UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

(1)

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

PORTADA

BACH. TOVAR CANO MARCIO ANDRÉ (ORCID: 0009-0001-8350-3732) PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL

Asesor:

MG. JOB PÉREZ CANCHANYA (ORCID: 0000-0003-4598-5547) HUANCAYO - PERÚ

EVALUACIÓN DEL USO DE FIBRAS DE CELULOSA PELETIZADAS EN LA SEGREGACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS, HUANCAYO 2022

TESIS

PRESENTADO POR:

2023

(2)

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

Cc/Archivo

Huancayo, 15 de enero de 2023

Informe Nº 005-2023-JPC/FIC/UNCP

A : Ph.D. Tito Mallma Capcha

Decano de la Facultad de Ingeniería Civil UNCP Asunto : Conformidad de Borrador de Tesis – Docente Asesor Referencia : RESOLUCIÓN Nº 0082-2022-DFIC/UNCP

Mediante el presente me dirijo ante Ud. para saludarlo cordialmente y a la vez informarle sobre el asunto y referencia, concerniente al presente informe.

Habiendo revisado en Borrador de Tesis titulado “EVALUACIÓN DEL USO DE FIBRAS DE CELULOSA PELETIZADAS EN LA SEGREGACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS, HUANCAYO 2022”, presentado por el bachiller MARCIO ANDRÉ TOVAR CANO, en la calidad de Docente Asesor de Tesis, se ha verificado que cumple con todos los requisitos exigidos y se encuentra acorde con los parámetros de calidad de investigación actual.

El Borrador de Tesis en mención fue procesado a través del software TURNITIN, el cual arrojó como resultado del análisis realizado, 13% de Índice de Similitud, el cual se encuentra por debajo de límite máximo aceptable para este tipo de trabajos de investigación, por lo que expreso mi CONFORMIDAD al Borrador de Tesis en mención.

Adjunto como anexo al presente informe: reporte del Software TURNITIN.

Es todo cuanto puedo informarle al respecto, me despido de Ud. deseándole una próspera y fructífera gestión en su labor desempeñada.

Atentamente,

__________________________________

Mg. Job Pérez Canchanya Docente Asesor

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13 %

INDICE DE SIMILITUD

11 %

FUENTES DE INTERNET

1 %

PUBLICACIONES

7 %

TRABAJOS DEL ESTUDIANTE

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3 2 %

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6 1 %

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8 < 1 %

9

BORRADOR DE TESIS - TOVAR CANO MARCIO ANDRÉ

INFORME DE ORIGINALIDAD

FUENTES PRIMARIAS

Submitted to Universidad Nacional del Centro del Peru

Trabajo del estudiante

hdl.handle.net

Fuente de Internet

Submitted to Universidad Continental

repositorio.continental.edu.pe

Fuente de Internet

repositorio.ucv.edu.pe

Fuente de Internet

repositorio.uncp.edu.pe

Fuente de Internet

repositorio.upla.edu.pe

Fuente de Internet

repositorio.urp.edu.pe

Fuente de Internet

repositorio.une.edu.pe

Fuente de Internet

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repositorio.unprg.edu.pe

Fuente de Internet

repositorio.utea.edu.pe

Fuente de Internet

es.scribd.com

Fuente de Internet

repositorio.uta.edu.ec

Fuente de Internet

tesis.ucsm.edu.pe

Fuente de Internet

www.cuencarural.com

Fuente de Internet

repositorio.usil.edu.pe

Fuente de Internet

cybertesis.uni.edu.pe

Fuente de Internet

repositorio.unp.edu.pe

Fuente de Internet

revistaingenieria.univalle.edu.co

Fuente de Internet

Antonio García Barberá. "Study of the

Degradation of New Lubricant Oil

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30 < 1 %

Formulations with the Design and Demands of Current and Future Engines", Universitat Politecnica de Valencia, 2022

Publicación

repositorio.puce.edu.ec

Fuente de Internet

prof.usb.ve

Fuente de Internet

repositorio.unjfsc.edu.pe

Fuente de Internet

pt.scribd.com

Fuente de Internet

Submitted to Universidad Andina del Cusco

repositorio.uss.edu.pe

Fuente de Internet

archive.org

Fuente de Internet

1library.co

Fuente de Internet

bibdigital.epn.edu.ec

Fuente de Internet

repositorio.usanpedro.edu.pe

Fuente de Internet

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patents.google.com

Fuente de Internet

repositorio.uap.edu.pe

Fuente de Internet

www.scribd.com

Fuente de Internet

www.theibfr.com

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biblioteca.usac.edu.gt

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dspace.umh.es

Fuente de Internet

mcore.biz

Fuente de Internet

qdoc.tips

Fuente de Internet

repositorio.udh.edu.pe

Fuente de Internet

polux.unipiloto.edu.co:8080

Fuente de Internet

repositorio.undac.edu.pe

Fuente de Internet

repositorio.utn.edu.ec

Fuente de Internet

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Excluir citas Activo Excluir bibliografía Activo

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repositoriotec.tec.ac.cr

Fuente de Internet

somim.org.mx

Fuente de Internet

studentsrepo.um.edu.my

Fuente de Internet

www.repositorio.upla.edu.pe

Fuente de Internet

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II DEDICATORIA

A mi madre Digna Anamelva Cano Fierro quien siempre ha acompañado y celebrado cada uno de mis pequeños logros, a mi padre Roberto Armando Tovar Llacuachaqui quien donde quiera que este guía y cuida cada uno de mis pasos. A mi pareja Jhoselin Elena Arroyo Cuellar quien es mi confidente y sabe cuánto realmente me ha costado todo en la vida y a mi pequeño hijo Franco André Tovar Arroyo quien es mi motivación para mejorar día a día en la vida.

(9)

III AGRADECIMIENTOS

En primer lugar, agradezco a Dios por haberme permitido culminar satisfactoriamente los estudios en esta universidad, asimismo agradezco a los profesores de la Facultad de Ingeniería Civil, quienes con sus conocimientos y sabios consejos forjan a esta juventud que mira el futuro con optimismo y perseverancia.

Un agradecimiento especial al Ingeniero Mg. Job Pérez Canchanya por su disponibilidad para el asesoramiento y supervisión de la presente tesis durante todo el tiempo en que se elaboró.

(10)

IV ÍNDICE

PORTADA ... I DEDICATORIA ... II AGRADECIMIENTOS ... III ÍNDICE ... IV ÍNDICE DE TABLAS ... VII ÍNDICE DE FIGURAS ... X RESUMEN ... XIII ABSTRACT ... XIV

INTRODUCCIÓN ... 15

CAPÍTULO I: PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN ... 17

1.1. DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA ... 17

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 19

1.2.1. Problema general ... 19

1.2.2. Problemas específicos ... 19

1.3. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN ... 19

1.3.1. Objetivo general ... 19

1.3.2. Objetivos específicos ... 19

1.4. IMPORTANCIA Y ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN ... 20

1.5. DELIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN ... 21

1.5.1. DELIMITACIÓN CONCEPTUAL ... 21

1.5.2. DELIMITACIÓN ESPACIAL ... 21

1.5.3. DELIMITACIÓN TEMPORAL ... 21

CAPÍTULO II: HIPÓTESIS Y VARIABLES ... 22

2.1. Hipótesis general ... 22

2.2. Hipótesis específicas ... 22

2.3. VARIABLES ... 22

(11)

V

2.3.1. Variable independiente ... 22

2.3.2. Variable dependiente ... 22

2.4. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES ... 23

CAPÍTULO III: MARCO TEÓRICO ... 24

3.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA ... 24

3.1.1. Antecedentes internacionales ... 24

3.1.2. Antecedentes nacionales ... 26

3.2. BASES TEÓRICAS ... 28

3.2.1. Estudios generales sobre las fibras ... 28

3.2.2. Segregación térmica ... 32

3.3. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS ... 41

CAPÍTULO IV: MARCO METODOLÓGICO ... 44

4.1. MÉTODO DE LA INVESTIGACIÓN ... 44

4.2. TIPO DE INVESTIGACIÓN ... 44

4.3. NIVEL DE INVESTIGACIÓN ... 45

4.4. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN ... 46

4.5. POBLACIÓN Y MUESTRA ... 46

4.5.1. Población ... 46

4.5.2. Muestra... 47

4.5.3. Muestreo... 47

4.6. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 47

4.6.1. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 48

4.7. TRATAMIENTO ESTADÍSTICO ... 48

CAPÍTULO V: RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 49

5.1. DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES ... 49

5.1.1. Descripción del material granular ... 50

5.1.2. Descripción del ligante asfáltico ... 55

(12)

VI

5.1.3. Descripción de la fibra de celulosa peletizada ... 57

5.2. COMBINACIÓN DE AGREGADOS Y DISEÑO DE MEZCLA ... 58

5.2.1. Diseño de mezcla por MAC-2 ... 58

5.3. OE1. Nivel de segregación a condiciones normales ... 70

5.4. OE2. Nivel de segregación al adicionar fibras de celulosa peletizadas . 73 5.4.1. Ensayo de escurrimiento a 165°C de temperatura ... 73

5.4.2. Ensayo de escurrimiento a 175°C de temperatura ... 84

5.5. OE3. Propiedades mecánicas al adicionar fibras de celulosa peletizadas 96 5.5.1. Estabilidad (kg) al adicionar fibra de celulosa peletizada ... 96

5.5.2. Flujo (mm) al adicionar fibra de celulosa peletizada ... 98

5.5.3. Vacíos (%) al adicionar fibra de celulosa peletizada ... 100

5.6. OG. Fibras de celulosa peletizadas como mitigador de segregación .. 102

5.7. ANÁLISIS ESTADÍSTICO ... 104

CONCLUSIONES ... 142

RECOMENDACIONES ... 144

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 145

ANEXOS ... 148

ANEXO 1. Matriz de consistencia ... 149

ANEXO 2. Certificados de ensayos... 151

ANEXO 3. Panel fotográfico ... 176

(13)

VII ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Operacionalización de la variable ... 23

Tabla 2. Tipos de segregación, causas y soluciones ... 35

Tabla 3. Fuente de agregados - cantera de Sicaya ... 50

Tabla 4. Resultados de análisis granulométrico para Piedra chancada de ½” . 51 Tabla 5. Resultados de análisis granulométrico para Arena natural ... 53

Tabla 6. Resultados de análisis granulométrico para Arena procesada ... 54

Tabla 7. Tipo de ligante asfáltico ... 56

Tabla 8. Ficha Técnica del cemento asfáltico PEN 85/100 ... 56

Tabla 9. Ficha técnica de Fibra de celulosa peletizada ... 57

Tabla 10. Gradación para mezclas asfálticas en caliente MAC-2 ... 58

Tabla 11. Combinación teórica de agregados – Gradación MAC 02 ... 59

Tabla 12. Pesos por malla para diseño por gradación MAC-2 ... 61

Tabla 13. Propiedades mecánicas de combinación MAC-2 (4% y 4.5% de L.A.) ... 62

Tabla 16. Óptimo Contenido de Ligante Asfáltico del 5.1% ... 69

Tabla 17. Escurrimiento (%) a 165°C al variar el Ligante asfáltico (%) ... 70

Tabla 18. Escurrimiento (%) a 175°C al variar el Ligante asfáltico (%) ... 71

Tabla 19. Escurrimiento (%) al adicionar fibra de celulosa peletizada (%) – (4% L.A. a 165°C) ... 73

Tabla 20. Escurrimiento (%) al adicionar fibra de celulosa peletizada (%) – (4.5% L.A. a 165°C) ... 75

(14)

VIII Tabla 24. Escurrimiento (%) al adicionar fibra de celulosa peletizada (%) – (6.5%

L.A. a 165°C) ... 82

Tabla 31. Estabilidad (kg) al adicionar fibra de celulosa peletizada (%) ... 97

Tabla 32. Flujo (mm) al adicionar fibra de celulosa peletizada (%) ... 98

Tabla 33. Vacíos (%) al adicionar fibra de celulosa peletizada (%) ... 100

Tabla 34. Descriptivos - Escurrimiento (%) a 165°C al variar el ligante asfáltico ... 106

Tabla 35. Pruebas de normalidad - Escurrimiento (%) a 165°C al variar el ligante asfáltico ... 108

Tabla 36. Correlaciones - Escurrimiento (%) a 165°C al variar el ligante asfáltico ... 110

Tabla 37. Descriptivos - Escurrimiento (%) a 175°C al variar el ligante asfáltico ... 111

Tabla 38. Pruebas de normalidad - Escurrimiento (%) a 175°C al variar el ligante asfáltico ... 114

Tabla 39. Correlaciones - Escurrimiento (%) a 175°C al variar el ligante asfáltico ... 115

Tabla 40. Descriptivos - Escurrimiento (%) a 165°C (5% L.A.) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 117

Tabla 41. Pruebas de normalidad - Escurrimiento (%) a 165°C (5% L.A.) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 120

(15)

IX Tabla 42. Correlaciones - Escurrimiento (%) a 165°C (5% L.A.) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 122 Tabla 43. Descriptivos - Escurrimiento (%) a 175°C (5% L.A.) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 123 Tabla 44. Pruebas de normalidad - Escurrimiento (%) a 175°C (5% L.A.) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 126 Tabla 45. Correlaciones - Escurrimiento (%) a 175°C (5% L.A.) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 128 Tabla 46. Descriptivos - Estabilidad (kg) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 130 Tabla 47. Pruebas de normalidad - Estabilidad (kg) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 132 Tabla 48. Correlaciones - Estabilidad (kg) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 134 Tabla 49. Descriptivos - Flujo (mm) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 136 Tabla 50. Pruebas de normalidad - Flujo (mm) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 138 Tabla 51. Correlaciones - Flujo (mm) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 140

(16)

X ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Perfil térmico de la barra de infrarrojos PAVE-IR con diferenciales de

alta temperatura ... 33

Figura 2. Banda de material refrigerante paralela a la dirección de la pavimentadora ... 36

Figura 3. Punto frío (imagen infrarroja tomada del software de análisis I-R) .... 37

Figura 4. Imagen tomada con una cámara de infrarrojos con RAZ IR Analysis Software ... 41

Figura 5. Cantera de Sicaya de materiales granulares ... 50

Figura 6. Curva granulométrica para Piedra chancada de ½” ... 52

Figura 7. Curva granulométrica para Arena natural ... 54

Figura 8. Curva granulométrica para Arena procesada ... 55

Figura 9. Fibra de celulosa peletizada comercial ... 58

Figura 10. Curva granulométrica para gradación MAC-2 ... 60

Figura 11. Peso unitario (gr/cm³) vs. Ligante asfáltico (%) ... 66

Figura 12. Vacíos (%) vs. Ligante asfáltico (%) ... 67

Figura 13. Vacíos de agregado mineral (%) vs. Ligante asfáltico (%) ... 67

Figura 14. Vacíos llenos de cemento asfáltico (%) vs. Ligante asfáltico (%) .... 68

Figura 15. Flujo (mm) vs. Ligante asfáltico (%) ... 68

Figura 16. Estabilidad (kg) vs. Ligante asfáltico (%) ... 69

Figura 17. Escurrimiento (%) a 165°C vs. Ligante asfáltico (%) ... 71

Figura 18. Escurrimiento (%) a 175°C vs. Ligante asfáltico (%) ... 72

Figura 19. Escurrimiento (%) vs. Fibra de celulosa peletizada (%) – (4% L.A. a 165°C) ... 74

Figura 20. Escurrimiento (%) vs. Fibra de celulosa peletizada (%) – (4.5% L.A. a 165°C) ... 76

(17)

XI Figura 24. Escurrimiento (%) vs. Fibra de celulosa peletizada (%) – (6.5% L.A.

a 165°C) ... 84

Figura 31. Estabilidad (kg) vs. Fibra de celulosa peletizada (%) ... 98

Figura 32. Flujo (mm) vs. Fibra de celulosa peletizada (%) ... 100

Figura 33. Vacíos (%) vs. Fibra de celulosa peletizada (%) ... 102

Figura 34. Escurrimiento (%) vs. Fibra de celulosa peletizada (%) - 165°C ... 103

Figura 35. Escurrimiento (%) vs. Fibra de celulosa peletizada (%) - 175°C ... 104

Figura 36. Diagrama de cajas - Escurrimiento (%) a 165°C al variar el ligante asfáltico ... 109

Figura 37. Dispersión de puntos - Escurrimiento (%) a 165°C al variar el ligante asfáltico ... 111

Figura 38. Diagrama de cajas - Escurrimiento (%) a 175°C al variar el ligante asfáltico ... 115

Figura 39. Dispersión de puntos - Escurrimiento (%) a 175°C al variar el ligante asfáltico ... 116

Figura 40. Diagrama de cajas - Escurrimiento (%) a 165°C (5% L.A.) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 121

Figura 41. Dispersión de puntos - Escurrimiento (%) a 165°C (5% L.A.) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 123

Figura 42. Diagrama de cajas - Escurrimiento (%) a 175°C (5% L.A.) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 127

(18)

XII Figura 43. Dispersión de puntos - Escurrimiento (%) a 175°C (5% L.A.) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 129 Figura 44. Diagrama de cajas - Estabilidad (kg) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 133 Figura 45. Dispersión de puntos - Estabilidad (kg) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 135 Figura 46. Diagrama de cajas - Flujo (mm) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 139 Figura 47. Dispersión de puntos - Flujo (mm) al variar la adición de fibra de celulosa peletizada ... 141

(19)

XIII RESUMEN

En el complejo proceso de producción de mezclas asfálticas en caliente se presentan una serie de inconvenientes que suele agravarse ante las condiciones adversas de cada proyecto, presentando de esta manera a la segregación del ligante asfáltico como un problema de común denominador en los proyectos a nivel nacional producto de la aplicación de mezclas asfálticas convencionales. Es por esto que en la presente investigación se plantea analizar la aplicación de fibras de celulosa peletizadas para la mitigación de la segregación en mezclas asfálticas en caliente a través de ensayos normalizados de carácter internacional y una metodología científica cuantitativa. Para conseguir analizar el comportamiento de las fibras peletizadas en las mezclas asfálticas convencionales, es necesario realizar un diseño de mezcla densa bajo las especificaciones y demarcaciones características de la provincia de Huancayo, donde se obtiene los materiales adecuados que reflejan en mayor medida posible un pavimento convencional de la localidad. Posteriormente se presentan ensayos de escurrimiento (ASTM D 6390) a distintas condiciones de ensayo, con la finalidad de cuantificar el fenómeno que se produce en la mezcla asfáltica en caliente. Para finalmente aplicar la fibra peletizada en distintos porcentajes sobre el peso de la mezcla.

Realizados los ensayos de aplicación de fibras peletizadas a diversas temperaturas de ensayo y considerando haber cumplido con la mitigación del nivel de segregación que se produce en las mezclas asfálticas densas convencionales, se llega a la conclusión de que existe un nivel considerable de segregación en las mezclas asfálticas convencionales directamente relacionado con el porcentaje de ligante asfáltico que contenga el diseño de mezcla. Sobre este fenómeno analizado se puede afirmar que con la adición de fibras de celulosa entre un 0.30% y 0.35% sobre el peso de la mezcla de diseño se consigue mitigar en gran medida la segregación de la mezcla asfáltica convencional.

PALABRAS CLAVE: Fibra de celulosa, Segregación de mezclas asfálticas, Propiedades mecánicas de mezclas asfálticas, Mezclas asfálticas modificadas.

(20)

XIV ABSTRACT

In the complex production process of hot mix asphalt, there are a series of drawbacks that are usually aggravated by the adverse conditions of each project, thus presenting the segregation of the asphalt binder as a common denominator problem in projects nationwide. product of the application of conventional asphalt mixes. For this reason, in the present investigation it is proposed to analyze the application of pelletized cellulose fibers for the mitigation of segregation in hot asphalt mixes through international standardized tests and a quantitative scientific methodology. In order to analyze the behavior of the pelletized fibers in conventional asphalt mixes, it is necessary to carry out a dense mix design under the specifications and characteristic demarcations of the city of Huancayo, where the appropriate materials are obtained that reflect as much as possible a conventional pavement. of the locality Subsequently, runoff tests (ASTM D 6390) are presented under different test conditions, in order to quantify the phenomenon that occurs in hot mix asphalt. To finally apply the pelletized fiber in different addition percentages on the hot mix weight. Having carried out the application tests of pelletized fibers at various test temperatures and considering having complied with the mitigation of the level of segregation that occurs in conventional dense asphalt mixes, it is concluded that there is a considerable level of segregation in the mixes. conventional asphalt mixes directly related to the percentage of asphalt binder contained in the mix design. Regarding this phenomenon analyzed, it can be affirmed that with the addition of cellulose fibers between 0.30% and 0.35% of the weight of the design mix, it is possible to mitigate to a great extent the segregation of the conventional asphalt mix.

KEY WORDS: Cellulose fiber, Segregation of asphalt mixes, Mechanical properties of asphalt mixes, Modified asphalt mixes.

(21)

15 INTRODUCCIÓN

Los pavimentos asfálticos en caliente sufren los efectos de la carga de vehículos a altas temperaturas de servicio y fuertes lluvias periódicas que desafían la vida útil del pavimento. En el transcurso de este período, los pavimentos de asfalto pueden mostrar deterioro en forma de grietas, surcos, rigidez reducida y daños por humedad. En 1984, la segregación en las mezclas asfálticas se describió como “una concentración de materiales gruesos en algunas áreas y materiales finos en otras, lo que da como resultado mezclas no uniformes que no cumplen el diseño, clasificación o cemento asfáltico original (Brock 1984). Específicamente, la segregación de agregados da como resultado porciones ricas en agregados gruesos o ricas en agregados finos en la mezcla asfáltica. La segregación similar a la segregación de agregados puede ocurrir en la temperatura de la mezcla asfáltica causando que sus diferentes porciones sean pavimentadas y compactadas a diferentes temperaturas (Andres Valeri, y otros, 2019).

La segregación por temperatura (TS, por sus siglas en inglés) ocurre durante la construcción del pavimento de mezcla asfáltica si se coloca una mezcla significativamente más fría en la capa de pavimento. Canción et al.

(2009) propusieron que esta mezcla asfáltica segregada térmicamente no alcanza la compactación adecuada, lo que podría deberse a una ventana de tiempo reducida hacia la temperatura de cese que conduce a porciones de densidad inadecuada (Song et al. 2009).

El diferencial de temperatura (TD) es la diferencia entre la temperatura de depósito objetivo que especifica la fórmula de combinación de trabajo (JMF) y la temperatura de depósito promedio real en cualquier área específica de pavimento de asfalto sin compactar. Por otro lado, la segregación de temperatura (TS) es la distribución general de temperatura no uniforme que causa porciones de temperaturas altas y bajas a lo largo de toda la longitud del pavimento. La severidad y las ocurrencias del diferencial de temperatura pueden denominarse como una medida de la segregación de temperatura.

(Amirkhanian, S., & Putman, B. (2006).)

(22)

16 El TD fue reportada por primera vez por Willoughby et al. (2001) mientras estudiaba patrones repetitivos de temperaturas altas y bajas a lo largo de la dirección longitudinal del pavimento. Observaron que estos patrones estaban relacionados con la pérdida de temperatura en las Hot Mix Asphalt (Mezclas Asfálticas en Caliente) dentro del camión de transporte (Willoughby et al.

2001). Las causas de segregación informadas incluyen la falta de remezclado de HMA antes de la colocación, la falta de lonas aislantes, la pavimentación sobre derrames, la baja temperatura ambiente, las paradas de trabajo causadas por la resolución de problemas del equipo y el retraso en el transporte de HMA (Mahoney et al. 2003; Gilbert 2005; Henault et al. 2005;

Amirkhanian y Putman 2006; Gunter 2012).

El objetivo de este estudio fue determinar el efecto del uso de fibras de celulosa peletizadas en la segregación de mezclas asfálticas en caliente mediante el análisis de la densidad, la resistencia, la fluencia y el nivel de segregación progresivo de las mezclas asfálticas con o sin el empleo de fibras.

Por lo que a lo largo de los siguientes capítulos se irán abordando las variables en estudio en orden para finalmente reportar el mejoramiento que aportan las fibras de celulosa peletizadas en las mezclas asfálticas en caliente convencionales para la provincia de Huancayo.

(23)

17 CAPÍTULO I:

PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN 1.1. DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA

A nivel mundial en 1995, el Centro de Transporte del Estado de Washington desarrolló un proyecto de investigación enfocado en el estudio de la segregación de agregados de las mezclas asfálticas. Durante el estudio, los investigadores identificaron zonas de bajas densidades en el lugar debido a la mala compactación de la capa asfáltica y que no mostraban signos de segregación de agregados. La mala compactación de la mezcla asfáltica se atribuyó a una pérdida de consistencia de la mezcla provocada por la falta de uniformidad de la temperatura de la mezcla antes de su compactación. Este tipo de segregación se denominó “segregación térmica”, siendo un problema que se presenta debido a la colocación de material frío sobre una superficie preparada previamente a su compactación. Este problema está relacionado con una excesiva falta de uniformidad de la temperatura de compactación que provoca pérdida de consistencia y trabajabilidad. La segregación térmica, también conocida como daño por diferencial de temperatura (TDD), se considera un problema relacionado con la construcción ya que no se puede evitar la pérdida de temperatura de la mezcla en el campo. (Baena & García, 2007)

A nivel internacional de acuerdo con un estudio desarrollado por Stroup - Gardiner y Brown, el término "segregación" se define como una falta de homogeneidad en los constituyentes de la mezcla asfáltica en caliente de tal manera que existe una expectativa razonable de envejecimiento acelerado.

Presentando de esta manera una tentativa de solución ante esta realidad

(24)

18 problemática la aplicación de fibras de asbesto que presentan una mejora representativa sobre el nivel de segregación durante el transporte de mezclas asfálticas en caliente, pero presenta paralelamente un problema recientemente investigado, donde la aplicación de este tipo de fibras de asbesto en mezclas asfálticas en caliente pueden llegar a generar problemas en la salud para los operarios que se encuentran expuestos a los humos generados por este tipo de mezclas. Debido a esto no es recomendable la aplicación de fibras de asbesto para llegar a reemplazarlas con otro tipo materiales no tóxicos. (Botella, Jiménez, Martínez, & Santiago, 2009)

A nivel nacional la realidad problemática sobre la segregación producida en mezclas asfálticas en caliente también se encuentra presentes en los proyectos de inversión vial identificado mediante la determinación de áreas con altos diferenciales de temperatura comúnmente denominadas “áreas frías”. En general, estas áreas tienen temperaturas más bajas que la capa circundante, lo que genera más vacíos de aire y, por lo tanto, un envejecimiento acelerado del ligante asfáltico. Presentando de esta manera la generación de áreas frías producto del desplazamiento del material asfáltico dentro de las maquinas transportadoras del material. Muchos investigadores han establecido que las áreas frías durante las operaciones de acarreo y pavimentación pueden llegar a producir fallas tempranas sobre la superficie del pavimento nuevo. Myers, Mahoney y Stephens encontraron que el efecto combinado de la última descarga proveniente de una unidad de acarreo y la primera descarga proveniente del próximo camión puede producir áreas frías, ya que el material en el perímetro de la unidad de acarreo y cerca de la superficie tiende a enfriarse más rápido que el material cerca del núcleo de la carga. (Stroup Gardiner & Brown, 2000)

A nivel local la realidad problemática puede llegar a agravarse producto de malas prácticas durante la etapa de transporte, también suele producirse por los cambios climáticos bruscos característicos de la ciudad y las temperaturas bajas producidas por distancias muy prolongadas de transporte. Las áreas con altos diferenciales de temperatura se pueden manifestar en diferentes formas y signos. Muchos investigadores han tratado de asociar estas formas

(25)

19 con diferentes causas de segregación térmica para identificar el problema real y establecer acciones correctivas rápidas. Se encontró mediante problemas en los proyectos locales que las zonas con altas diferencias de temperatura mostraban dos formas típicas identificadas con una cámara infrarroja. El primer tipo correspondía a una raya descrita por los investigadores como una

“banda larga y angosta de material más frío que corre paralela a la dirección de la pavimentadora” por lo que también es importante cuidar la temperatura de la plancha sobre la que se va a transportar la mezcla asfáltica en caliente, lo cual se puede traducir en la alteración sobre las propiedades mecánicas de diseño. (Baena & García, 2007)

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.2.1. Problema general

¿Cuál es el efecto del uso de fibras de celulosa peletizadas en la segregación de mezclas asfálticas en caliente, Huancayo 2022?

1.2.2. Problemas específicos

▪ ¿Cuál es el nivel de segregación de la mezcla asfáltica en caliente convencional, Huancayo 2022?

▪ ¿Cuál es el nivel de segregación de la mezcla asfáltica en caliente con el uso de fibra de celulosa peletizada, Huancayo 2022?

▪ ¿Cómo es el comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica en caliente con el uso de fibra de celulosa peletizada, Huancayo 2022?

1.3. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN 1.3.1. Objetivo general

Analizar el efecto del uso de fibras de celulosa peletizadas en la segregación de mezclas asfálticas en caliente, Huancayo 2022

1.3.2. Objetivos específicos

(26)

20

▪ Determinar el nivel de segregación de la mezcla asfáltica en caliente convencional, Huancayo 2022

▪ Determinar el nivel de segregación de la mezcla asfáltica en caliente con el uso de fibra de celulosa peletizada, Huancayo 2022

▪ Establecer el comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica en caliente con el uso de fibra de celulosa peletizada, Huancayo 2022

1.4. IMPORTANCIA Y ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN

La importancia de la presente investigación radica en llegar a plantear una tentativa de solución para diferenciales de alta temperatura durante las operaciones de pavimentación. Aunque las prácticas minuciosamente correctas, son un método apropiado para mitigar este problema, los cambios climáticos característicos de la provincia de Huancayo requieren de soluciones que prevengan la segregación en las mezclas asfálticas. La aplicación de fibras peletizadas de celulosa se puede llegar a considerar una opción para la prevención de la segregación producida por climas fríos y distancias prolongadas de transporte, desplazando a las fibras de asbesto que llegan a producir problemas de salud por los humos tóxicos producidos durante la etapa de producción.

El alcance de la investigación se establece por la aplicabilidad sobre el aporte que se pretende alcanzar con los estudios de laboratorio realizados sobre el empleo de las fibras peletizadas de celulosa para mitigar la segregación de la mezcla asfáltica en caliente, teniendo presente un análisis de las propiedades mecánicas sobre un diseño de mezcla asfáltica patrón diseñado con los materiales requeridos para un correcto cometido local. Es por esto que el alcance se centra en una aplicación para la provincia de Huancayo en conjunto con las disposiciones normativas del Marshall para el diseño de mezcla asfálticas en caliente, por lo que podría existir alteraciones por la adición de fibra de celulosa peletizadas, sobre el comportamiento físico

(27)

21 y mecánico ante una variación de materiales y ante condiciones climáticas diferentes.

1.5. DELIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN 1.5.1. DELIMITACIÓN CONCEPTUAL

La delimitación conceptual de la presente investigación se centra en la información de carácter útil disponible a nivel nacional e internacional, referente a la segregación de mezclas asfálticas que puede llegar a ser el origen de la aparición de fallas tempranas sobre la superficie de una carpeta de rodadura asfáltica, por lo que vuelve necesario recurrir a fuentes bibliográficas internacionales que permitan definir los procesos adecuados para estudiar el fenómeno de la segregación en las mezclas asfálticas para prevenir la aparición de fallas tempranas en los pavimentos.

1.5.2. DELIMITACIÓN ESPACIAL

La investigación presenta una delimitación espacial correspondiente a la provincia de Huancayo en la Región Junín.

1.5.3. DELIMITACIÓN TEMPORAL

El estudio se delimita de forma temporal a la fecha de investigación sobre las fuentes de información para la realización de los procesos adecuados para la evaluación de las propiedades sobre la segregación en mezclas asfálticas en caliente, para lo cual se definió el periodo comprendido entre Marzo del 2022 hasta Diciembre del 2022.

(28)

22 CAPÍTULO II:

HIPÓTESIS Y VARIABLES 2.1. Hipótesis general

El uso de fibras de celulosa peletizadas disminuye la segregación de mezclas asfálticas en caliente, Huancayo 2022

2.2. Hipótesis específicas

▪ El nivel de segregación de la mezcla asfáltica en caliente convencional es inferior al 15%, Huancayo 2022

▪ El nivel de segregación de la mezcla asfáltica en caliente con el uso de fibra de celulosa peletizada es inferior al 5%, Huancayo 2022

▪ El comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica en caliente con el uso de fibra de celulosa peletizada cumple con los requerimientos normativos, Huancayo 2022

2.3. VARIABLES

2.3.1. Variable independiente Fibras de celulosa peletizadas.

2.3.2. Variable dependiente Segregación.

(29)

23 2.4. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

Tabla 1. Operacionalización de la variable Variables Definición

Conceptual

Definición

Operacional Dimensiones Indicadores Índice

VI:

FIBRAS DE CELULOSA PELETIZADAS

Son fibras fabricadas con éteres o ésteres de

celulosa, que pueden llegar a obtenerse de la corteza, la madera

o las hojas de plantas, o de otros

materiales con origen vegetal. Las

fibras peletizadas representan una

estructura comprimida con la

finalidad de conformarse óptimamente en mezcla. (Andres Valeri, y otros,

2019).

Las fibras de celulosa peletizadas se

considera a partir de un porcentaje determinado

de adición sobre el peso

del asfalto (Andres Valeri,

y otros, 2019).

D1:

Adición de 1.0%

sobre peso de la mezcla

I1: MTC E 201 – Muestreo de fibra

% I2: MTC E 501 –

Muestreo de mezcla I3: MTC E 509 –

Compactación

D2:

Adición de 2.5%

I1: MTC E 201 – Muestreo de la

fibra I2: MTC E 501 –

Muestreo de la mezclan I3: MTC E 509 –

Grado de compactación

D3:

Adición de 4.0%

I1: MTC E 201 – Muestreo de la fibra segregación

I2: MTC E 501 – Muestreo de

mezcla I3: MTC E 509 –

Grado compactado

VD:

SEGREGACIÓN DE LA MAC

La segregación de la mezcla asfáltica en caliente, son

difícilmente identificables, dan lugar a áreas más frías en la capa

extendida con respecto a las adyacentes, que

pueden implicar negativamente en

la densidad final alcanzada durante

la compactación, dando lugar a

mezclas con menores densidades y bajas

características mecánicas. (Brown,

Collins, &

Brownfield, 1989)

Nivel de perdida en masa a través del ensayo de escurrimiento a diferentes temperaturas

de 165° y 175°. (Brown,

Collins, &

Brownfield, 1989).

D1:

Segregación asfáltica

I1: MTC E 501 – Muestreo de la

mezcla

mm I2: MTC E 503 –

Ensayo análisis mecánico

I3: AASHTO T 305 – Ensayo de

escurrimiento

(30)

24 CAPÍTULO III:

MARCO TEÓRICO 3.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA 3.1.1. Antecedentes internacionales

Según (Felipe Velasco & Felipe Camargo, 2019) en la tesis titulada:

“Mejoramiento de mezclas asfálticas porosas a través de la incorporación de fibras de nylon y polipropileno”, para optar el título de ingeniero civil.

Teniendo como objetivo principal la determinación de la influencia de la adición de fibras de nylon y polipropileno en mezclas asfálticas porosas respecto a la abrasión y el desgaste, por medio del ensayo de Cántabro en seco y húmedo. La metodología a emplear para el desarrollo del proyecto plantea la elaboración de briquetas con el diseño de mezclas asfálticas porosas variando el porcentaje de ligante en 4.4%, 4.8% y 5.2%. Se elaborarán primero un grupo de briquetas sin adición de fibra para tomarlas como referencia respecto a la abrasión y desgaste y realizar comparaciones con los resultados de las briquetas con adición de fibra nylon y polipropileno en 0.03% y 0.06%. En conclusión, tras realizar el ensayo Cántabro en seco se determinó que la adición de fibras de nylon en las mezclas porosas influye de manera positiva respecto al desgaste y abrasión, reduciendo en 10% y 61% los porcentajes de pérdida. Tras el ensayo de Cántabro en húmedo la adición de fibra de nylon redujo en un 17% y 27% la resistencia al desgaste y abrasión. Respecto al empleo de la fibra de polipropileno en el ensayo de

(31)

25 Cántabro en seco se redujo el porcentaje de desgaste y abrasión en un 10%

y 30%. Y finalmente se obtuvo un óptimo contenido de asfalto del 4.4% y un 0.06% de óptimo contenido de fibra de nylon, siendo este el mejor diseño con el que se redujeron los porcentajes de pérdida del 61%.

Según (Preciado Bolívar & Sierra Martínez, 2013) en la tesis titulada:

“Utilización de fibras desechas de procesos industriales como estabilizador de mezclas asfálticas SMA”, para optar el título de ingeniero civil. Teniendo como objetivo la comparación del comportamiento mecánico de mezclas asfálticas SMA al emplear como aditivos estabilizadores fibras de celulosa y fibras obtenidas tras procesos industriales, las cuales son las de polipropileno y la fibra de cáscara de coco. La metodología planteada para esta investigación consistió en realizar un diseño de mezcla tipo SMA adicionando fibras de celulosa peletizadas, fibras de polipropileno y fibras de coco, para obtener el comportamiento mecánico de estas mezclas se aplicaron ensayos de, susceptibilidad a la humedad, módulo resiliente y deformación plástica. En los resultados se obtuvo que, tras el ensayo para determinar la susceptibilidad a la humedad, al emplear fibra de polipropileno fue de 87.6%, con la fibra de coco se obtuvo 83.4% y al emplear fibra de celulosa un 75.3%, lo que indica un buen grado de resistencia a la humedad al emplear fibras de procesos industriales. Respecto al ensayo para obtener los módulos resilientes, se obtuvo que al emplear fibra de coco su valor es 26% menor al obtenido con la fibra de celulosa y al emplear fibra de polipropileno su valor es 37% más bajo que al emplear celulosa. Finalmente, tras realizar el ensayo para determinar la deformación plástica, se obtuvo que al emplear fibra de polipropileno se obtuvo la mayor deformación, llegando a 3970 µm, al emplear fibra de coco se llegó 3223 µm de deformación y la que menores valores de deformación alcanzó fue la mezcla SMA al emplear fibra de celulosa con 3053 µm. En conclusión, tras analizar los resultados se obtuvo que el empleo de las fibras de polipropileno y de coco pueden impedir el escurrimiento del asfalto sin alterar el comportamiento mecánico de la mezcla tipo SMA en comparación del empleo de las fibras de celulosa.

(32)

26 Según (Andres Valeri, y otros, 2019) en la tesis titulada: “Estudio experimental del uso de fibras de celulosa provenientes del reciclaje de residuos como aditivo estabilizante en mezclas asfálticas porosas”. Planteó que el empleo de materiales reciclados en mezclas asfálticas es una práctica cada vez más habitual para mejorar la relación coste-beneficio y sus prestaciones mecánicas. En esta investigación experimental se realizó la evaluación de la influencia que posee la incorporación de residuos procedentes del reciclaje de envases tipo Tetra Brik Aseptic (TBA) en mezclas asfálticas drenantes como viable aditivo estabilizante. Las adiciones de fibras de TBA se surtieron en cantidades de 0.3%, 0.4% y 0.5%, para contenidos de ligante de 5.5% y 6%. Además, se elaboraron mezclas que solo cuentan con agregados y ligante, las cuales fueron ensayadas mediante Cántabro tras pérdida por desgaste, módulo resiliente y ensayo de viga semi- circular (SCB). Los resultados obtenidos fueron que la adición de material reciclado de TBA optimizó las propiedades de la mezcla frente a la perdida de partículas, la resistencia a rotura y la rigidez. La resistencia a la disgregación optimizó en un 52% y 40%, la condición seca la condición húmeda en comparación de la mezcla sin modificaciones. El módulo resiliente aumentó en cualquiera de las dosificaciones de TBA probadas, obteniendo un incremento máximo de 36% para un óptimo contenido de ligante de 5.5%. Respecto a la resistencia a la rotura, se obtuvo un incremento del 15% para los 0 y 20 ºC de temperatura de ensayo.

3.1.2. Antecedentes nacionales

Según (De la Cruz Alanya, 2019) en la tesis titulada: “Estabilización de mezclas asfálticas Stone Mastic Asphalt utilizando fibras de basalto como sustituto de las fibras de celulosa”, para optar el grado de maestro en ingeniería vial. Cuyo objetivo fue la incorporación de fibras de basalto como reemplazo de fibras de celulosa en mezclas asfálticas tipo SMA. La aplicación de esta metodología consistió en preparar las muestras de mezclas asfálticas tipo SMA con fibras de basalto y fibras de celulosa en 0.3%, 0.4% y 0.5%, la caracterización de la mezcla se realizó por medio de ensayos de parámetros volumétricos, sensibilidad al escurrimiento y

(33)

27 resistencia a la tracción. Con la aplicación de los ensayos mencionados se pudo concluir que el empleo de fibras de basalto sustituye de manera eficiente a las fibras de celulosa como estabilizadores de la mezcla asfáltica SMA con un porcentaje óptimo de asfalto de 6.52% con un porcentaje óptimo de fibra de 0.4%

Según (Ramírez Villanueva & Villafana Huamán, 2019) en la tesis titulada:

“Análisis del comportamiento de una mezcla asfáltica modificada con polímeros SBS Betutec IC y una mezcla asfáltica convencional 60/70”, para optar el título de ingeniero civil. Tuvo como principal objetivo la determinación de la mezcla con mejor comportamiento mecánico entre una mezcla convencional de pen 60/70 y una mezcla modificada con polímeros SBS Betutec IC. El procedimiento de la investigación consistió en realizar el diseño de mezcla flexible tanto con liquido asfáltico con polímeros como con liquido asfáltico de pen 60/70, los cuales se realizaron bajo la misma gradación y mismos agregados, para obtener el óptimo contenido de líquido de cada diseño, y que serán sometidas a los diferentes ensayos de desempeño que servirán para demostrar el comportamiento mecánico de las mezclas asfálticas en estudio. En conclusión, se demostró que la mezcla modificada con polímeros ofrece un mejor comportamiento mecánico, respecto al desempeño del pavimento, logrando así que su vida útil se prolongue.

Según (Garcia Rojas & Inga Lopez, 2020) en la tesis titulada: “Variación de las propiedades mecánicas obtenidas del ensayo Marshall entre las mezclas asfálticas tibias producidas con diferentes tecnologías y las mezclas asfálticas en caliente”, para optar el título de ingeniero civil. Teniendo como principal objetivo determinar el rango de diferenciación de las propiedades mecánicas obtenidas del ensayo Marshall entre las mezclas asfálticas tibias obtenidas con diferentes tecnologías respecto a las mezclas asfálticas en caliente. La metodología planteada es cuantitativa, el nivel es descriptivo y el diseño es no experimental. La tecnología empleada desarrolló en primer lugar una mezcla asfáltica tibia adicionando Zycotherm, después una mezcla adicionando Quimibond, una mezcla adicionando aceite crudo de palma,

(34)

28 adicionando Sasobit y una mezcla obtenida mediante proceso de espumado.

Con los datos obtenidos de las distintas investigaciones se procedió a hacer el análisis de la variación de las propiedades mecánicas entre las mezclas asfálticas tibias y las mezclas asfálticas en caliente con lo cual se concluye que la variación promedio de las propiedades mecánicas superan el 15%.

3.2. BASES TEÓRICAS

3.2.1. Estudios generales sobre las fibras

Desde hace más de seis décadas, las fibras se utilizan ampliamente en varias aplicaciones de ingeniería civil. El refuerzo con fibras se refiere a la incorporación de materiales con propiedades deseadas dentro de otros materiales que carecen de esas propiedades. Con sus fundamentos que se remontan a la década de 1950, la práctica de utilizar betún reforzado con fibras no es nueva en la industria. Una multitud de fibras y materiales de fibra están siendo introducidos en el mercado regularmente. (Pilares Calla, 2018) Las fibras se utilizan principalmente como refuerzo para proporcionar una resistencia a la tracción adicional en el compuesto resultante, lo que puede aumentar la cantidad de energía de deformación que puede ser absorbida durante el proceso de fatiga y fractura. Dado que las fibras tienen una mayor resistencia a la tracción en comparación con las mezclas bituminosas, tienen la posibilidad de mejorar la resistencia a la cohesión y a la tracción de las mezclas bituminosas. Las fibras tienen la capacidad de impartir cambios físicos a las mezclas bituminosas, como refuerzo y endurecimiento. Las fibras divididas proporcionan una gran superficie por unidad de peso, y se comportan como materiales de relleno que abultan el betún eliminando el escurrimiento de los agregados durante la construcción. (Jiménez Rojano, 2016)

Tanto las fibras naturales como las sintéticas se han utilizado en diversas aplicaciones de mezclas asfálticas en caliente. Las fibras naturales incluyen el amianto, la celulosa y la lana de roca. Mientras que las fibras sintéticas incluyen el polipropileno, el poliéster y la aramida. Las fibras no reaccionan

(35)

29 químicamente con el asfalto, sino que refuerzan y endurecen la masilla asfáltica. Las posibles ventajas del uso de fibras para reforzar las mezclas de pavimentación asfáltica incluyen la reducción de la fatiga, el agrietamiento térmico y por reflexión; el aumento de la vida útil y los beneficios económicos.

(Button & Epps, 1981)

Los rápidos avances tecnológicos han hecho que el desarrollo de materiales de construcción permita que la investigación se centre en aumentar la capacidad de servicio y la seguridad de las estructuras de hormigón utilizando fibras como refuerzo. Se han utilizado ampliamente varios tipos de fibras, como el amianto, el acero, el carbono vítreo, el Kevlar, el polipropileno y el nailon. Cada una de ellas varía considerablemente en cuanto a propiedades, eficacia y costo. (Lee, 2003)

En un estudio, se investigaron las características dinámicas de la mezcla de asfalto modificada con fibras utilizando fibras de celulosa, poliéster y minerales. Cada tipo de fibra se probó con las siguientes dosis 0,3%, 0,3%

y 0,4%. Se utilizó un compactador giratorio para preparar las muestras para la prueba del módulo dinámico. Las pruebas se centraron en descubrir las características del módulo dinámico (E*) y el ángulo de fase (δ) para las mezclas asfálticas de control y las modificadas con fibras a varias temperaturas y frecuencias. Los resultados ilustraron que todas las mezclas asfálticas modificadas con fibras tenían un módulo dinámico más alto en comparación con la mezcla de control. Los resultados indicaron que las propiedades de resistencia a la fatiga y a las roderas pueden mejorarse con aditivos de fibra. (Andres Valeri, y otros, 2019)

Investigadores informaron de que se aplicaron dos millones de cargas al asfalto modificado con fibras utilizado como mezcla de recubrimiento en pavimentos que presentaban agrietamiento por fatiga. El resultado fue que la macroestructura de la superficie del pavimento no presentaba prácticamente ningún tipo de agrietamiento, incluso en el pavimento estructural flexible, lo que demuestra la eficacia del hormigón asfáltico modificado con fibras como mezcla de recubrimiento. Informaron de que la integridad de la macroestructura estaba relacionada con el mantenimiento

(36)

30 de la resistencia al deslizamiento a lo largo del tiempo, y la ausencia de grietas por fatiga implicaba que la vida a la fatiga del recubrimiento modificado con fibras era mayor que la del pavimento fatigado no modificado que se encontraba debajo. (Andres Valeri, y otros, 2019)

En otro estudio, se utilizó un enfoque de mecánica de la fractura para evaluar los efectos del refuerzo con fibras en la resistencia a las grietas. Se utilizaron fibras de poliéster y polipropileno para modificar las mezclas que luego se sometieron a pruebas de módulo de elasticidad, energía de fractura y resistencia a la tracción. El estudio demostró que la tenacidad aumentaba como resultado de un incremento del 50 al 100 por ciento en la energía de fractura, mientras que había poco efecto en la elasticidad y la resistencia a la tracción. (Cleven, 2000)

3.2.1.1. Fibra de celulosa

En un estudio, (Decoene, 1990) se investigaron los efectos de las fibras de celulosa sobre el sangrado, la reducción del contenido de huecos, la abrasión y el drenaje en el asfalto poroso. A la vez que disminuían significativamente el sangrado del ligante, las fibras de celulosa en la mezcla asfáltica en caliente también aumentaban el contenido de asfalto.

No hubo cambios notables ni en la abrasión con la adición de fibras de celulosa ni en el contenido de huecos. Durante seis meses, se observó el drenaje de todas las secciones de prueba. Las secciones que contenían fibras mantuvieron la misma calidad de drenaje, mientras que el tiempo de drenaje se duplicó en las secciones sin fibras.

En un segundo estudio realizado por (Stuart & Malmquist, 1994) se evaluaron las fibras de celulosa sueltas, la fibra de celulosa peletizada y dos fibras de polímero, para comprobar el drenaje del ligante, la resistencia a las roderas, el agrietamiento a baja temperatura, el envejecimiento y los daños por humedad. Los resultados de las pruebas de drenaje indicaron que las mezclas con polímeros o el control drenaban notablemente más que las de fibra. Las muestras de control presentaban una excelente resistencia al ahuecamiento y no se observaron diferencias

(37)

31 significativas entre el control y las mezclas con ligante modificado.

También se observó que la resistencia al envejecimiento era mayor cuando se utilizaban mezclas modificadas con polímeros. No se obtuvieron buenos resultados en cuanto a daños por baja temperatura y humedad.

(Partl, Vinson, & Hicks, 1994) estudiaron diversos contenidos de fibras de celulosa en una mezcla de asfalto de matriz de piedra (SMA). Se llevaron a cabo y se evaluaron los ensayos de probetas con tensión térmica controlada y los ensayos de tracción indirecta. Los resultados se vieron afectados por la aglomeración de fibras que se produjo durante el proceso de mezclado. Esto se mejoró aumentando la temperatura y la duración de la mezcla, aunque se mantuvieron algunos grumos. Los resultados de este estudio concluyeron que la mezcla basada en las dos pruebas realizadas no mejoró notablemente al utilizar SMA con fibra de celulosa. Los autores creen que la mala distribución de las fibras puede haber sido la causa de la limitada mejora, pero recomiendan que se realicen más investigaciones para probar esta teoría.

En otro estudio sobre el SMA, investigaron los efectos de las fibras de celulosa. Se realizaron algunas pruebas sobre el drenaje del ligante, la susceptibilidad a la humedad (informada como relación de resistencia a la tracción), el módulo de fluencia estático y la eficiencia de recuperación.

Se añadieron fibras a mezclas que incluían ligantes estándar y modificados con polímeros. A partir de los resultados, se observó una notable mejora en todas las mezclas que contenían fibras de celulosa en la prueba de drenaje del ligante. Las mezclas con ligante asfáltico simple y fibras mostraron la mayor resistencia a la tracción indirecta y la relación de resistencia a la tracción después del acondicionamiento, en comparación con las mezclas modificadas con polímeros que contenían fibras, que mostraron la menor resistencia a la tracción y al daño inducido por la humedad de todas las mezclas probadas. Los investigadores demostraron que la eficiencia de recuperación y las pruebas de módulo de fluencia eran comparativamente superiores en las mezclas que

(38)

32 contenían fibras y ligante simple, más que con fibras y modificador polimérico. (Andres Valeri, y otros, 2019)

3.2.2. Segregación térmica 3.2.2.1. Definición

La segregación térmica de las mezclas asfálticas es un problema que se produce debido a la colocación de material frío sobre una superficie preparada antes de su compactación. Este problema está relacionado con una excesiva falta de uniformidad de la temperatura de compactación sobre la estera que provoca la pérdida de consistencia y trabajabilidad. La segregación térmica, también conocida como daño por diferencia de temperatura (DDT). (Botella, Jiménez, Martínez, & Santiago, 2009)

Según un estudio desarrollado por (Stroup Gardiner & Brown, 2000), el término "segregación" se define como "una falta de homogeneidad en los constituyentes de la mezcla asfáltica en caliente de tal magnitud que existe una expectativa razonable de aceleración del deterioro del pavimento". Básicamente, esta definición puede interpretarse como la falta de homogeneidad de los agregados gruesos y finos, del ligante asfáltico, de los aditivos o de los vacíos de aire en la mezcla asfáltica que provoca un deterioro acelerado del pavimento.

La segregación térmica fue definida por (Henault & Larsen, 2006) como

"zonas aisladas de la alfombra que difieren significativamente del cuerpo principal de la alfombra en cuanto a temperatura". Este tipo de segregación se identificó durante un estudio de campo realizado durante la temporada de pavimentación de 1995. La investigación se centró en la identificación de varias causas relacionadas con la segregación de la mezcla asfáltica en caliente, bajo el supuesto de que los problemas de segregación eran causados únicamente por la segregación de los agregados. Tras varias mediciones y ensayos, se descubrió que las zonas aparentemente segregadas no siempre presentaban segregación de agregados, sino que mostraban bajas densidades en obra producidas por una mala compactación de la mezcla asfáltica en caliente.

(39)

33 3.2.2.2. Causas de la segregación térmica

Los problemas de segregación térmica se han estudiado mediante la determinación de zonas con altos diferenciales de temperatura, comúnmente llamadas "zonas frías". En general, estas zonas tienen temperaturas más bajas que la estera circundante, lo que conduce a mayores vacíos de aire y, por tanto, a un envejecimiento acelerado del ligante asfáltico. En la figura 3 se muestra un perfil térmico típico que contiene altos diferenciales de temperatura en la estera, antes de su compactación. (Henault & Larsen, 2006)

Figura 1. Perfil térmico de la barra de infrarrojos PAVE-IR con diferenciales de alta temperatura

Fuente: (Henault & Larsen, 2006)

Muchos investigadores han establecido que las zonas frías son causadas principalmente por la pérdida de temperatura de la mezcla asfáltica en caliente durante las operaciones de acarreo y pavimentación.

(Myers, Mahoney, & Stephens, 2001) descubrieron que el efecto combinado de la última descarga procedente de una unidad de acarreo y la primera descarga procedente del siguiente camión puede producir zonas frías, ya que el material en el perímetro de la unidad de acarreo y cerca de la superficie tendía a enfriarse más rápidamente que el material cerca del núcleo de la carga.

(Myers, Mahoney, & Stephens, 2001) también observaron que la acumulación de material frío en las alas de la tolva de la pavimentadora

(40)

34 contribuía significativamente a la formación de zonas frías. Cuando los camiones están colocando la mezcla en la tolva de la pavimentadora, una parte del material tiende a fluir directamente hacia los transportadores de tablillas y, al mismo tiempo, la otra parte tiende a permanecer en las alas de la tolva hasta que se inclinan hacia el centro de la misma. Durante este proceso, la mezcla que permanece en las alas de la tolva se enfría más rápidamente que el material que fluye directamente hacia los transportadores de listones, lo que aumenta la formación de zonas frías.

Una investigación desarrollada por el CEDEX y SACYR en España, 2001 demostró que las paradas de la extendedora son críticas en la formación de juntas frías. Cuando una extendedora se detiene, la mezcla que permanece en la tolva de la extendedora, los transportadores de listones y los sinfines delante de la regla se enfría rápidamente, lo que provoca una pérdida de consistencia de la mezcla y aumenta el riesgo de que se produzcan graves fisuras transversales. Observaron que una parada de la extendedora de 10 minutos puede producir diferencias de temperatura superiores a los 50°C. (Myers, Mahoney, & Stephens, 2001) La segregación térmica de la mezcla asfáltica en caliente es aún más crítica cuando los proyectos de pavimentación se ejecutan bajo condiciones asociadas con largos tiempos de acarreo, condiciones frías o lluviosas y temperaturas iniciales de la mezcla que no cumplen con las especificaciones de la temperatura de la fórmula de la mezcla de trabajo.

Por ejemplo, (Amirkhanian & Putman, 2006) descubrieron que cuando los tiempos de acarreo superaban los 70 minutos, el porcentaje de pavimento afectado por los altos diferenciales de temperatura aumentaba notablemente (48.3 °F para proyectos nocturnos y 22.8 °F para proyectos diurnos).

Los factores mencionados contribuyen a la reducción del tiempo disponible para la compactación y aumentan el riesgo de zonas de baja densidad en el pavimento. En la siguiente tabla 2 se presenta una tabla resumen de tipos de segregación, las causas y soluciones. (Amirkhanian

& Putman, 2006)

(41)

35 Tabla 2. Tipos de segregación, causas y soluciones

Tipo de

segregación Daño Causas Soluciones

Junta fría

Disminución de la adherencia Aumento de las

grietas transversales agrietamiento

Retraso en el tiempo Parada del trabajo

TD entre la carga del camión

Garantizar el funcionamiento del

equipo Mantener un ritmo

constante

Fin del camión Disminución de la densidad

Carga inadecuada del HMA en el

camión Largo recorrido No se utilizan las lonas del camión

Utilizar MTD Reducir la distancia de transporte - elegir

una planta más cercana Volcado del

ala de la pavimentadora

Disminución de la densidad

El material en el ala está más frío

Usar MTD No vaciar las alas

de los adoquines Raya Disminución de la

densidad

Problema con la solera

Comprobar el funcionamiento de

la solera Puntos fríos Disminución de la

densidad

La capa superficial de la masa del camión está más

fría

Utilizar lonas para camiones

Fuente: (Amirkhanian & Putman, 2006)

3.2.2.3. Manifestaciones de la segregación térmica en proyectos de pavimentación

Las zonas con altos diferenciales de temperatura pueden manifestarse de diferentes formas y signos. Muchos investigadores han tratado de asociar estas formas con diferentes causas de segregación térmica para identificar el problema real y establecer acciones correctivas rápidas.

(Henault & Larsen, 2006)

(Amirkhanian & Putman, 2006) descubrieron que las zonas de la estera con altos diferenciales de temperatura mostraban dos formas típicas identificadas con una cámara de infrarrojos. El primer tipo correspondía a una veta descrita por los investigadores como una "banda larga y estrecha de material más frío que corre paralela a la dirección de la extendedora", como se muestra en la figura 2:

(42)

36 Figura 2. Banda de material refrigerante paralela a la dirección de la

pavimentadora

Fuente: (Amirkhanian & Putman, 2006)

Asociaron esta manifestación a un funcionamiento incorrecto de la regla de extendido, cuya función es controlar el espesor de la capa y proporcionar una supe