UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

(1)

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

TESIS

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL

PRESENTADO POR:

BACH. HANS RENZO OSWALDO GODOY AGUIRRE

HUANCAYO - PERÚ 2023

APLICACIÓN DE TENSOACTIVOS DILUIDOS EXTRAÍDOS DEL COCO PARA LA ELIMINACIÓN DEL TAPONAMIENTO DE CAPAS DE ASFALTO

DRENANTE HUANCAYO 2022.

(2)

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL COMISION DE ASUNTOS ACADEMICOS

Av. Mariscal Castilla 3909 - 4089 El Tambo – Huancayo

INFORME N° 08-2023-AT-D-FIC/UNCP

A : TITO MALLMA CAPCHA

DECANO DE LA FIC/UNCP

ASUNTO : INFORME DE SIMILITUD DE CONTENIDO DE TESIS DE Bach. HANS RENZO OSWALDO GODOY AGUIRRE

.

REFERENCIA : Solicitud del Interesado de fecha 09 de ENERO del 2023 FECHA : 20 de ENERO de 2023.

Sirva el presente para hacer de su conocimiento que, se verificó en similitud de

contenido la tesis denominada “APLICACIÓN DE TENSOACTIVOS DILUIDOS EXTRAÍDOS DEL COCO PARA LA ELIMINACIÓN DEL TAPONAMIENTO DE CAPAS DE ASFALTO DRENANTE HUANCAYO 2022”, En mi calidad de asesor se procedió a verificar con el software Turnitin el contenido de la tesis y en cumplimiento al artículo 15 del Código de Ética para el investigador de la UNCP aprobado con resolución N° 4600- CU-2018. La tesis cumple con el porcentaje del 17% según el informe de originalidad (hojas adjuntas), porcentaje debidamente recepcionado y aceptado.

En consecuencia, informo a Usted para su conocimiento y fines pertinentes.

Atentamente,

_______________________________

P.Dr.Ing. Rodolfo Ricardo RIBBECK HURTADO Docente FIC/UNCP

(Asesor Principal)

C.c/

Archivo

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17 %

INDICE DE SIMILITUD

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FUENTES DE INTERNET

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PUBLICACIONES

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TRABAJOS DEL ESTUDIANTE

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BACH. HANS RENZO OSWALDO GODOY AGUIRRE

INFORME DE ORIGINALIDAD

FUENTES PRIMARIAS

Submitted to Universidad Nacional del Centro del Peru

Trabajo del estudiante

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"Proceedings of the 6th Brazilian Technology Symposium (BTSym’20)", Springer Science and Business Media LLC, 2021

Publicación

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2 ASESOR

Dr. Rodolfo RIBBECK HURTADO

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3 AGRADECIMIENTO

Mi primordial agradecimiento va dirigido a Dios por brindarme una hermosa familia, quienes son mi fortaleza, motivación y alegría; a mi familia, por creer de manera amorosa en mí, acompañándome incondicionalmente en cada etapa de mi vida; a mi novia, quien afectuosamente me incentiva e impulsa a lograr mis objetivos. A mi querida casa de estudios, la Universidad Nacional de Centro del Perú y a mis entrañables maestros, quienes fueron mis mentores durante mi preparación profesional; asimismo a mi asesor, quien me orientó durante esta investigación.

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4 DEDICATORIA

Dedico esta investigación a mis padres, quienes me otorgaron la vida y me brindaron su incondicional amor y apoyo en cada etapa de mi crecimiento profesional, personal y espiritual; asimismo, guiaron pacientemente mis pasos y me enseñaron a esforzarme para poder alcanzar mis metas. Todo lo que soy y lo que lograré en la vida es por y para ustedes, Papito y Mamita.

(10)

5 RESUMEN

Un pavimento de asfalto poroso difiere de los diseños de pavimento de asfalto tradicionales en que la estructura permite que los fluidos pasen libremente a través de él, reduciendo o controlando la cantidad de escorrentía del área circundante, pero este tipo de pavimentos de acuerdo pasa su tiempo de serviciabilidad las partes abiertas del pavimento llegan a taponearse los cuales requieren de mantenimientos por lo que en esta investigación se tiene como objetivo el analizar la aplicación de tensoactivos diluidos extraídos del coco para la eliminación del taponamiento de capas de asfalto drenante Huancayo 2022, mediante la metodología científica, de tipo aplicada, de nivel correlacional y de diseño experimental con una muestra de 112 briquetas de mezcla asfáltica drenante. Para la obtención de los resultados primeramente se elaboró un diseño de mezcla asfáltica drenante de acuerdo a los materiales disponibles de la región basado en de diseño CAD 12 para lo cual se elaboró el ensayo Marshall para calcular sus propiedades mecánicas y volumétricas, el ensayo de infiltración para calcular el tiempo de evacuación y la permeabilidad, el ensayo de escurrimiento del ligante y el ensayo cántabro, con ello dando un óptimo contenido de asfalto de 5.5% a partir de lo obtenido se elaboraron 40 briquetas los cuales primeramente fueron sometidas al proceso de sedimentación hasta lograr taponearlas totalmente, luego fueron tratados con agua a presión con distintos porcentajes de adición del tensoactivo de coco (0%, 5%, 10% y 15%), en donde de acuerdo al ensayo de infiltración se obtuvo lo siguiente del tiempo de evacuación al 0% de tensoactivo de coco 27 segundos, al 5% de tensoactivo de coco 23 segundos, al 10% de tensoactivo de coco 20 segundos y al 15% de tensoactivo de coco de 20 segundos, y de permeabilidad al 0% de tensoactivo de coco 3.76 cm³/s, al 5% de tensoactivo de coco 4.31 cm³/s, al 10% de tensoactivo de coco 4.81 cm³/s y al 15% de tensoactivo de coco 5 cm³/s, por último se las briquetas con mantenimiento fueron

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6 sometidas al ensayo marshal en donde el 10 % y el 15% de tensoactivo de coco en el mantenimiento llegaron a recuperar el porcentaje de vacíos del diseño, mientras que sus estabilidades disminuyeron de manera progresiva de acuerdo al porcentaje de adición de tensoactivo de coco en el mantenimiento y sus flujos aumentaron de manera progresiva de acuerdo al porcentaje de adición de tensoactivo de coco en el mantenimiento.

Finalmente se llegó a la conclusión de que efectivamente el tensoactivo de coco permite mantener la capacidad de infiltración en una mezcla MAD, de acuerdo al ensayo de infiltración de las mezclas asfálticas drenantes. Determinando un adecuado porcentaje de tensoactivo de coco de 10%, que no altera representativamente las propiedades principales del diseño de mezclas asfálticas drenante (cántabro en seco y cántabro tras inmersión).

Palabras Claves: Porcentaje de vacíos, estabilidad, flujo, tiempo de evacuación, permeabilidad, tensoactivo de coco y taponamiento.

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7 ABSTRACT

A porous asphalt pavement different from the traditional asphalt pavement designs in that the structure allows fluids to pass freely through it, reducing or controlling the amount of runoff from the area, but this type of pavement passes its serviceability time, the open parts of the pavement become clogged which require maintenance, so in this research the objective is to analyze the application of diluted surfactants extracted from coconut for the elimination of clogging of layers of draining Huancayo asphalt 2022, through the scientific, applied type, correlational level and experimental design methodology with a sample of 112 briquettes of draining asphalt mix. To obtain the results, firstly, a draining asphalt mix design was prepared according to the materials available in the region based on the CAD 12 design, for which the Marshall test was prepared to calculate its mechanical and volumetric properties, the infiltration test to calculate the evacuation time and permeability, the binder runoff test and the Cantabrian, thereby giving a better asphalt content of 5.5% from what was obtained. 40 briquettes were firstly subjected to the sedimentation process until they were completely clogged, then they were treated with pressurized water with different percentages of coconut surfactant reduction (0%, 5%, 10% and 15%), where according to the infiltration test the following evacuation time was obtained: 0% coconut surfactant 27 seconds, 5% coconut surfactant 23 seconds, 10% tens coconut 20 and 15% coconut surfactant for 20 seconds, and permeability at 0% coconut surfactant 3.76 cm³/s, 5% coconut surfactant 4.31 cm³/s, 10% coconut surfactant 4.81 cm³/s and 15% coconut surfactant 5 cm³/s, finally the briquettes with maintenance were submitted to the mars test hal where 10% and 15% of coconut surfactant in maintenance recovered the percentage of design voids, while their stabilities decreased progressively according to the percentage decrease in coconut surfactant in maintenance and their flows

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8 increased progressively according to the percentage reduction of coconut surfactant in maintenance.

Finally, it was concluded that the coconut surfactant effectively allows maintaining the infiltration capacity in a MAD mix, according to the infiltration test of draining asphalt mixes. Determining an adequate percentage of coconut surfactant of 10%, which does not significantly alter the main properties of the design of draining asphalt mixes (Cantabrian dry and Cantabrian after immersion).

Keywords: Void percentage, stability, flow, evacuation time, permeability, coconut surfactant and plugging.

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9 INTRODUCCIÓN

Los pavimentos de asfalto drenante ofrecen una tecnología alternativa para la gestión de aguas pluviales. Un pavimento de asfalto poroso difiere de los diseños de pavimento de asfalto tradicionales en que la estructura permite que los fluidos pasen libremente a través de él, reduciendo o controlando la cantidad de escorrentía del área circundante. Al permitir que la precipitación y la escorrentía fluyan a través de la estructura, este tipo de pavimento funciona como una técnica adicional de gestión de aguas pluviales. Los beneficios generales de los pavimentos de asfalto drenante pueden incluir beneficios tanto ambientales como de seguridad, incluida una mejor gestión de las aguas pluviales, una mejor resistencia al deslizamiento, una reducción del rocío para los conductores y peatones, así como un potencial para la reducción del ruido. Con una mayor conciencia ambiental y un cambio de paradigma en evolución en las técnicas de gestión de aguas pluviales.

Pero este tipo de serviciabilidad se delimita por las obstrucciones en las partes abiertas del pavimento drenante acumulados por el paso del tiempo en donde la acumulación de agua vuelve a generar los problemas antes mencionados como la perdida de resistencia al deslizamiento, etc. Para ello se emplea el mantenimiento con agua a presión cada cierto periodo según sea necesario, por lo que en esta investigación tiene como objetivo estudiar el comportamiento de una mezcla asfáltica drenante obstruida sometida al tratamiento con agua a presión en donde también se emplea tensoactivos del coco y evaluar su efectividad al recuperar la serviciabilidad del pavimento drenante y darle años más de vida útil. En donde una de las claves del éxito de este tipo de pavimento está en el diseño de la mezcla asfáltica el cual estará basado de acuerdo a los materiales obtenidos de la ciudad de Huancayo. El porcentaje de vacíos de aire, que en última instancia está relacionado con la efectividad del pavimento para controlar adecuadamente la

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10 escorrentía, es un componente crítico de la mezcla. Sin embargo, se requiere una consideración especial para obtener porcentajes de vacíos de aire más altos mientras se mantiene la resistencia y la durabilidad en un clima frío.

CAPITULO I:

El primer capítulo comprende la realidad problemática del país y como afecta al lugar de estudio, formulando así el problema en estudio el cual conta de problema general y específicos, también en este capítulo se pueden encontrar los objetivos de la investigación tanto como el general y específico.

CAPITULO II:

El segundo capítulo comprende los antecedentes nacionales e internacionales, las bases teóricas el cual se basa esta investigación, las definiciones comprenden, las hipótesis, las variables y por último la operación de variables.

CAPITULO III:

El tercer capítulo comprende el método de investigación, el tipo de investigación, el nivel de investigación, el diseño de investigación, la población y muestra, los instrumentos de investigación, las técnicas de investigación, y por último el tratamiento estadístico CAPITULO IV:

El cuarto capítulo comprende los resultados de los ensayos realizados de la investigación y le análisis estadístico de los resultados

CAPITULO V:

El quinto capítulo comprende las conclusiones del estudio.

CAPITULO VI:

El capítulo sexto capítulo comprende las recomendaciones del estudio.

(16)

11 ÍNDICE

ASESOR ... 2

AGRADECIMIENTO ... 3

DEDICATORIA ... 4

RESUMEN ... 5

ABSTRACT ... 7

INTRODUCCIÓN ... 9

ÍNDICE ... 11

ÍNDICE DE TABLAS ... 15

ÍNDICE DE FIGURAS ... 19

I. PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ... 23

1.1. DETERMINACIÓN DEL PROBLEMA ... 23

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 26

1.2.1. Problema general ... 26

1.2.2. Problemas específicos... 26

1.3. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN ... 26

1.3.1. Objetivo general ... 26

1.3.2. Objetivos específicos ... 26

1.4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ... 27

1.4.1. Justificación Teórica ... 27

1.4.2. Justificación práctica ... 27

1.4.3. Justificación Metodológica ... 27

1.4.4. Justificación social ... 28

1.4.5. Justificación de conveniencia ... 28

(17)

12

1.5. DELIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN ... 28

1.5.1. Delimitación espacial ... 28

1.5.2. Delimitación temporal ... 28

1.5.3. Delimitación conceptual ... 28

II. MARCO TEÓRICO ... 29

2.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA ... 29

2.1.1. Antecedentes nacionales ... 29

2.1.2. Antecedentes internacionales ... 31

2.2. BASES TEÓRICAS ... 34

2.2.1. Pavimentos ... 34

2.2.2. Mezclas asfálticas ... 36

2.2.3. Tensoactivos ... 46

2.3. DEFINICIONES CONCEPTUALES ... 48

2.3.1. Agregados ... 48

2.3.2. Ligante asfaltico ... 48

2.3.3. Tensoactivos ... 49

2.3.4. Mezclas asfálticas en caliente (MAC) ... 49

2.3.5. Adherencia de la mezcla ... 49

2.4. HIPÓTESIS Y DESCRIPCIÓN DE VARIABLES ... 50

2.4.1. Hipótesis general ... 50

2.4.2. Hipótesis específicas... 50

2.5. VARIABLES ... 50

2.5.1. Variable independiente ... 50

2.5.2. Variable dependiente ... 50

OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES ... 51

III. METODOLOGÍA ... 52

3.1. MÉTODOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 52

(18)

13

3.2. TIPO DE INVESTIGACIÓN ... 53

3.3. NIVEL DE INVESTIGACIÓN ... 53

3.4. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN ... 54

3.5. POBLACIÓN Y MUESTRA ... 54

3.5.1. Población ... 54

3.5.2. Muestra ... 55

3.6. INSTRUMENTOS DE INVESTIGACIÓN ... 55

3.7. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 56

3.8. TRATAMIENTO ESTADÍSTICO ... 56

IV. ANÁLISIS – RESULTADO ... 57

4.1. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO ... 57

4.1.1. Ubicación ... 57

4.1.2. Características de la zona de estudio ... 58

4.2. ESTUDIOS PREVIOS ... 59

4.2.1. Estudios de los materiales ... 59

4.2.2. Estudios de laboratorio. ... 62

4.3. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN ... 68

4.3.1. Diseño de mezcla asfáltica drenante ... 68

4.3.2. O.E.1 Proceso de taponamiento ... 85

4.3.3. O.E.2 Tratamiento con tensoactivos de coco ... 96

4.3.4. O.E.3 Propiedades mecánicas ... 113

4.3.5. O.G. ANALISIS DEL TENSOACTIVO DEL COCO EN EL MAD .... 118

4.4. ANÁLISIS ESTADÍSTICO ... 123

4.4.1. Permeabilidad (cm³/s) para 18 pasadas – 0% Tensoactivo de coco ... 123

(19)

14 4.4.5. Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos – 0% Tensoactivo de coco

……….152

4.4.6. Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos – 5% Tensoactivo de coco: ……….156

4.4.7. Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos – 10% Tensoactivo de coco ……….160

4.4.8. Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos – 15% Tensoactivo de coco ……….163

4.4.9. Pérdida por desgaste en seco (%): ... 168

4.4.10. Pérdida por desgaste sumergido (%): ... 172

4.4.11. Estabilidad (kg): ... 176

4.4.12. Flujo (mm): ... 180

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES ... 185

CAPÍTULO VI: RECOMENDACIÓN ... 187

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 189

VIII. ANEXOS ... 192

MATRIZ DE CONSISTENCIA ... 192

FICHA TÉCNICA ... 194

PANEL FOTOGRÁFICO ... 217

(20)

15 ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Porcentaje de vacíos aceptado por España, Chile y Colombia... 40

Tabla 2: Rango de tamaño de granulométrica para mezcla drenante ... 40

Tabla 3: Operacionalización de la variable ... 51

Tabla 4: Tipo de cemento asfaltico según temperatura ambiente. ... 59

Tabla 5: Composición de fruto de coco ... 61

Tabla 6: Especificaciones básicas del cemento asfaltico PEN 85-100 con polímeros. 62 Tabla 7: Granulometría de grava chancada de Matahuasi – ½” ... 63

Tabla 8: Granulometría de grava chancada de Matahuasi – ½” ... 64

Tabla 9: Granulometría de arena natural de Matahuasi ... 65

Tabla 10: Granulometría de arena procesada de Matahuasi ... 66

Tabla 11: Granulometría de filler ... 67

Tabla 12: Parámetros de la mezcla asfáltica drenante ... 70

Tabla 13: Combinación teórica ... 71

Tabla 14: Parámetros del CAD 12 - Combinación teórica ... 72

Tabla 15: Pesos por malla – CAD 12 ... 74

Tabla 16: Propiedades de briquetas de MAD al 4% y 4.5% de cemento asfaltico ... 75

Tabla 19: Propiedades de briquetas de MAD – porcentaje de cemento asfaltico ... 84

Tabla 20: Tiempo de infiltración de briquetas sin sedimentos ... 86

Tabla 21: Permeabilidad de briquetas sin sedimentos ... 91

Tabla 22. Descriptivos - Permeabilidad (cm³/s) para 18 pasadas (0% Tensoactivo de coco) ... 123

(21)

16 Tabla 23. Pruebas de normalidad - Permeabilidad (cm³/s) para 18 pasadas (0%

Tensoactivo de coco) ... 129 Tabla 24. Correlaciones - Permeabilidad (cm³/s) para 18 pasadas (0% Tensoactivo de coco) ... 130 Tabla 25. Descriptivos - Permeabilidad (cm³/s) para 18 pasadas (5% Tensoactivo de coco) ... 130 Tabla 26. Pruebas de normalidad - Permeabilidad (cm³/s) para 18 pasadas (5%

Tensoactivo de coco) ... 150 Tabla 33. Correlaciones - Permeabilidad (cm³/s) para 18 pasadas (15% Tensoactivo de coco) ... 151 Tabla 34. Descriptivos - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos (0% Tensoactivo de coco)... 153

(22)

17 Tabla 35. Pruebas de normalidad - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos (0%

Tensoactivo de coco) ... 155 Tabla 36. Correlaciones - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos (0% Tensoactivo de coco)... 156 Tabla 37. Descriptivos - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos (5% Tensoactivo de coco)... 156 Tabla 38. Pruebas de normalidad - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos (5%

Tensoactivo de coco) ... 159 Tabla 39. Correlaciones - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos (5% Tensoactivo de coco)... 159 Tabla 40. Descriptivos - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos (10% Tensoactivo de coco)... 160 Tabla 41. Pruebas de normalidad - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos (10%

Tensoactivo de coco) ... 162 Tabla 42. Correlaciones - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos (10%

Tensoactivo de coco) ... 163 Tabla 43. Descriptivos - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos (15% Tensoactivo de coco)... 164 Tabla 44. Pruebas de normalidad - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos (15%

Tensoactivo de coco) ... 166 Tabla 45. Correlaciones - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos (15%

Tensoactivo de coco) ... 167 Tabla 46. Descriptivos – Pérdida por desgaste en seco (%) ... 169 Tabla 47. Pruebas de normalidad - Pérdida por desgaste en seco (%) ... 170 Tabla 48. Correlaciones - Pérdida por desgaste en seco (%)... 171

(23)

18 Tabla 49. Descriptivos – Pérdida por desgaste sumergido (%) ... 173 Tabla 50. Pruebas de normalidad - Pérdida por desgaste sumergido (%) ... 174 Tabla 51. Correlaciones - Pérdida por desgaste sumergido (%)... 175 Tabla 52. Descriptivos – Estabilidad (kg) ... 177 Tabla 53. Pruebas de normalidad - Estabilidad (kg) ... 178 Tabla 54. Correlaciones - Estabilidad (kg) ... 179 Tabla 55. Descriptivos – Flujo (mm)... 181 Tabla 56. Pruebas de normalidad - Flujo (mm) ... 182 Tabla 57. Correlaciones - Flujo (mm) ... 183

(24)

19 ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Chiclayo no está preparada para soportar lluvias intensas ... 25 Figura 2: Maquinaria empleada para mezclas asfálticas drenantes ... 25 Figura 3: Efecto de Hidroplaneo ... 36 Figura 4: Superficie de pavimento compuesta por mezcla asfáltica drenante ... 38 Figura 5: Superficie de pavimento compuesta por mezcla asfáltica drenante ... 39 Figura 6: Planta de Coconut (nucifera L) ... 48 Figura 7: Mapa de la provincia de Huancayo ... 57 Figura 8: Mapa político de Junín ... 58 Figura 9: Ubicación de la planta chancadora de Matahuasi ... 60 Figura 10: Tensoactivo de coco ... 61 Figura 11: Curva granulométrica de la grava chancada de ½” - Matahuasi ... 64

Figura 12: Curva granulométrica de arena natural- Matahuasi ... 65 Figura 13: Curva granulométrica de arena procesada - Matahuasi ... 66 Figura 14: Curva granulométrica de filler ... 67 Figura 15: Briqueta de mezcla asfáltica drenante ... 69 Figura 16: Curva granulométrica CAD 12 ... 73 Figura 17: Porcentaje de vacíos – Porcentaje de ligante asfaltico ... 77 Figura 18: Flujo (mm) – Porcentaje de ligante asfaltico ... 78 Figura 19: Estabilidad (kg) – porcentaje de ligante asfaltico ... 79 Figura 20: Porcentaje de escurrimiento del ligante – porcentaje de ligante asfaltico .... 80

(25)

20 Figura 21: Perdida por desgaste en seco (%) – porcentaje de ligante asfaltico ... 82 Figura 22: Perdida por desgaste sumergido (%)– porcentaje de ligante asfaltico ... 82 Figura 23: Tiempo de infiltración (S)– porcentaje de ligante asfaltico ... 83 Figura 24: Permeabilidad (cm3/s)– porcentaje de ligante asfaltico ... 84 Figura 25: Briqueta sedimentada ... 85 Figura 26: Ensayo de infiltración – proceso de taponamiento (1-10) ... 87 Figura 27: Ensayo de infiltración – proceso de taponamiento (11-20) ... 88 Figura 28: Ensayo de infiltración – proceso de taponamiento (21-30) ... 89 Figura 29: Ensayo de infiltración – proceso de taponamiento (31-40) ... 90 Figura 30: Permeabilidad – proceso de taponamiento (1-10) ... 92 Figura 31: Permeabilidad – proceso de taponamiento (11-20) ... 93 Figura 32: Permeabilidad – proceso de taponamiento (21-30) ... 94 Figura 33: Permeabilidad – proceso de taponamiento (31-40) ... 95 Figura 34: Mantenimiento de briqueta con agua a presión ... 97 Figura 35: Ensayo de infiltración - mantenimiento con agua a presión ... 98 Figura 36: Ensayo de infiltración - mantenimiento con agua a presión ... 99 Figura 37: Permeabilidad - mantenimiento con agua a presión ... 100 Figura 38: Permeabilidad - mantenimiento con agua a presión ... 101 Figura 39: Ensayo de infiltración - mantenimiento con 5% de tensoactivo de coco ... 102 Figura 40: Ensayo de infiltración - mantenimiento con 5% de tensoactivo de coco ... 103 Figura 41: Permeabilidad - mantenimiento con 5% de tensoactivo de coco ... 104

(26)

21 Figura 42: Permeabilidad - mantenimiento con 5% de tensoactivo de coco ... 105 Figura 43: Ensayo de infiltración - mantenimiento con 10% de tensoactivo de coco . 106 Figura 44: Ensayo de infiltración - mantenimiento con 10% de tensoactivo de coco . 107 Figura 45: Permeabilidad - mantenimiento con 10% de tensoactivo de coco ... 108 Figura 46: Permeabilidad - mantenimiento con 10% de tensoactivo de coco ... 109 Figura 47: Ensayo de infiltración - mantenimiento con 15% de tensoactivo de coco . 110 Figura 48: Ensayo de infiltración - mantenimiento con 15% de tensoactivo de coco . 111 Figura 49: Permeabilidad - mantenimiento con 15% de tensoactivo de coco ... 112 Figura 50: Permeabilidad - mantenimiento con 15% de tensoactivo de coco ... 113 Figura 51: Ensayo Marshall ... 114 Figura 52: % de vacíos – (0%, 5%, 15% y 20%) de tensoactivo de coco en el mantenimiento ... 115 Figura 53: Estabilidad (kg) – (0%, 5%, 15% y 20%) de tensoactivo de coco en el mantenimiento ... 116 Figura 54: flujo (mm) – (0%, 5%, 15% y 20%) de tensoactivo de coco en el mantenimiento ... 117 Figura 55: Ensayo de infiltración – proceso de taponamiento (1-40) ... 118 Figura 56: Permeabilidad – proceso de taponamiento (1-40) ... 119 Figura 57: Curva granulométrica de filler ... 120 Figura 58: Pérdida de masa por desgaste en seco – (0%, 5%, 15% y 20%) de tensoactivo de coco en el mantenimiento ... 122

(27)

22 Figura 59: Pérdida de masa por desgaste sumergido – (0%, 5%, 15% y 20%) de tensoactivo de coco en el mantenimiento ... 122 Figura 60. Dispersión de puntos - Permeabilidad (cm³/s) para 18 pasadas ... 152 Figura 61. Dispersión de puntos - Permeabilidad (cm³/s) para 4 mantenimientos ... 168 Figura 62. Dispersión de puntos - Pérdida por desgaste en seco (%) ... 172 Figura 63. Dispersión de puntos - Pérdida por desgaste sumergido (%) ... 176 Figura 64. Dispersión de puntos - Estabilidad (kg) ... 180 Figura 65. Dispersión de puntos - Flujo (mm) ... 184

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23 I. PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO

1.1. DETERMINACIÓN DEL PROBLEMA

La realidad problemática que borda la presente investigación se centra en el diseño de mezcla asfáltica que permita ofrecer la reducción del riesgo por hidroplaneo de los vehículos drenando el agua, los cuales son producidas por precipitaciones fluviales, mejorar la serviciabilidad en las vías y reducir la contaminación sonora de las vías rápidas, a su vez mejorar la serviciabilidad del pavimento empleando el tensoactivo del coco.

A nivel mundial en algunos países ya se empezaron a emplear en sus construcciones viales mezclas asfálticas drenantes, puesto que es evidente que la permanencia del agua dentro de un sistema de pavimento durante largos períodos es desfavorable para los pavimentos porque el agua libre no solo puede afectar negativamente la capacidad de carga del pavimento, sino que también puede causar fallas prematuras en el pavimento (Huang, 1993). Por lo que en países como Costa Rica emplearon el uso de pavimentos drenantes, puesto que es un país donde llueve con frecuencia, y se presentan problemas como la falta de adherencia entre el neumático y el pavimento, la disminución de la visibilidad acusado por el agua que se aglomera en la superficie del pavimento, en otro caso este tipo de aglomeración puede causar deslizamientos o vuelcos en los vehículos que circulen en altas velocidades. (Ramírez Castro, Arce, Elizondo, & Jiménez, 2005)

A nivel nacional, Perú tiene distintas localidades o ciudades donde las precipitaciones fluviales son de gran abundancia por lo que llegan a bloquear distintas vías, en algunos casos pueden llegar a generar accidentes como es el caso de la ciudad de Chiclayo, en enero del 2021 se registraron fuertes precipitaciones de lluvia, el cual llego a inundar

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24 32 puntos de esta ciudad dejándolo vulnerables, bloqueando 21 cuadrantes en la zona urbana y rural (figura 1), el cual es equivalente al 50% de su territorio (Vega, 16 de Enero 2021).

Por otro lado, hasta la actualidad no hay normativa peruana el cual esté dedicada a mezclas asfálticas drenantes (figura 2), puesto que no se tiene cultura de aplicar este tipo de mezclas asfálticas, tampoco hay un amplio estudio de este tipo de mezclas por lo que no es comúnmente empleado en los proyectos viales nacionales puesto que los alcances tecnológicos para la implementación de mezclas asfálticas drenantes son limitados (AFIN, 2016), las cuales son necesarias para ciudades como Huancayo en donde la precipitación de lluvias pueden llegar a ser abundantes los cuales puedan generar bloqueos en otros casos extremos generar accidentes de tránsito.

A nivel local, aun no se han empleado el uso de mezclas asfálticas drenantes donde en la ciudad de Huancayo, llegaría a ser de gran ayuda en temporadas de lluvia, pero es evidente que el aporte del gobierno es mínimo para la implementación de nuevas metodologías de tipo de construcción aplicada en la construcción vial (AFIN, 2016).

Por lo cual, en esta presente investigación se presentará un diseño de mezcla drenante aplicada para la ciudad de Huancayo en donde se estudiará el comportamiento de los tensoactivos del aceite de coco para mejorar la serviciabilidad de este tipo de pavimentos.

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25 Figura 1: Chiclayo no está preparada para soportar lluvias intensas

Fuente: La Republica (Vega, 16 de Enero 2021)

Figura 2: Maquinaria empleada para mezclas asfálticas drenantes Fuente: Mezclas drenantes (Abertis Autopistas España S.A., 2017)

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26 1.2.FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

1.2.1. Problema general

¿Cuál es la efectividad de la aplicación de tensoactivos diluidos extraídos del coco para la eliminación del taponamiento de capas de asfalto drenante Huancayo 2022?

1.2.2. Problemas específicos

▪ ¿Cuáles son los niveles de infiltración de una capa nueva y variación gradual de la infiltración por efecto del taponamiento de capas de asfalto drenante Huancayo 2022?

▪ ¿Cuáles son los niveles de infiltración de una capa taponeada al aplicar de agua a presión con dosificaciones de tensoactivos diluidos extraídos del coco Huancayo 2022?

▪ ¿Cuáles son los efectos en las propiedades mecánicas de una capa taponeada al aplicar de agua a presión con dosificaciones de tensoactivos diluidos extraídos del coco Huancayo 2022?

1.3.OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN 1.3.1. Objetivo general

Analizar la efectividad de la aplicación de tensoactivos diluidos extraídos del coco para la eliminación del taponamiento de capas de asfalto drenante Huancayo 2022 1.3.2. Objetivos específicos

▪ Determinar los niveles de infiltración de una capa nueva y variación gradual de la infiltración por efecto del taponamiento de capas de asfalto drenante Huancayo

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▪ Identificar los niveles de infiltración de una capa taponeada al aplicar de agua a presión con dosificaciones de tensoactivos diluidos extraídos del coco Huancayo 2022.

▪ Determinar los efectos en las propiedades mecánicas de una capa taponeada al aplicar de agua a presión con dosificaciones de tensoactivos diluidos extraídos del coco nueva Huancayo 2022.

1.4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN 1.4.1. Justificación Teórica

La justificación teórica de la investigación se basa en el conocimiento científico de los tensoactivos, su interacción con el asfalto, la sostenibilidad ambiental y la viabilidad técnica. Además, la revisión de estudios previos y experiencias similares puede respaldar la propuesta y aumentar la confianza en su éxito, aportando así, nuevos conocimientos en temas relacionados a la aplicación de mezclas asfálticas drenantes en la infraestructura vial.

1.4.2. Justificación práctica

La justificación práctica para la aplicación de tensoactivos diluidos extraídos del coco radica en su eficacia probada, la utilización de recursos naturales y renovables, la reducción del impacto ambiental, la sostenibilidad a largo plazo, el potencial para generar empleo local y la adaptación a los problemas específicos de Huancayo. Todo esto podría resultar en una solución viable y beneficios tangibles, de manera que se reduzca el efecto del hidroplaneo e incrementar la serviciabilidad de las vías, mejorando así la infraestructura vial en esta región.

1.4.3. Justificación Metodológica

La justificación metodológica debe proporcionar un marco sólido para llevar a cabo el estudio y la aplicación de tensoactivos diluidos extraídos del coco para la eliminación del taponamiento de capas de asfalto drenante en Huancayo. Debe explicar cómo se llevará a cabo la evaluación, el diseño del estudio, el análisis de datos, las consideraciones de seguridad y la validación

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28 de resultados, con el objetivo de garantizar la efectividad, la viabilidad y la replicabilidad de la solución propuesta. Todo ello empleando métodos, cocimientos y requerimientos normativos ya conocidos.

1.4.4. Justificación social

La investigación empleará el uso de tensoactivos extraídos del aceite de coco para contrarrestar la pérdida de drenabilidad en mezclas asfálticas; lo cual reducirá el efecto del hidroplaneo y así se aumentará el nivel de serviciabilidad y seguridad vial a favor de los peatones y conductores de la ciudad de Huancayo.

1.4.5. Justificación de conveniencia

La investigación aplicará tensoactivos extraídos del aceite de coco para eliminar el taponamiento en un diseño de mezcla de asfalto drenante teniendo en cuenta características climatológicas, insumos y materiales de Huancayo.

1.5.DELIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN 1.5.1. Delimitación espacial

La investigación está dirigida para la ciudad de Huancayo, puesto que se diseñará una mezcla asfáltica drenante con insumos y materiales provenientes de esta ciudad como los agregados disponibles de la planta chancadora de Matahuasi y con un asfalto adecuado para la región de Huancayo de acuerdo a sus condiciones climatológicas el asfalto modificado con polímeros PEN 85 – 100.

1.5.2. Delimitación temporal

Se estima que la investigación fue desarrollada en un periodo de 4 meses (agosto-noviembre) en el año 2022.

1.5.3. Delimitación conceptual

Radica en la existente información de investigaciones, estudios, artículos científicos y normatividad nacional e internacional relacionado al proceso de diseño de mezclas asfálticas drenantes o porosas, y sobre las pruebas de infiltración empleando tensoactivos del aceite de coco; puesto que es necesario evaluar su efecto en este tipo de mezclas.

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29 II. MARCO TEÓRICO

2.1.ANTECEDENTES DEL PROBLEMA 2.1.1. Antecedentes nacionales

El trabajo de investigación realizado por (Esquerre Garcia & Silva Silva, 2019) titulado “Propuesta de diseño de pavimento drenante para la captación de agua de lluvias en zonas urbanas del norte del Perú”, tuvo como objetivo principal el elaborar una propuesta de concreto drenante para ser utilizado como alternativa a la captación de aguas pluviales en pavimentos urbanos de moderado tránsito en el norte del Perú, con una metodología científico de enfoque cuantitativo. El desarrollo de la investigación se basó en realizar el diseño de once mezclas de concreto drenante, dentro de las cuales escogieron una de ellas para ser aplicada como alternativa de solución de pavimento rígido, este diseño asegura una resistencia a la compresión de 280 kg/cm² y un módulo de rotura de 42 kg/ cm², en donde este innovador concreto pudo llegar a filtrar hasta 60 litros/m²/min. Para la validez de estas tres características principales del concreto drenante, extrajeron muestras de un prototipo que construyeron en laboratorio. En la que llegaron a la conclusión que, la densidad del concreto drenante es menor al de un concreto convencional, haciendo que el proceso constructivo y su trasporte sea menos complicado, menos costoso, y más efectivo.

El trabajo de investigación realizado por (Flores Gonzales & Rojas Pardo, 2019) titulado “Comportamiento de las mezclas asfálticas tibias adicionando tensoactivos y sus beneficios respecto a las mezclas asfálticas en caliente”, tuvo como objetivo principal, realizar el análisis del comportamiento de las mezclas asfálticas tibias adicionando tensoactivos para demostrar sus beneficios respecto a las mezclas asfálticas en caliente por medio de ensayos de laboratorio en Lima Metropolitana,

(35)

30 donde el tipo de investigación fue aplicada cuantitativa, el tipo fue descriptivo y su diseño fue experimental. El desarrollo de la investigación se basó en analizar los resultados de las mezclas asfálticas tibias con los tensoactivos empleados pueden ser elaborados a los 135 °C y 140 °C reduciendo así la emisión de gases tóxicos. El envejecimiento es otro parámetro importante en las mezclas y al reducir las temperaturas de elaboración de éstas, obtuvieron que se previene el envejecimiento de la mezcla de manera rápida. En la que llegaron a la conclusión que la mezcla asfáltica tibia se puede producir reduciendo su temperatura a 135 °C y la de compactación a 120 °C, y al evaluar el comportamiento mecánico de una mezcla tibia con tensoactivos como Zycotherm y Quimibond se pueden lograr resultados óptimos como los de una mezcla asfáltica en caliente.

El trabajo de investigación realizado por (Cruz Balarca & Rodriguez Salazar, 2020) titulado “Análisis del espesor del paquete estructural de pavimentos permeables expuestos a tráfico medio y a intensidad de precipitación menor a 100 mm/h, en Molinopampa - Amazonas en Temuco - región de la Araucanía”, tuvo como objetivo principal el análisis del espesor total del paquete estructural de pavimentos permeables expuestos a tráfico medio y a intensidad de precipitación menor a 100 mm/h, utilizados como alternativa de solución al drenaje y control de aguas pluviales, en las zonas de Molinopampa-Amazonas y en Temuco - Región de La Araucanía, donde su enfoque de la investigación fue cuantitativa, de tipo básica, de nivel descriptiva y de diseño no experimental. El desarrollo de la investigación se basó en la implementación del método establecido por MINVU-DICTUC (1996) para el diseño hidráulico, método INTERPAVE (2010) para el diseño estructural y el método Cántabro para el diseño de la mezcla asfáltica drenante. Obtuvieron los espesores para todas las capas de un pavimento permeable con un sistema sin

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31 infiltración a la subrasante, los resultados obtenidos para 10cm para la carpeta asfáltica, 15 cm para la base y 20 cm para la subbase, implementada con tuberías de drenaje longitudinal. De igual manera, obtuvieron los espesores de las capas de un pavimento permeable con sistema de infiltración total, resultando 10 cm para la superficie permeable de adoquín de concreto hidráulico, 10 cm para la base y 10 cm para la subbase.

2.1.2. Antecedentes internacionales

El trabajo de investigación realizado por (Pinto Moreno & Ramos Mendez, 2019) titulado “Comportamiento Mecánico de mezclas asfálticas drenantes con agregados del río Chicamocha”, tuvo como objetivo principal el realizar un estudio del comportamiento mecánico de mezclas asfálticas drenantes, las cuales tienen buena permeabilidad, ya que posee un alto porcentaje de vacíos con aire en su estructura permitiendo el paso del agua, comparándolas con el comportamiento mecánico de las mezclas asfálticas convencionales, para así, indagar más a fondo acerca de sus propiedades. Donde el plan de desarrollo de esta investigación se ejecutaron seguimientos de los ensayos de laboratorio, en el cual el desarrollo de la investigación, realizaron 4 fases. En la fase 1, realizaron la caracterización de los agregados y del cemento asfáltico. En la fase 2, elaboraron y fallaron el primer grupo de probetas convencionales tipo Marshall, tres por cada porcentaje (4%, 4.5%, 5%, 5.5% y 6%) con los cuales establecieron el porcentaje óptimo de asfalto 5.3%. En la fase 3, elaboraron probetas drenantes tipo Marshall siguiendo el este diseño, especificado para el ensayo del Cántabro (INVE 760-13), utilizaron porcentajes (4.5%, 5%, 5.5%,6%,6.5% y 7%) con los cuales establecieron el porcentaje óptimo de asfalto 5.6%. Y por último en la fase 4, fabricaron nuevas probetas con el porcentaje óptimo de cemento asfaltico encontrado en la fase 2 y fase 3, con el fin de

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32 comparar sus propiedades mecánicas (Estabilidad y Flujo), temperatura y verificar el cumplimiento de las especificaciones (% vacíos con aire, pérdida por desgaste, y permeabilidad). En la que llegaron a la conclusión que las mezclas asfálticas convencionales presentan un mejor comportamiento frente a cargas de tránsito altas debido que tienen más resistencia y menos deformación que las mezclas asfálticas drenantes.

El trabajo de investigación realizado por (Zamora Castillo & Mora Aldana, 2019) titulado “Influencia de la cal hidratada en mezclas asfálticas drenantes”, tuvo como objetivo principal el determinar la influencia que puede llegar a tener el Hidróxido de calcio o cal hidratada sobre un diseño de mezcla asfáltica drenante, por medio de sustitución sobre las fracciones granulométricas. El desarrollo de la investigación se realizaron 3 etapas, en la que en la primera etapa realizaron la caracterización física de los materiales, los cuales son: agregado, llenante mineral y cemento asfaltico, en la segunda etapa realizaron el diseño de mezcla asfáltica, teniendo en cuenta que el material caracterizado en la primera etapa cumple con los requisitos que exigen la diferentes normas del Invias, se procede a determinar el contenido óptimo de asfalto para realizar las briquetas, que correspondería a la etapa tres. Para el diseño de las mezclas asfálticas modificadas de esta investigación optaron por trabajar con el porcentaje mínimo de asfalto que permite el artículo 453 de Invias para la elaboración de mezclas asfálticas drenantes, el cual es 4.5%, por último, para la etapa tres elaboraron briquetas definiendo el porcentaje de asfalto se procede a preparar los agregados y demás los materiales para mezcla y compactación en las temperaturas adecuadas. Con los diseños de briquetas de muestra de control y modificados, procedieron a realizar los diferentes ensayos propuestos para determinar la influencia de la cal hidratada en las mezclas asfálticas drenantes. En la que llegaron a la

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33 conclusión que la mejor opción para realizar diseños alternativos sería con la sustitución del 50% del filler.

El trabajo de investigación realizado por (Orejuela Jimenez & Hernandez Pachon, 2018) titulado “Diseño, construcción y calibración de un permeámetro LCS para mezclas asfálticas drenantes”, tuvo como objetivo principal el implementar un equipo permeámetro LCS que permita la medición in situ y experimental de la permeabilidad en mezclas asfálticas drenantes. El desarrollo de la investigación se basó en realizar 3 fases, en la primera fase de investigación consistió en el estudio del artículo 400-13, 453-13 y 414-13 del INVIAS respecto a la elaboración de una capa de mezcla asfáltica de tipo drenante, preparada y colocada en caliente, con el fin de determinar los agregados pétreos y el material tipo ligante a utilizar para la realización de diferentes probetas, buscando cumplir las especificaciones técnicas requeridas. La segunda fase de ejecución, elaboraron los ensayos de granulometría, ensayo de desgaste en la máquina de los ángeles, ensayo de equivalente de arena, punto de ablandamiento en materiales bituminosos, ensayo de penetración de los materiales bituminosos, viscosidad Saybolt y por último compactación de la mezcla;

en la última fase, realizaron el cálculo volumen de vacíos comunicantes y ensayo permeámetro LCS. En la que los resultados obtenidos de acuerdo al método para el cálculo del porcentaje de vacíos, la diferencia es mínima de 1.22% en comparación al método del permeámetro LCS, lo que da certeza de la fiabilidad de este ensayo in situ. Los tiempos de infiltración obtenidos son acordes al porcentaje de vacíos que se obtuvo de la placa MDC-1. Se evidencia que la el porcentaje de vacíos comunicantes es mucho menor en las placas MDC-2 y MDC-3, lo que justifica que el agua no se infiltre en ellos. Al tener tiempos de infiltración menores en ciertas zonas, indican la presencia de un mayor porcentaje de vacíos eficaces y semi eficaces en dicha zona.

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34 Finalmente concluyeron que un pavimento MDC-1 puede funcionar como un pavimento drenante.

2.2.BASES TEÓRICAS 2.2.1. Pavimentos

El pavimento consiste en un conjunto de capas superpuestas relativamente horizontales, las cuales están técnicamente diseñadas y construidas con materiales apropiados y debidamente compactados. Estas estructuras en capas se apoyan en la subrasante de la carretera obtenida por el movimiento de tierras durante el proceso de exploración y deben resistir adecuadamente las tensiones de la transferencia de cargas de tráfico repetidas durante el diseño de la estructura del pavimento. (Montejo Fonseca, 2002)

2.2.1.1.Humedad en los pavimentos

El agua libre ingresa al sistema de pavimento desde muchas fuentes (Cedergren, O’Brien, & Arman, 1973) como lo son: precipitación atmosférica, nieve, granizo, neblina condensada, rocío y hielo derretido. Esta agua llega a la sección estructural por varias vías:

• Grietas en el pavimento

• Infiltración a través de las franjas exteriores del pavimento

• Infiltración desde las zanjas laterales

• Derretimiento de una capa de hielo de un área helada durante el ciclo de descongelación

• Agua libre de la base del pavimento. Si la base no se drena adecuadamente, puede actuar como una fuente de agua libre para la subbase y la subrasante.

(40)

35

• Nivel freático alto

• Condensación de vapor de agua (pequeñas cantidades)

Estas causas mencionadas anteriormente pueden ser particularmente importantes si el drenaje superficial no está diseñado o mantenido adecuadamente. (Cedergren, O’Brien, & Arman, 1973) Un estudio realizado por la Administración Federal de Carreteras (FHWA, por sus siglas en inglés) mostró que del 33% al 50% de la precipitación sobre las secciones de concreto asfáltico y del 50% al 67% de la precipitación sobre la sección de cemento Portland podría infiltrarse a través del pavimento hacia la Base. (Mark & Baker, 1997)

2.2.1.2.Impacto del drenaje en el rendimiento del pavimento

El drenaje superficial/subsuperficial del pavimento ha sido reconocido durante mucho tiempo como un factor importante en el diseño del pavimento. El drenaje efectivo del agua superficial es esencial para mantener un nivel deseable de servicio y seguridad vial. El hidroplaneo (figura 3) es el principal problema asociado con el drenaje superficial deficiente. El hidroplaneo se produce cuando las llantas de los vehículos se mueven rápido en relación con la superficie del pavimento húmedo, de modo que no hay tiempo suficiente para canalizar la humedad lejos del centro de la llanta. El resultado es que el neumático es levantado por el agua lejos de la carretera y se pierde toda la tracción. Además del drenaje superficial, el pavimento debe diseñarse para permitir un drenaje subterráneo adecuado. La presencia de agua libre en cualquier estructura de pavimento, ya sea flexible o rígida, tiene efectos perjudiciales en el desempeño del pavimento. (Cedergren, H.R., 1988) El agua es responsable de una gran cantidad de fallas no relacionadas con la carga, como el agrietamiento en el pavimento de concreto y el envejecimiento acelerado y la

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36 oxidación en los pavimentos de asfalto, la vida útil del pavimento se puede extender hasta tres veces si se instalan y mantienen sistemas adecuados de drenaje superficial o subterráneo. (Cedergren, H.R., 1988)

El uso de drenajes de borde suele mejorar la durabilidad de los pavimentos. Puesto que el porcentaje de losas fisuradas en las secciones no drenadas supera al de las secciones drenadas en una proporción de 2,4 a 1,0. La implementación de drenantes en el pavimento aumenta el 33% en la vida útil de los pavimentos de asfalto y un aumento del 50% para los pavimentos rígidos de concreto. (Forsyth, Wells, &

Woodstrom, 1987)

Figura 3: Efecto de Hidroplaneo Fuente: Aquaplaning (Anno, 2012) 2.2.2. Mezclas asfálticas

El cemento asfáltico es el producto de la mezcla dosificada de agregados pétreos, ligante asfáltico y rellenos minerales. Su uso se basa en la conformación de superficies de rodadura, asfalto y bases intermedias en estructuras de pavimentos flexibles. Su papel en la estructura del pavimento depende en gran medida de la

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37 composición en la granulometría, ya que le darán propiedades mecánicas únicas, además debe proporcionar una superficie segura y silenciosa para el tráfico, resistente al desgaste del tráfico y altamente estable contra surcos, desplazamientos u otras deformaciones de la superficie con un alto coeficiente de fricción para resistir el deslizamiento y proporcionar una buena tracción. (Senior Arrieta, 2013)

Es conveniente aclarar que, para mezclas asfálticas de granulometría abierta, otorga una alta rigidez a la estructura del pavimento y por ende la deformación de la superficie no es una característica determinante para la durabilidad del pavimento, ya que depende de la degradación del esqueleto mineral bajo cargas de tráfico, tales como las condiciones climatológicas, pérdida de cohesión y adherencia de las mezclas bituminosas envejecidas. (Morales)

Características de una mezcla asfáltica:

• Baja rigidez a las temperaturas normales de manejo en planta y colocación en obra.

• Alta rigidez a las temperaturas altas de servicio para reducir el ahuellamiento.

• Baja rigidez y buenas características elásticas a temperaturas bajas de servicio para reducir el riesgo de la aparición de fisuras por cambios de temperatura.

• Buenas características adherentes en presencia de humedad.

2.2.2.1.Mezclas asfálticas drenantes

Las mezclas asfálticas drenantes se pueden definir como aquellas que tienen un contenido de vacíos suficiente para permitir la filtración rápida del agua de lluvia, los cuales pueden drenar hacia las cunetas u otros elementos de drenaje, evitando la

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38 presencia de agua permanente en la superficie asfáltica. Incluyendo precipitaciones fluviales intensas y prolongadas. (Huang, Y. H., 2003)

Figura 4: Superficie de pavimento compuesta por mezcla asfáltica drenante Fuente: (Huang, Y. H., 2003)

El empleo de asfaltos modificados como ligante, aportan de gran manera para la construcción de mezclas drenantes en frío o caliente. El uso de un compuesto drenante o poroso cambia fundamentalmente el concepto tradicional de una capa de

"rodadura impermeable", desviando la función de proteger la capa inferior de los efectos negativos del agua. Este debe ser impermeable al agua y tener un buen diseño geométrico para garantizar que el agua se escurra hacia los desagües laterales y no se filtre a las capas inferiores de la carretera (figura 5). (Huang, Y. H., 2003)

(44)

39 Figura 5: Superficie de pavimento compuesta por mezcla asfáltica drenante

Fuente: (Huang, Y. H., 2003)

Las mezclas drenantes o porosas pueden ser elaboradas tanto frío o en caliente, utilizando betún puro o emulsiones bituminosas modificadas o no modificadas como aglutinantes. De hecho, las mezclas en frío elaboradas tradicionalmente en España, con nulo o casi nulo contenido en arena y el porcentaje de vacíos presentes en la mezcla asfáltica ronda el 25%. Sin embargo, debido a los avances en el diseño y los sistemas de instalación, la tecnología de mezclas de drenaje ha disfrutado de un gran auge en los últimos años. (Ruiz & Alberola, 1990)

GRANULOMETRÍA PARA MEZCLA ASFÁLTICA DRENANTE

El porcentaje de vacíos en la mezcla (superior al 20%) y una proporción de agregado fino muy baja (inferior al 20%), El cemento asfáltico debe tener una buena cohesión para evitar la desintegración de la mezcla. Además, el aglutinante debe tener una alta viscosidad para proporcionar una película de

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40 ligante gruesa alrededor del agregado y evitar los efectos perjudiciales del envejecimiento y la acción del agua en esta mezcla tan abierta. (Montejo Fonseca, 2002)

En los países donde se han estudiado mezclas asfálticas drenantes, existen ligeras diferencias en el contenido de vacíos aceptado cuando se consideran mezclas drenantes. En la siguiente tabla se mostrará el porcentaje de vacíos aceptados por España, Chile y Colombia.

Tabla 1: Porcentaje de vacíos aceptado por España, Chile y Colombia PORCENTAJE DE VACÍOS (%)

País Mayor del Menor del

España 16 25

Chile 18 25

Colombia 20 25

Fuente: (Montejo Fonseca, 2002)

Esta alta porosidad se logra mediante el uso de un método especial de determinación del tamaño del agregado, un alto porcentaje de agregados gruesos (alrededor del 85%) con poca contribución de agregados finos y rellenos.

Tabla 2: Rango de tamaño de granulométrica para mezcla drenante TIPO DE

MEZCLA

TAMIZ (mm / U.S ESTÁNDAR) 19

¾”

12.5

½”

9.5 3/8”

4.75 No. 4

2 No. 10

0.425 No. 40

0.075 No. 200 ÚNICA 100 70-100 50-75 15-32 9-20 5-12 3-7 TOLERANCIAS

EN PRODUCCIÓN

SOBRE LA FÓRMULA DE

TRABAJO (+-)

4% 3% 1%

Fuente: Especificaciones generales de construcción Art 453. (INVIAS, 2013)

(46)

41

• Deben tener un porcentaje de vacíos mayor que las mezclas asfálticas convencionales para dejar que el agua evacúe con facilidad y pueda ser conducida hacia los sistemas de drenaje.

• El efecto de fricción del neumático al pavimento.

• El ruido generado en el interior y en el exterior del vehículo.

• El deterioro de los neumáticos y los vehículos.

CARACTERÍSTICAS DEL AGREGADO GRUESO

• Partículas trituradas (ASTM D 5821-95): En capas de rodadura, como mínimo el 75% de sus partículas debe tener 2 o más caras fracturadas y el resto por lo menos, una cara fracturada.

• Partículas planas y alargadas (ASTM D 4791): Deben de ser menor o igual a 8%.

• Abrasión (AASHTO T 96): El coeficiente de desgaste mecánico, realizado por medio de la máquina de los Ángeles, debe ser menor o igual a 25%.

• Desintegración al sulfato de sodio (AASHTO T 104 & ASTM C 88): El coeficiente de desgaste químico, por medio del sulfato de sodio a cinco ciclos, debe ser menor o igual a 10%.

CARACTERÍSTICAS DEL AGREGADO FINO

• Abrasión (AASHTO T 96): El coeficiente de desgaste mecánico, realizado por medio de la máquina de los Ángeles, debe ser menor o igual a 25%. Si

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42 se quiere mejorar las características de adherencia, se puede utilizar árido fino que no sea de la misma naturaleza del grueso, siempre y cuando la piedra de origen tenga un valor de abrasión menor o igual a 25%.

• Equivalente de arena (AASHTO T 176): Debe ser mayor o igual a 50%

• Índice plástico (AASHTO T 90): Debe ser menor o igual a 4%.

VENTAJAS

• Eliminación del hidroplaneo: Uno de los mayores riesgos al conducir bajo la lluvia es el hidroplaneo, donde la capa de agua que se forma entre la llanta y la carretera rompe el contacto entre ambos, la llanta “flota en el agua”, haciendo que el conductor pierda el control de su vehículo, el drenaje de la mezcla porosa a través de la evacuación rápida del agua de la superficie de la carretera evita que suceda este fenómeno. (Ramirez Castro, Arce, &

Reyes Lizcano, 2005)

• Resistencia al deslizamiento con pavimento mojado: Incluso cuando no hay deslizamiento, la lluvia puede reducir en gran medida la resistencia al deslizamiento de la superficie de la carretera. El asfalto poroso puede contrarrestar este efecto debido a la macrotextura, que permite la fricción entre el neumático y la superficie de rodadura, logrando así una mayor seguridad (menores distancias de frenado). (Ramirez Castro, Arce, & Reyes Lizcano, 2005)

• Reducción de las proyecciones de agua: Estas mezclas mejoran significativamente la visibilidad de la carretera al mantener la superficie de la carretera libre de agua cuando llueve, evitando que el agua genere

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43 ("splash") y pulverización ("spray") del agua cuando pasan los vehículos usuarios. (Ramirez Castro, Arce, & Reyes Lizcano, 2005)

• Menor deslumbramiento por los faros de los vehículos: Los conductores que circulan en sentido contrario de noche se enfrentan al deslumbramiento debido al reflejo de la luz en las carreteras mojadas convencionales (carreteras lisas), por otro lado, las superficies de carreteras rugosas dispersan la luz, lo que reduce el problema del deslumbramiento y permite que el conductor vea mejor la señalización horizontal. (Ramirez Castro, Arce, & Reyes Lizcano, 2005)

• Reducción del ruido al paso de vehículo: Las mezclas asfálticas drenantes absorben el ruido causado principalmente por el contacto que se produce entre los neumáticos y la superficie de la carretera mientras el vehículo está en movimiento. Los orificios interconectados permiten el paso del aire, reduciendo el efecto sonoro. Tanto el conductor como el medio ambiente se ven favorecidos por esta reducción. (Ramirez Castro, Arce, & Reyes Lizcano, 2005)

LIMITACIONES

• Mayor costo inicial: Las mezclas deben construirse con betunes modificados y agregados con sus propias características granulométricas para obtener la capacidad de drenaje requerida en la mezcla, lo que aumenta el costo.

• Posible disminución de la vida útil: Debido a la mayor cantidad de vacíos, las partículas son más susceptibles a la intemperie (en comparación con las mezclas más densas), lo que hace que el asfalto envejezca más rápido, lo

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44 que resulta en una pérdida de sus propiedades adhesivas, lo que a su vez conduce a la pérdida entre las partículas de la mezcla. Sin embargo, mediante el uso de betún especial (betún modificado) este problema se minimiza en gran medida.

• Pérdida de porosidad en el tiempo: Los espacios se llenan con el tiempo debido a la acumulación de polvo y otros contaminantes como arena, materia orgánica, etc., lo que significa que mantener el rendimiento de drenaje del pavimento debe protegerse adecuadamente diversos mantenimientos periódicamente durante los primeros meses tras su construcción, y al menos anualmente a partir de entonces, ya que de ello depende su vida útil, según autores como Shackel, puede llegar a los 20 años si se mantiene adecuadamente.

• Posibilidad de escurrimiento del ligante durante el transporte:

Utilizando asfaltos modificados, este problema se reduce de manera significativa.

• Necesidad de un soporte adecuado, con geometría bien acabada impermeable.

• Menor resistencia a aceites y combustibles.

• Drenaje lateral: El agua que se escurre a través de la mezcla de drenaje debe evacuarse a través de drenajes laterales, lo que significa construir canales y otras obras de arte. (Campos Canessa, 2008)

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45 MANTENIMIENTO DE VÍAS CON MEZCLAS DRENANTES

Las vías pavimentadas con mezclas drenantes implican una serie de medidas de mantenimiento que se realiza a las autopistas para mantener en buen estado el asfalto de las vías. (Autopistas, 2017)

• Diseño riguroso: La mezcla de drenaje debe distribuirse siempre sobre una capa impermeable, estructuralmente estable y cuya geometría permita un drenaje óptimo. (Autopistas, 2017)

• Pérdida de drenabilidad: Las mezclas de drenaje tienden a obstruirse con la acumulación de polvo y otros elementos contaminantes. Para evitar tales obstrucciones, se debe usar agua a presión para limpiar y reducir la acumulación de residuos. (Autopistas, 2017)

• Drenaje adyacente: El agua recolectada a través de la mezcla de drenaje debe drenarse a través de cunetas y drenajes laterales, por lo que, al construir caminos, se debe considerar la creación de un sistema de canales a través del cual pueda circular el agua. (Autopistas, 2017)

• Vialidad invernal: La protección invernal de dichas carreteras requiere un mayor esfuerzo porque, por ejemplo, se requieren más sales fundentes para mantener la carretera libre de nieve; por otra parte, los vehículos con cadenas pueden provocar la eliminación de partículas de la superficie, así desgastando el pavimento. (Autopistas, 2017)

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• Rehabilitación de la capa de rodadura: Una mayor porosidad significa necesariamente un esqueleto mineral más débil de la mezcla, lo que significa que genera menor durabilidad y resistencia a la fatiga de la mezcla de drenaje, lo que significa que requiere de reposiciones más frecuentes a comparación de los procesos de desgaste de las mezclas asfálticas convencionales, con una incrementación de los costos de conservación.

(Autopistas, 2017) 2.2.3. Tensoactivos

Las sustancias que reducen la tensión superficial de los líquidos o la interacción entre dos líquidos se denominan tensioactivos (surfactantes). Están influenciados por la tensión superficial de las superficies de contacto entre dos fases (por ejemplo: dos líquidos que son insolubles en el otro). Los tensioactivos se pueden usar como emulsionantes, agentes humectantes, detergentes o solubilizantes, dependiendo de qué tan bien se dispersen en agua, y qué tan estables sean a las micelas o coloides.

2.2.3.1. Tensoactivos más conocidos a nivel mundial

Los aditivos químicos probados a nivel mundial para este tipo de mezclas tibias, son:

• Iterlow T (Iterchimica SRL, Italia)

• Rediset® WMX (AkzoNobel, Holanda)

• Cecabase RT® (CECA, Francia)

• Evotherm™ (MeadWestvaco, EEUU)

• Zycotherm Inc (Morrisville, EEUU)

• Quimibond 3000

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47 2.2.3.2. Tensoactivo de coco

Conocido como el "árbol de la vida" por su buena composición y múltiples usos tanto a nivel nutricional como industrial, el coco ocupa el puesto 12 en la lista de categorías de alimentos. La palabra coco proviene del portugués "cocu" (cara de mono) porque la cáscara tiene tres agujeros que se asemejan a una cabeza con ojos y boca. El coco es una fruta tropical de la palma de coco (Cocos nucifera L), distribuida en las regiones tropicales y subtropicales de África, el Caribe y América del Sur. Se desconoce su origen exacto. Como está presente en las regiones tropicales y subtropicales de todos los continentes, su dispersión se atribuye a que los cocos flotantes son arrastrados por las corrientes oceánicas o por el hombre en los barcos como fuente de alimento y bebida, preservando así su viabilidad por semanas, logrando así colonizar diferentes regiones y condicione