vehicular y un análisis de la densidad vehicular. Es por ello que ante el primer punto nuestra ciudad está sometida a cambios bruscos de

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temperatura y constantes precipitaciones, siendo ahí el punto más enfático para el análisis y mejorar las condiciones del pavimento para estos fenómenos.

Con estos antecedente propios y constantes en nuestras vías se plantea la utilización de mezclas asfálticas en frio con incorporación de relleno mineral, para poder mejorar su estabilidad y poder garantizar la durabilidad de la vía.

1.2. Formulación del problema 1.2.1. Problema general

¿Cómo influye la incorporación de relleno mineral sobre las propiedades reológicas del asfalto en frio (Método Illinois), Huancayo 2018?

1.2.2. Problemas específicos

a) ¿En qué medida la incorporación de relleno mineral varía la estabilidad del asfalto en frio (Método Illinois), Huancayo 2018?

b) ¿De qué manera la incorporación de relleno mineral varía el flujo del asfalto en frio (Método Illinois), Huancayo 2018?

c) ¿En qué medida la incorporación de relleno mineral interviene en la deflexión del asfalto en frio (Método Illinois), Huancayo 2018?

1.3. Objetivos de la investigación 1.3.1. Objetivo general

Determinar cómo influye la incorporación de relleno mineral sobre las propiedades reológicas del asfalto en frio (Método Illinois), Huancayo 2018.

1.3.2. Objetivos específicos

a) Calcular la variación de la estabilidad a la incorporación de relleno mineral sobre el asfalto en frio diseñado mediante el método de la universidad de Illinois.

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b) Calcular la variación del flujo a la incorporación de relleno mineral sobre el asfalto en frio diseñado mediante el método de la universidad de Illinois.

c) Determinar la deflexión a la incorporación de relleno mineral sobre el asfalto en frio diseñado mediante el método de la universidad de Illinois.

1.4. Justificación de la investigación 1.4.1. Justificación practica

El uso de relleno mineral en la mezcla asfáltica en frio, presenta ventajas ya que al incorporar esta captura el agua excedente propio de sus propiedades químicas, es de uso comercial y su uso es muy variado en la industria de la construcción ya que permite:

1. Mejorar la plasticidad de la mezcla.

2. Retener el agua.

3. Mejorar la adherencia.

4. Comprimir mejor el cuerpo compactado.

1.4.2. Justificación metodológica

La justificación metodológica está basada en el diseño de una mezcla asfáltica convencional en frio para luego incorporar relleno mineral (Cal hidratada) en porcentajes de 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0% y 2.5%, con el fin de poder analizar las propiedades de la mezcla asfáltica, para lo cual se seguirá los estudios óptimos en el laboratorio y será llevado a una prueba experimental con un tramo evaluado.

1.5. Formulación de Hipótesis 1.5.1. Hipótesis general

La incorporación de relleno mineral variaría directamente sobre las propiedades reológicas del asfalto en frio (Método Illinois), Huancayo 2018.

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1.5.2. Hipótesis específicas

a) La incorporación de relleno mineral mejoraría la estabilidad del asfalto en frio diseñado mediante el método Illinois.

b) La incorporación de relleno mineral reduciría el flujo del asfalto en frio diseñado mediante el método Illinois.

c) La incorporación de relleno mineral reduciría la deflexión del asfalto en frio diseñado mediante el método Illinois.

1.6. Delimitación de la investigación 1.6.1. Delimitación Espacial

La delimitación espacial para la presente investigación se realizó para las condiciones climáticas , densidad vehicular de la Provincia de Huancayo, región Junín, buscando mejorar las condiciones y plantear como una alternativa de construcción la pavimentación con mezclas asfálticas en frio con relleno mineral, para ello se utilizó el agregado pétreo (Grueso y Fino) de la cantera de Rio seco ubicado en el distrito de Apata, provincia de Jauja, con emulsión tipo CSS-1H de rotura lenta y realizando un tramo de prueba de 3 x 5 m. en la ciudad de Concepción para el análisis de la deflexión lugar donde radico y por fines de factibilidad y facilidad en relación a los costos y permisos.

1.6.2. Delimitación Temporal

La delimitación temporal de la presente investigación lo realice en los meses de agosto hasta diciembre del 2019 en el proceso de recolección de datos y en el mes de febrero evaluación experimental del tramo ejecutado y por motivos de la pandemia COVID-19 realizando mi lectura de deflexión en el mes de Setiembre, logrando establecer un estudio experimental de 13 meses.

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1.7. Limitaciones

1.7.1. Limitación de espacio

La investigación tuvo como limitación espacial que está diseñado para condiciones climáticas de nuestra zona ya que el material empleado cumple las características y es para las solicitaciones de transmisión de cargas por la densidad vehicular.

1.7.2. Limitación de tiempo

La investigación tuvo como limitación temporal el desarrollo de los 13 meses de realización de la parte experimental, lo cual los cambios producidos en los últimos tiempos presentan una nueva evaluación en relación al análisis efectuado y realizado.

(26)

CAPÍTULO II

2. MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes de la investigación 2.1.1. Antecedentes Internacionales

(Medina Padilla, 2019) presento la tesis de pregrado Titulado: Criterios de estandarización de emulsiones asfálticas para el reciclado en frío de pavimentos en el Distrito Metropolitano de Quito, el cual fija como objetivo general: Desarrollar criterios de estandarización de las emulsiones asfálticas de rotura lenta para el reusó en la construcción de pavimentos en frio en el Distrito Metropolitano de Quito. Empleando la metodología cuantitativa con un diseño de investigación Correlacional - Aplicativo, obteniendo como resultado: se logró obtener resultados que no diferencian entre el reusó de mezclas asfálticas en frio puesto a que siguen aportando una cohesión a la mezcla, y finalmente concluyo: Para un mayor valor de estabilidad se ha obtenido una dosificación de residuo asfaltico en 5% para las emulsiones de rotura lenta tipo CSS- 1h, para lo cual presento valores muy bajos para el flujo y un altos valores de estabilidad.

(Luis Ripani, 2017) presento la tesis de pregrado Titulado: Estudio técnico económico de mezclas bituminosas densas en frío empleando áridos bonaerenses y emulsiones asfálticas convencionales y modificadas, el cual fija como objetivo general:

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Procurar un avance atravez de los procedimientos para las ejecuciones de mezclas asfálticas en frio y realizar un estudio técnico-económico, empleando la metodología cuantitativa con un diseño de investigación Correlacional, obteniendo como como resultado: Al evaluar el comportamiento en las mezclas asfálticas con dos curados se da como curado inicial y curado a largo plazo, y finalmente concluyo: Que para una dotación de 8.2% del ligante bituminoso emulsificado el cual corresponde al 5.00% de residuo asfáltico, la dosificación del agua estará en función a su tamaño y la procedencia de los áridos.

(Morante Gomez, 2019) presento la tesis de pregrado Titulado: Utilización de gránulos de caucho triturado de neumáticos fuera de uso en mezclas asfálticas en frio con emulsión y material fresado, el cual fija como objetivo general: Determinar el comportamiento de la mezcla asfáltica con gránulos de caucho triturado de neumáticos en porcentajes de 1.00%, 1.50%, 2.00% y 2.5% empleando la metodología cuantitativa con un diseño de investigación Experimental, siguiendo un análisis comparativo obteniendo como resultado: La emulsión asfáltica dependerá de la mezcla y las gradaciones del pavimento fresado para los parámetros que requiera el diseño, y finalmente concluyo: El porcentaje de asfalto residual fue de 6.5% y que las pruebas realizadas por el método de Marshall modificado por un tiempo de 22 horas a 60°C no cumplen la estabilidad requerida.

2.1.2. Antecedentes Nacionales

(Rodriguez Ore, 2018) presento la tesis de pregrado Titulado: Influencia de la fibra de caucho reciclado en la estabilidad y fluencia en mezcla asfáltica en frio, el cual fija como objetivo general: Analizar el efecto que producirá la fibra de caucho reciclado en la mezcla asfáltica en frio y su efecto en sus propiedades. Empleando la metodología

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científica del tipo de investigación Aplicada, con un nivel de investigación Explicativo - Experimental, obteniendo como resultado: se obtuvo mejores valores para la estabilidad, flujo de la mezcla logrando obtener un buen comportamiento para el ahuellamiento, finalmente concluyo: Para los agregados utilizados se obtiene una dosificación de 4.3% de residuo asfaltico óptimo, con una dosificación de 7.20% de emulsión con un flujo de 4.55 mm.

(Otiniano Arribasplata & Paria Caballero, 2015) presento la tesis de pregrado Titulado: Análisis de las propiedades físico-mecánicas presentes en las mezclas asfálticas en frío utilizando emulsiones asfálticas catiónicas y agregados pétreos de la localidad – Nvo. Chimbote – 2015, el cual fija como objetivo general: Determinar las propiedades físico-mecánicas de las mezclas asfálticas en frio elaboradas con emulsión asfáltica catiónica el cual cumple con los requisitos de acuerdo a la norma establecida en el diseño de carreteras. Empleando la metodología aplicada con un nivel de investigación Experimental, obteniendo como resultado: Se ha obtenido un mejoramiento en las propiedades físico mecánicas de la mezcla asfáltica en frio, y finalmente concluyo: La estabilidad de la mezcla es de 5129 lb, con una pérdida de estabilidad de 9.9 considerado como aceptable, con un porcentaje de vacíos de 2.6%

considerado también como aceptable.

(Portocarrero Gomez, 2019) presento la tesis de pregrado Titulado: Influencia del caucho reciclado en la mezcla asfáltica en frío para el uso en el parchado de la carpeta asfáltica, el cual fija como objetivo general: Determinar la incidencia del caucho reciclado en las mezclas asfálticas en frio para el uso de parchado de carpetas de pavimentos bituminosos urbanos, empleando la metodología Cuantitativa de tipo Aplicada con un Diseño-Experimental con un nivel Explicativa - correlacional,

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obteniendo como resultado: Se determinó que los resultados obtenidos mejoren en sus propiedades y otros se reduzcan mínimamente, y finalmente concluyo: La optima dosificación de la emulsión asfáltica es de 6.33% y con una dosificación de caucho de 3.5% de peso total de muestra, obteniendo una estabilidad de 79.959 KN.

2.2. Bases teóricas 2.2.1. Asfalto

El asfalto es un material cementante de color negro que varía notablemente en su consistencia, ya sea en estado sólido – semisólido (estado blando) a temperaturas normales. Al calentarse el asfalto se empieza ablandar progresivamente hasta volverse un estado líquido, con lo cual le permite recubrir a los agregados y ser más trabajable, moldeable. Según el ASTM (American Society For Testing and Materials) el asfalto es un material cementante de un color oscuro, con lo cual los componentes que predominan son de procedencia natural o de un proceso del petróleo. (APOSAC, 2004 , pág. 21).

2.2.1.1. Su origen y naturaleza del Asfalto

Hubo muchas posturas en relación al origen del asfalto ya que por ser un material cementante que desde años antiguos fue utilizado en la construcción de carreteras.

Según los estudios de los arqueólogos definieron como un material impermeabilizante del valle de Éufrates, dicho concepto se basa a más de 4000 a.c, ya que se usó el asfalto en Babilonia en el reinado de Nabucodonosor, dicho asfalto empleado en la construcción de muchas vías en Babilonia fue de origen natural. (APOSAC, 2004 , pág.

45)

Actualmente los más importantes yacimientos de asfalto natural se encuentran en el Lago de Trinidad, la cual está ubicada al norte de Venezuela. En el lugar se puede

(30)

encontrar rocas asfálticas que son porosas y recubiertas de asfalto. (APOSAC, 2004 , pág. 46)

Fotografía 1. Lago de Trinidad en la costa Norte de Venezuela

Fuente: Fotógrafo Ian Brierley, 2006

La obtención actual del asfalto es el proceso de refinación del petróleo, obteniendo así un producto de asfalto residual que varía entre el 10% al 70%, dicho asfalto es el empleado en la construcción de carreteras. (Franco Lozano, Leon Zambrano, & Ruiz Ruiz, 2015, pág. 36)

Refinación: El petróleo crudo refinado por el proceso de destilación, se obtiene por diferentes fracciones que son separadas del petróleo crudo el cual es producto del incremento de la temperatura y en este proceso de etapas se obtiene el asfalto. (Zhang, Xu, & Chen, 2019, pág. 78)

Ilustración 1. Proceso de refinación del Petróleo

Fuente: Fuentes de Energía Adrián Mortalla

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2.2.1.2. Clasificación y sus grados del asfalto

Los asfaltos empleados en la pavimentación de carreteras se clasifican bajo tres criterios principales. (Guevara Palma , Mendez Delgado, & Pimentel Gomez , 2010, pág. 63)

a) Su cemento asfaltico.

b) Su asfalto diluido.

c) Su asfalto emulsionado.

También se clasifican los cementos asfálticos en tres sistemas:

a) Atravez de su viscosidad.

b) Su viscosidad cuando ya ha envejecido.

c) Su grado de penetración.

Se muestra la tabla N° 01 donde se detalla el cemento asfáltico que son clasificados según la Norma AASHTO M226 para una viscosidad a 60°C.

Tabla 1. Valores para el cemento asfáltico graduado por su viscosidad.

ENSAYO VISCOSIDAD (GRADO)

AC-2.5 AC-5.0 AC-10 AC-20 AC-30 AC-40 Viscosidad 60 °C. 250 +/-

50

500 +/- 100

1000 +/- 200

2000 +/- 200

3000 +/- 600

4000 +/- 800 Viscosidad 135 °C

(Cs - Min)

125 175 300 350 350 400

Penetración 25 °C 220 140 60 50 50 40

Punto Inflamador

°C.

163 (325)

177 (350)

219 (425)

232 (450)

Solubilidad en

tricloroetileno, % Min

99.0 99.0 99.0 99.0 99.0 99.0

PRUEBAS SOBRE EL RESIDUO

Perdida por

Calentamiento, % Max

1.0 0.5 0.5 0.5 0.5

Viscosidad 60 °C 1000 2000 4000 8000 12000 16000 Ductilidad 25 °C, 5cm

por mto.

100 100 75 50 40 25

PRUEBA DE MANCHAS

Solvente Normal de Nafta NEGATIVO EN TODOS Solvente de Nafta - Xileno NEGATIVO EN TODOS Solvente de Heptano-

Xileno

NEGATIVO EN TODOS Fuente: Norma AASHTO M226

(32)

2.2.1.3. Propiedades físico-químico del asfalto

Las propiedades más importantes del asfalto las cuales involucran el comportamiento en la construcción de carreteras son: (González Escobar, 2007, pág. 33)

a) Durabilidad. – Es la propiedad que le permite retener el asfalto durante todo el proceso de serviciabilidad, su degradación y envejecimiento. Esta propiedad estará sujeta al diseño de la mezcla empleada y controlada en el proceso de elaboración y ejecución.

b) Cohesión y adhesión. – Es la propiedad del asfalto de adherirse y la cohesión es la que mantiene firmemente toda la estructura del pavimento.

c) Susceptibilidad térmica. – Es la propiedad cuando la mezcla entra a un proceso de endurecimiento a razón de perdida de la temperatura, siendo este una de las propiedades más importantes del asfalto.

d) Endurecimiento. – Es cuando el asfalto empieza a bajar la temperatura y por ende entra en el proceso de endurecimiento.

e) Envejecimiento. – Es cuando en el proceso de mezclado se produce la oxidación y el endurecimiento más brusco que ocurre en esta etapa.

f) Viscosidad. – Esta propiedad sirve para poder clasificar el cemento asfáltico la cual a una temperatura más alta puede llegar a experimentar durante su tiempo de servicio su durabilidad en el pavimento.

g) Penetración. – Es el punto de inflación del cemento asfáltico siendo la temperatura en la cual dos materiales se separan en una muestra generando un destello total en la materia.

h) Punto de inflación. – Es diferente que el punto de combustión siendo también la temperatura un parámetro para calcular el punto de inflación.

(33)

Según (González Escobar, 2007, pág. 22) el asfalto también presenta propiedades químicas las cuales las vuelven únicas y versátiles en la construcción de carreteras.

a) No hay una prueba química especifica que pueda ser capaz que sea aceptada por el mercado.

b) El análisis de la composición química del asfalto requiere equipos de muy avanzada tecnología, lo cual nos es accesible en muchos laboratorios.

c) La verdadera composición química del asfalto y su relación con el comportamiento estructural es muy incierta hasta la actualidad.

La composición del asfalto es disuelta en dos partes que son los asfáltenos y los máltenos, manteniendo la siguiente composición como se muestra: (González Escobar, 2007, pág. 98)

Ilustración 2. Composición química del asfalto

Fuente: Diccionario geotecnia online

Se sabe que los asfáltenos no son disolubles con el heptano, con lo cual al ser separados los máltenos que son de color oscuro y de granulometría parecida a de un polvo grueso son los que le dan color y la dureza respectiva al asfalto. (González Escobar, 2007, pág.

95)

Las resinas son las que proporcionan cualidades adhesivas al asfalto, siendo estas resinas las que sirven de transporte por la parte sólida para alcanzar a los máltenos con

(34)

que presentan un sinfín de factores que son variables a la temperatura, exposición de la luz, al oxígeno y al tipo de agregado empleado en la construcción del pavimento la cual será regido por el espesor de la película de asfalto. (Maldonado Merino, 2006)

Ilustración 3. Composición análoga del asfalto

Fuente: Diccionario geotecnia online

2.2.1.4. Clasificación de mezclas asfálticas

Para la clasificación se debe de considerar varios parámetros para poder obtener las diferencias para las diferentes mezclas. (Vallejo Ramírez, 2011, pág. 145)

a) Fracciones del agregado. – Se tendrá que analizar la masilla asfáltica (polvo mineral ligante) en el mortero (agregado fino más la masilla), para luego obtener un concreto asfáltico (agregado grueso más el mortero) y finalmente se obtiene un Macadam (agregado grueso más el ligante asfáltico).

b) Control de la temperatura. – Se definieran para los dos tipos de mezclas asfálticas; para el caliente se tendrá que obtener a temperaturas mayores de los 150°C la cual estará definida según la viscosidad del ligante y para las mezclas asfalticos en frio dependerá del tipo de rotura de la emulsión atravez del proceso de almacenamiento para la ejecución.

(35)

c) Proporción de vacíos. – Este parámetro servirá para que la muestra evaluada se determine como mezcla cerradas si su porcentaje de vacíos no mayor al 6% o mezclas semi cerradas si su porcentaje de vacíos no mayor se encuentra entre al 6% y 10 %.

d) Tamaño de los agregados gruesos. – Se tendrá una mezcla gruesa cuando el tamaño máximo de la partícula no exceda los 10mm y para los finos estará compuesto por partículas finas incluyendo el polvo mineral más el ligante asfaltico.

e) Estructura del agregado. – Las mezclas que presenten un esqueleto mineral conciso, la resistencia de los agregados por atravez del rozamiento el comportamiento de los agregados gruesos es eficiente y para las mezclas que no presenten un esqueleto mineral esta se deberá a la cohesión de la masilla.

f) Por su granulometría. – Las mezclas continuas son una cantidad optima de la distribución granulométrica del agregado grueso y las mezclas discontinuas serán una limitada distribución granulométrica del agregado pétreo grueso.

Lo cual se resume en la siguiente tabla: (Sumanth Vallabhaneni, 2018, pág. 75) Tabla 2. Clasificación de las mezclas asfálticas

Parámetros de la clasificación Tipo de mezcla Fracciones del agregado Masilla asfáltica

Mortero asfáltico Concreto asfáltico Macadam asfáltico Temperatura de la mezcla Frio

Caliente

Porcentaje de Vacíos Cerradas cuando < 6% Vacíos Semicerradas cuando 6%<

Vacíos< 12%

Abiertas cuando > 12% Vacíos Porosas cuando > 20% Vacíos Tamaño Máximo Nominal Agregado Grueso T máx. > 10 mm

Agregado Fino T máx. < 10 mm

(36)

Estructura en el agregado Con esqueleto mineral Sin esqueleto mineral Granulometría Continuas

Discontinuas Fuente: Universidad Señor de Sipán

2.2.1.5. Cementos asfalticos en el Perú

Los cementos asfalticos comerciales en el Perú derivados del petróleo y distribuidos por todo el territorio atravez de dos empresas Repsol y Petroperú: (Vallejo Ramírez, 2011, pág. 88)

Tabla 3. Cementos asfalticos en el Perú Según su clasificación Repsol Petroperú

PEN 10/20 No comercializa Si comercializa PEN 20/30 No comercializa Si comercializa PEN 40/50 No comercializa Si comercializa PEN 60/70 Si comercializa Si comercializa PEN 85/100 Si comercializa Si comercializa PEN 120/150 Si comercializa Si comercializa Fuente: (Vallejo Ramírez, 2011, pág. 8)

Para clasificar se utiliza el termino PEN la cual es una denominación para los cementos asfalticos y el valor que lo acompaña es la que refiere a su grado de penetración.

2.2.2. Agregados

2.2.2.1. Materiales granulares empleadas en el diseño

Un agregado está definido como un material de procedencia mineral duro e inerte empleado en forma graduada o fragmentada, que dará un esqueleto a la mezcla asfáltica en frio o caliente, tiene otras denominaciones como material granular. (Guevara Palma , Mendez Delgado, & Pimentel Gomez , 2010)

En la elaboración de mezclas asfálticas utilizamos para la elaboración:

a) Gravas. - Son fragmentos de roca que tienen una dimensión promedio de 2mm a 7.62 cm, su procedencia puede ser natural lo cual será en forma redondeada.

(37)

b) Arenas. - Son granos procedentes de una denudación en las rocas o por un proceso de trituración artificial las cuales presentaran un tamaño promedio de 0.05 mm a 2.00 mm, la obtención de estas arenas en el mismo depósito de las gravas.

2.2.2.2. Composición mineralógica del agregado

La composición mineralógica de las rocas está compuesta por varias clases de minerales, en los que predomina los silicatos y los carbonatos, siendo su composición mineralógica predominante una composición de grupos de átomos la cual dará un soporte en la resistencia mecánica de la grava. En su estructura molecular está en relación a los átomos de silicio y oxígeno. (Vallejo Ramírez, 2011, pág. 37)

Ilustración 4. Composición mineralógica de la roca

Fuente: Boletín del museo británico

2.2.2.3. Clasificación del agregado

La clasificación de los agregados tiene como fin el de hacer más factible las propiedades y poder estimar las aptitudes del agregado. Como ya sabemos los agregados se pueden clasificar de diferente manera de acuerdo a su tamaño, su procedencia, su forma de extracción, siendo el más utilizado en la actualidad de procedencia aluvial y un proceso artificial como la trituración de rocas con el fin de mejorar su gradación y homogeneidad de su granulometría. (Medina Padilla, 2019)

(38)

2.2.2.4. Tamaño de las partículas

Según (González Escobar, 2007, pág. 62) se clasifican por su tamaño de la siguiente forma:

Tabla 4. Clasificación según su tamaño del agregado pétreo

Clasificación Descripción

Guijarros Mayor a 7.5 cms.

Grava Entre 7.5 cm y retenido en el tamiz N°04 Grava gruesa Mayor a 1.90 cm y menor a 7.5 cm Grava fina Mayor a 4.8 mm y menor a 1.90 cm

Arena Pasante en el tamiz N°04 y retenido en el tamiz N°200 Arena Gruesa Retenido en el tamiz N°10 y pasante el tamiz N°04 Arena Media Retenido en el tamiz N°40 y pasante el tamiz N°10 Arena Fina Retenido en el tamiz N°40 y pasante el tamiz N°200

Fuente: (González Escobar, 2007)

2.2.2.5. Propiedades del agregado

Las propiedades de los agregados pétreos, se definen como físicas o mecánicas la cual estará en función a su gradación, el contenido de humedad, su forma y su ubicación geográfica de extracción las cuales deben cumplir los siguientes estándares establecidos en Norma técnica peruana. (Guevara Palma , Mendez Delgado, & Pimentel Gomez , 2010, pág. 61)

Tabla 5. Propiedad de los agregados

Propiedad Descripción

Granulometría Se necesita partículas de diferentes gradaciones para un mejor comportamiento.

Tamaño máximo de la partícula

Dimensión de la partícula de mayor diámetro.

Limpieza Grado de limpieza en relación a la recolección.

Dureza Capaz de resistir la abrasión y su degradación.

Forma La forma afecta la trabajabilidad de la mezcla.

Textura superficial Interviene en la trabajabilidad y la resistencia final de la mezcla.

Absorción Capacidad de la partícula en absorber agua.

Afinidad con el cemento Retener el asfalto.

Fuente: (González Escobar, 2007)

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2.2.2.6. Ensayos a los agregados

Los ensayos son pruebas realizadas a los agregados con el fin de obtener sus propiedades físico-mecánicas y su comportamiento estructural en la mezcla asfáltica.

Para los agregados gruesos se tiene: (Montejo Fonseca, 2018, pág. 25) Tabla 6. Ensayos al agregado grueso

Ensayo Descripción Norma

Peso unitario y sus vacíos

Determina la densidad siendo el resultado de la división de masa en estado seco entre el volumen que ocupa.

MTC E 203

Gravedad específica y su absorción

Es la comparación de la densidad de la muestra con la densidad del agua.

MTC E 206

Abrasión de los Ángeles

Permite conocer la resistencia del material analizado.

MTC E 207 Durabilidad Permite conocer la resistencia a la

desintegración.

MTC E 209 Caras

fracturadas

Permite obtener el porcentaje de partículas fracturadas.

MTC E 210 Sales solubles Permite obtener los cloruros y sulfatos

atravez del nitrato de Plata.

MTC E 219 Partículas

chatas y alargadas

Con un alto grado de partículas chatas o alargadas tiende a fallar a presiones mínimas.

MTC E 221

Adherencia del agregado

Permite obtener la aglutinación de la mezcla.

MTC E 517 Fuente: Bach. Jonatan Loren Contreras Chávez

Para los agregados Finos se tiene:

Tabla 7. Ensayos al agregado fino

Ensayo Descripción Norma

Limite Liquido (N°40)

Determinar el contenido de la humedad. MTC E 110 Limite Liquido

(N°200)

Determinar el contenido de la humedad con la copa de Casagrande.

MTC E 110 Índice de

plasticidad (N°40)

Contenido de humedad para la muestra en estado plástico y estado semi sólido.

MTC E 111

Índice de plasticidad (N°200)

Contenido de humedad para la muestra en estado plástico y estado semi sólido.

MTC E 111

Equivalente de arena

Contenido de la proporción de polvo fino y/o el material arcilloso.

MTC E 114

(40)

Peso unitario y vacíos

Determina la densidad siendo el resultado de la división de masa en estado seco entre el volumen que ocupa.

MTC E 203

Gravedad específica y su absorción

Es la comparación de la densidad de la muestra con la densidad del agua.

MTC E 205

Durabilidad Permite conocer la resistencia a la desintegración.

MTC E 209 Impurezas

Orgánicas

Conocer el nivel de impurezas presentes en la muestra.

MTC E 213 Sales solubles Permite obtener los cloruros y sulfatos

atravez del nitrato de Plata

MTC E 219 Riedel Weber Nos permite conocer el comportamiento

del agregado fino con el ligante asfáltico

MTC E 220 Fuente: Bach. Jonatan Loren Contreras Chávez

2.2.3. Emulsión asfáltica

2.2.3.1. Historia de las emulsiones

El empleo de las emulsiones fue a comienzos del siglo XX teniendo un apogeo durante 20 años en la construcción de vías de comunicación, el desarrollo durante este tiempo no fue el desea por la falta de conocimiento de esa época, después poco a poco con el desarrollo tecnológico se empezó a obtener emulsiones con diferentes propiedades mejorando así la aplicación de emulsiones en construcciones viales. (Mendez Pinilla, 2018, pág. 46).

En los años 1930 a mediados de 1950, tuvo un punto de desarrollo lineal en la aplicación de emulsiones ya que en esos años se desarrollaba la segunda guerra mundial, con lo cual la construcción de vías rápidas estuvieron ejecutas con emulsiones asfálticas, al pasar los tiempos el aumento de la densidad vehicular y las cargas vehiculares la construcción de las vías de comunicación paso a manos de las mezclas asfálticas en caliente teniendo hasta la actualidad un desarrollo opacado y de muy poco uso en las diferentes carreteras. (Sumanth Vallabhaneni, 2018, pág. 35).

Se debe tener en cuenta que los factores de mayor interés en el uso de las emulsiones son: (Maldonado Merino, 2006, pág. 30)

(41)

a) Los años 70 (Crisis energética): La crisis de la energía eléctrica de los inicios de los años 70 conllevo a la reutilización de emulsiones asfálticas, ya estas mezclas no necesitaban calentamiento de las mezclas.

b) Disminución de la polución: Poco a poco las emulsiones asfálticas van eliminando sustancias hidrocarbonadas.

c) Recubre a los agregados en estado húmedo: No se necesita calentar los agregados para secarlos en su totalidad.

d) Variedad en los requerimientos de la emulsión: Existen diferentes variedades para la selección de emulsiones según la aplicación requerida.

e) Mantenimiento de vías: Sirven como alternativa preventiva en el manteniendo de las carreteras.

2.2.3.2. Composición de la emulsión

La composición de la emulsión asfáltica pertenece a la combinación microscópica de partículas no miscibles entre sí, que son de ser el caso una está esparcida en la otra, siendo esas pequeñas partículas gotas de asfalto dispersos. (Sumanth Vallabhaneni, 2018, pág. 125).

Por la naturaleza propia del asfalto es hidrófobo, con lo cual en el proceso de fabricación necesita la incorporación de un emulsificante, disminuyendo su tensión interfacial, y con una energía en la zona de contacto entre los dos líquidos.

Determinando así que la emulsión asfáltica presenta en su composición residuo asfaltico, agua y su emulsificante que permite la mezcla entre estos, y posteriormente algunos aditivos como mejoramiento de propiedades. (Maldonado Merino, 2006, pág.

138)

a) Residuo asfáltico. - Componente de la emulsión de mayor porcentaje de incidencia la cual constituye entre el 50% al 75%. Su composición esta predominada con

(42)

moléculas de hidrocarburos y la composición química será variada dependiendo del sistema de refinación. Para que dicha emulsión sea estable tiene que tener una buena compatibilidad química con el emulsificante.

b) Agua. - Para una buena producción de emulsiones asfálticas se necesita agua que lo mantenga estable, que no contenga altos valores de iones de calcio y iones de magnesio las cuales favorecerán a una buena formación catiónica caso contrario para emulsiones de formación aniónico.

c) Emulsificante. - Estos agentes del emulsificante son tensoactivos las cuales serán como gotitas de asfalto suspendidas estables lo cual controlara el tiempo de rotura de la emulsión, ya sea de origen catiónico, aniónico o neutral: estos emulsificantes de procedencia de la madera hacen una coexistencia entre las sustancias polares como el agua y sustancias apolares como el cemento asfáltico creando una capa mono molecular.

Ilustración 5. Distribución de los glóbulos de la emulsión

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