UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN
TESIS
“EVALUACIÓN DEL EFECTO DE LA ADICIÓN DE EMULSIÓN ASFÁLTICA DE ROTURA LENTA CSS Y ESTABILIZADOR
QUÍMICO MEGASOIL EN MATERIAL GRANULAR”
PRESENTADA POR:
Bach. KEVIN ANGEL, FERNANDEZ GAVILAN
ASESOR:
M.SC. AUGUSTO, GARCÍA CORZO
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO CIVIL
HUANCAYO – PERÚ 2022
ASESOR: M.SC. AUGUSTO GARCÍA CORZO
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8531-6626
DEDICATORIA
Dedico con mucho amor y cariño esta tesis:
A las personas más importante en mi vida por el apoyo incondicional que me brindaron durante mis estudios, apoyándome en mi formación académica, ética y moral; Miria, Ruth, Donatila y Epifanio.
AGRADECIMIENTOS
Expreso mi sincero agradecimiento a mi casa de estudios Universidad Nacional del Centro del Perú mi alma mater en mi formación, así también a todos señores ingenieros docentes de la Facultad de Ingeniería Civil, que desinteresadamente me guiaron y guían en la formación profesional.
Muy especialmente, agradezco a mi asesor M. SC. Augusto García Corzo por su apoyo incondicional en la asesoría de mi tesis.
A mi mejor amigo Erick por su apoyo moral y aporte valioso desde que estuvimos en colegio.
ÍNDICE
DEDICATORIA ... IV AGRADECIMIENTOS ...V ÍNDICE ... VI LISTA DE TABLAS ... IX LISTA DE FIGURAS ... XIII RESUMEN ... XVIII ABSTRACT ... XIX INTRODUCCIÓN ... XX
CAPITULO I PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 2
1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ...2
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ...4
1.2.1. PROBLEMA GENERAL ...4
1.2.2.PROBLEMAS ESPECÍFICOS ...4
1.3. OBJETIVOS ...5
1.3.1.OBJETIVO GENERAL ...5
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...5
1.4. JUSTIFICACIÓN ...5
1.4.1.JUSTIFICACIÓN TEÓRICO ...5
1.4.2.JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA ...5
1.4.3.JUSTIFICACIÓN SOCIO – ECONÓMICA ...6
1.5. HIPÓTESIS ...6
1.5.1. HIPÓTESIS GENERAL ...6
1.5.2.HIPÓTESIS ESPECÍFICAS ...6
1.6. DEFINICIÓN OPERATIVA DE VARIABLES: ...7
1.6.1.VARIABLE INDEPENDIENTE ...8
1.6.2.VARIABLES DEPENDIENTES ...8
CAPITULO II MARCO TEÓRICO ... 9
2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ...9
2.1.1. ANTECEDENTES INTERNACIONALES...9
2.2. BASES TEÓRICAS ...14
2.2.1.TIPOS DE CARRETERAS EN EL PERÚ ...14
2.2.2.SUPERFICIE DE RODADURA ...15
2.2.3.MATERIAL GRANULAR ...17
2.2.4. EMULSIÓN ASFÁLTICA DE ROTURA LENTA CSS ...17
2.2.5.ESTABILIZACIÓN DE MATERIAL GRANULAR ...22
2.2.6.EMULSIÓN ASFÁLTICA ...24
2.2.7.ESTABILIZADOR QUÍMICO MEGASOIL ...26
2.2.8. ENSAYO...27
CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO ... 33
3.1. TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN ...33
3.1.1.TIPO DE INVESTIGACIÓN ...33
3.1.2. NIVEL DE INVESTIGACIÓN ...33
3.2. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN ...33
3.3. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN ...34
3.4. POBLACIÓN Y MUESTRA ...34
3.4.1. POBLACIÓN ...34
3.4.2.MUESTRA ...34
3.4.3.MUESTREO ...36
3.5. INSTRUMENTOS Y TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ...37
3.5.1.INSTRUMENTOS DE LA INVESTIGACIÓN ...37
3.5.2. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ...37
CAPITULO IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 39
4.1. RESULTADO DEL TRATAMIENTO Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN ...39
4.1.1.ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO CANTERA SAPALLANGA ...39
4.1.2. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO CANTERA UMUTO ...40
4.1.3.ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO CANTERA SICAYA...41
4.1.4. CONTENIDO DE HUMEDAD ...43
4.1.5.LIMITES DE ATTERBERG ...43
4.1.6.CLASIFICACIÓN DE SUELOS ...46
4.1.7.PROCTOR MODIFICADO ...46
4.1.8. CBR CALIFORNIA BEARING RATIO ...48 4.1.9. DISEÑO DE MEZCLA DE EMULSIÓN ASFÁLTICA CON ADICIÓN DE
MEGASOIL PARA EL MEJORAMIENTO DE MATERIAL GRANULAR CANTERA
SAPALLANGA ...50
4.1.10. DISEÑO DE MEZCLA DE EMULSIÓN ASFÁLTICA CON ADICIÓN DE MEGASOIL PARA EL MEJORAMIENTO DE MATERIAL GRANULAR CANTERA SICAYA 70 4.1.11. DISEÑO DE MEZCLA DE EMULSIÓN ASFÁLTICA CON ADICIÓN DE MEGASOIL PARA EL MEJORAMIENTO DE MATERIAL GRANULAR CANTERA UMUTO 89 4.2. EVALUACIÓN Y ANÁLISIS ECONÓMICA DE LA ADICIÓN COMBINADA DE EMULSIÓN ASFÁLTICA Y MEGASOIL ...109
4.2.1.NUMERO DE EJES EQUIVALENTES...109
4.2.2. NIVEL DEL CONFIABILIDAD Y VARIABILIDAD R y ZR ...110
4.2.3.PERDIDA DE SERVICIABILIDAD PSI ...110
4.2.4. COEFICIENTE DE DRENAJE ...110
4.2.5.DISEÑO PAVIMENTO ...110
4.2.6. ANÁLISIS ECONÓMICO ...115
4.3. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ...118
CONCLUSIONES ... 120
RECOMENDACIONES ... 122
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 123
ANEXOS ... 127
ANEXO 1: MATRIZ DE CONSISTENCIA ...127
ANEXO 2: PANEL FOTOGRÁFICO ...129
ANEXO 3: ENSAYOS MATERIAL GRANULAR CANTERA SAPALLANGA ...133
ANEXO 4: ENSAYOS MATERIAL GRANULAR CANTERA UMUTO ...142
ANEXO 4: ENSAYOS MATERIAL GRANULAR CANTERA SICAYA ...151
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Red Vial Existente Departamento Junín ... 2
Tabla 2 Operacionalización de Variables ... 7
Tabla 3 Clasificación de Material granular de Subrasante ... 19
Tabla 4 Franjas granulométricas Material granular para afirmado... 19
Tabla 5 Requisitos de Calidad material granular de Afirmado ... 20
Tabla 6 Granulometría Material granular Subbase ... 20
Tabla 7 Requisitos de calidad material granular para Subbase ... 21
Tabla 8 Husos Granulométricos material granular para base ... 21
Tabla 9 Requerimiento de CBR para material granular de base... 22
Tabla 10 Tipo de estabilizar a utilizar según suelo ... 23
Tabla 11 Características de emulsión asfáltica CSS ... 26
Tabla 12 Propiedades del Megasoil ... 27
Tabla 13 Cuadro de tamices ... 27
Tabla 14 Peso de muestra mínima según tamaño nominal ... 28
Tabla 15 Métodos de uso Proctor modificado ... 31
Tabla 16 Total ensayos realizados ... 36
Tabla 17 Procedimiento Metodológico ... 38
Tabla 18 Análisis Granulométrico Cantera Sapallanga ... 39
Tabla 19 Granulometría Cantera Umuto ... 40
Tabla 20 Análisis granulométrico Cantera Sicaya ... 41
Tabla 21 Porcentajes de material granular. ... 43
Tabla 22 Contenido de Humedad Material granular ... 43
Tabla 23 Resumen resultados LL, LP, IP ... 44
Tabla 24 Clasificación SUCS canteras representativas ... 46
Tabla 25 Clasificación AASHTO Canteras representativas ... 46
Tabla 26 Proctor Modificado Canteras Representativas ... 47
Tabla 27 CBR sin adición Canteras Representativas ... 48
Tabla 28 Resultados de CBR a material granular Cantera Sapallanga ... 50
Tabla 29 Análisis estadístico Descriptivo adición Megasoil Cantera Sapallanga ... 51
Tabla 30 Prueba de normalidad Adición de Megasoil Cantera Sapallanga ... 52
Tabla 31 Correlación Bi variada Adición Megasoil Cantera Sapallanga ... 52
Tabla 32 Método Illinois Cantera Sapallanga ... 54
Tabla 33 Humedad y peso Óptimo de premezclado ... 54
Tabla 34 Resultados Para óptimo Contenido de Emulsión cantera Sapallanga ... 55
Tabla 35: Análisis estadístico Descriptivo adición Emulsión asfáltica Cantera Sapallanga ... 55
Tabla 36 Prueba de normalidad Adición de Emulsión Asfáltica Cantera Sapallanga ... 56
Tabla 37 Correlación Bi variada Adición Emulsión asfáltica Cantera Sapallanga . 57 Tabla 38 Dosificación para diseño de mezcla Megasoil + Emulsión Asfaltico Cantera Sapallanga ... 61
Tabla 39 Resultados Adición Óptimo contenido de emulsión + adición de Megasoil ... 61
Tabla 40 Análisis estadístico Descriptivo adición 5% Emulsión asfáltica + Megasoil Cantera Sapallanga ... 62
Tabla 41 Prueba de normalidad 5% Emulsión Asfáltica + Megasoil Cantera Sapallanga ... 63
Tabla 42 Correlación Bi variada Adición 5% Emulsión asfáltica + Megasoil Cantera Sapallanga ... 65
Tabla 43 Resultados de CBR a material granular Cantera Sicaya ... 70
Tabla 44 Análisis estadístico Descriptivo adición Megasoil Cantera Sicaya ... 71
Tabla 45 Prueba de normalidad Adición de Megasoil Cantera Sicaya... 72
Tabla 46 Correlación Bi variada Adición Megasoil Cantera Sicaya ... 72
Tabla 47 Método Tacoma Illinois Cantera Sicaya... 74
Tabla 48 Humedad y peso Óptimo de premezclado ... 74
Tabla 49 Resultados Para óptimo Contenido de Emulsión cantera Sicaya ... 74
Tabla 50 Análisis estadístico Descriptivo adición Emulsión asfáltica Cantera Sicaya ... 75
Tabla 51 Prueba de normalidad Adición de Emulsión Asfáltica Cantera Sicaya .... 76
Tabla 52 Correlación Bi variada Adición Emulsión asfáltica Cantera Sicaya ... 77
Tabla 53 Dosificación para diseño de mezcla Megasoil + Emulsión Asfaltico Cantera Sicaya ... 81
Tabla 54 Resultados Adición Óptimo contenido de emulsión + adición de Megasoil ... 81
Tabla 55 Análisis estadístico Descriptivo adición 6% Emulsión asfáltica + Megasoil Cantera Sicaya ... 82
Tabla 56 Prueba de normalidad 6% Emulsión Asfáltica + Megasoil Cantera Sicaya ... 83
Tabla 57 Correlación Bi variada Adición 6% Emulsión asfáltica + Megasoil Cantera Sicaya ... 85
Tabla 58 Resultados de CBR a material granular Cantera Umuto ... 90
Tabla 59 Análisis estadístico Descriptivo adición Megasoil Cantera Umuto ... 90
Tabla 60 Prueba de normalidad Adición de Megasoil Cantera Umuto ... 91
Tabla 61 Correlación Bi variada Adición Megasoil Cantera Umuto... 92
Tabla 62 Método Tacoma Illinois Cantera Umuto ... 94
Tabla 63 Humedad y peso Óptimo de premezclado ... 94
Tabla 64 Resultados Para óptimo Contenido de Emulsión cantera Umuto ... 94
Tabla 65 Análisis estadístico Descriptivo adición Emulsión asfáltica Cantera Umuto ... 95
Tabla 66 Prueba de normalidad Adición de Emulsión Asfáltica Cantera Umuto ... 96
Tabla 67 Correlación Bi variada Adición Emulsión asfáltica Cantera Umuto ... 97
Tabla 68 Dosificación para diseño de mezcla Megasoil + Emulsión Asfaltico Cantera Umuto ... 101
Tabla 69 Resultados Adición Óptimo contenido de emulsión + adición de Megasoil ... 101
Tabla 70 Análisis estadístico Descriptivo adición 6% Emulsión asfáltica + Megasoil Cantera Umuto ... 102
Tabla 71 Prueba de normalidad 6% Emulsión Asfáltica + Megasoil Cantera Umuto ... 103
Tabla 72 Correlación Bi variada Adición 6% Emulsión asfáltica + Megasoil Cantera Umuto ... 104
Tabla 73 Datos diseño ... 112
Tabla 74 Datos calculados por capa ... 115
Tabla 75 Espesor de capas ... 115
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Red vial no pavimentada Junín ... 3
Figura 2 Sección de un pavimento flexible ... 16
Figura 3 Sección pavimento rígido ... 16
Figura 4 Distribución de esfuerzos en pavimentos ... 17
Figura 5 Curva granulométrica ... 28
Figura 6 Ensayo limite liquido en copa de Casagrande ... 30
Figura 7 Representación de Población Muestral, ... 34
Figura 8 Cantera Sicaya ... 35
Figura 9 Cantera Umuto ... 35
Figura 10 Cantera Sapallanga ... 36
Figura 11 Curva Granulométrica Cantera Sapallanga ... 40
Figura 12 Curva Granulométrica Cantera Umuto. ... 41
Figura 13 Curva granulométrica Cantera Sicaya ... 42
Figura 14 LL Sicaya ... 44
Figura 15 LL Umuto ... 45
Figura 16 LL Sapallanga ... 45
Figura 17 Curva Densidad v Humedad Cantera Sapallanga ... 47
Figura 18 Curva Densidad v Humedad Cantera Umuto ... 47
Figura 19 Curva Densidad v Humedad Cantera Sicaya ... 48
Figura 20 Curva Densidad Seca v CBR Cantera Sapallanga... 49
Figura 21 Curva Densidad Seca v CBR Cantera Umuto ... 49
Figura 22 Curva Densidad Seca v CBR Cantera Sicaya ... 50
Figura 23 Grafico de Dispersión de puntos adición de Megasoil cantera Sapallanga ... 53
Figura 24 Grafico de Dispersión de puntos adición de Emulsión asfáltica en función
a la Máxima densidad cantera Sapallanga ... 59
Figura 25 Grafico de Dispersión de puntos adición de Emulsión asfáltica en función Estabilidad Seca cantera Sapallanga ... 59
Figura 26 Grafico de Dispersión de puntos adición de Emulsión asfáltica en función Estabilidad Saturada cantera Sapallanga ... 60
Figura 27 Grafico de Dispersión de puntos adición de Emulsión asfáltica en función al flujo o fluencia cantera Sapallanga ... 60
Figura 28 Grafico de Dispersión de puntos adición de 5% Emulsión asfáltica + Megasoil en función a la Máxima densidad cantera Sapallanga ... 66
Figura 29 Grafico de Dispersión de puntos adición de 5% Emulsión asfáltica + Megasoil en función Estabilidad Seca cantera Sapallanga ... 67
Figura 30 Grafico de Dispersión de puntos adición de 5% Emulsión asfáltica + Megasoil en función Estabilidad Saturada cantera Sapallanga ... 67
Figura 31 Grafico de Dispersión de puntos adición de 5% Emulsión asfáltica + Megasoil en función al flujo o fluencia cantera Sapallanga ... 68
Figura 32 Comportamiento material granular CBR Cantera Sapallanga ... 69
Figura 33 Estabilidad comparativa Cantera Sapallanga ... 69
Figura 34 Fluencia o flujo comparativo cantera Sapallanga ... 70
Figura 35 Grafico de Dispersión de puntos adición de Megasoil cantera Sicaya.... 73
Figura 36 Grafico de Dispersión de puntos adición de Emulsión asfáltica en función a la Máxima densidad cantera Sicaya ... 79
Figura 37 Grafico de Dispersión de puntos adición de Emulsión asfáltica en función Estabilidad Seca cantera Sicaya ... 79
Figura 38 Grafico de Dispersión de puntos adición de Emulsión asfáltica en función
Estabilidad Saturada cantera Sicaya ... 80
Figura 39 Grafico de Dispersión de puntos adición de Emulsión asfáltica en función al flujo o fluencia cantera Sicaya ... 80
Figura 40 Grafico de Dispersión de puntos adición de 6% Emulsión asfáltica + Megasoil en función a la Máxima densidad cantera Sicaya ... 86
Figura 41 Grafico de Dispersión de puntos adición de 6% Emulsión asfáltica + Megasoil en función Estabilidad Seca cantera Sicaya ... 86
Figura 42 Grafico de Dispersión de puntos adición de 6% Emulsión asfáltica + Megasoil en función Estabilidad Saturada cantera Sicaya ... 87
Figura 43 Grafico de Dispersión de puntos adición de 6% Emulsión asfáltica + Megasoil en función al flujo o fluencia cantera Sicaya ... 87
Figura 44 Comportamiento material granular CBR Cantera Sicaya ... 88
Figura 45 Estabilidad comparativa Cantera Sicaya ... 89
Figura 46 Fluencia o flujo comparativo cantera Sicaya ... 89
Figura 47 Grafico de Dispersión de puntos adición de Megasoil cantera Sicaya.... 93
Figura 48 Grafico de Dispersión de puntos adición de Emulsión asfáltica en función a la Máxima densidad cantera Umuto ... 98
Figura 49 Grafico de Dispersión de puntos adición de Emulsión asfáltica en función Estabilidad Seca cantera Umuto ... 99
Figura 50 Grafico de Dispersión de puntos adición de Emulsión asfáltica en función Estabilidad Saturada cantera Umuto ... 99
Figura 51 Grafico de Dispersión de puntos adición de Emulsión asfáltica en función al flujo o fluencia cantera Umuto ... 100
Figura 52 Grafico de Dispersión de puntos adición de 6% Emulsión asfáltica +
Megasoil en función a la Máxima densidad cantera Umuto ... 106
Figura 53 Grafico de Dispersión de puntos adición de 6% Emulsión asfáltica + Megasoil en función Estabilidad Seca cantera Umuto ... 106
Figura 54 Grafico de Dispersión de puntos adición de 6% Emulsión asfáltica + Megasoil en función Estabilidad Saturada cantera Sicaya ... 107
Figura 55 Grafico de Dispersión de puntos adición de 6% Emulsión asfáltica + Megasoil en función al flujo o fluencia cantera Umuto ... 107
Figura 56 Comportamiento material granular CBR Cantera Umuto ... 108
Figura 57 Estabilidad comparativa Cantera Umuto ... 109
Figura 58 Fluencia o flujo comparativo cantera Umuto ... 109
Figura 59 Variación del coeficiente estructural base granular a2 ... 111
Figura 60 Variación del coeficiente estructural subbases a3 ... 112
Figura 61 Calculo Numero estructural sin adición base ... 113
Figura 62 Calculo Numero estructural sin adición subbase ... 113
Figura 63 Calculo Numero estructural adición base... 114
Figura 64 Calculo Numero estructural adición subbase ... 114
Figura 65 Análisis precio unitario Sin adición ... 116
Figura 66 Análisis precio Unitario con Adición ... 117
Figura 67 Panel Fotográfico Ensayo LP ... 129
Figura 68 Panel Fotográfico Ensayo LL ... 129
Figura 69 Panel Fotográfico Ensayo Porcentaje de Humedad ... 130
Figura 70 Panel Fotográfico Ensayo CBR... 130
Figura 71 Panel Fotográfico Ensayo CBR... 131
Figura 72 Panel Fotográfico Ensayo CBR adición Megasoil ... 131
Figura 73 Panel Fotográfico Ensayo CBR muestras Emulsión asfáltica ... 132
RESUMEN
El presente trabajo de investigación comprende la evaluación del efecto de la adición de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y el estabilizador químico Megasoil respecto al comportamiento estructural y estabilidad de materiales granulares de las canteras de Sapallanga, Umuto y Sicaya. Los materiales granulares evaluados provinieron de las canteras de Sapallanga, Umuto y Sicaya. Para el trabajo de evaluación se usó la adición combinada de la emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y el estabilizador químico Megasoil (Polímero).
El material granular presentó valores de CBR al 100% de MDS iguales a 20.3%, 33.8%
y 83.7% para las canteras de Sapallanga, Umuto y Sicaya, respectivamente. El MTC indica que los valores mínimos de CBR para la utilización en la conformación de afirmados, subbases y bases son de 40%, 40% y 80% a 100% respectivamente, por lo que los materiales granulares de estas canteras podrán ser empleadas como afirmados, bases y subbases.
Se determinó la dosificación optima de adición de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y Megasoil mediante los ensayos de CBR y Diseño Marshall modificado Illinois y así se encontró una dosificación óptima en porcentaje donde obtuvimos los máximos valores.
Al haber utilizado la adición combinada como un nuevo estabilizador se concluyó que es una alternativa para mejorar el comportamiento estructural y la estabilidad de materiales granulares. El CBR del material granular de las canteras de Sapallanga, Umuto y Sicaya con una adición de 5% EA + 0.006%M, 6%EA+ 0.004%M y 6%EA + 0.006%M llegaron a 52.1%, 83.4% y 130.8% al 100% de la MDS respectivamente. La estabilidad seca y saturada del material granular de las canteras de Sapallanga, Umuto y Sicaya con adición de 5%, 6%
y 6% de Emulsión asfáltica de rotura lenta CSS llegaron a 686.7 kg, 997.1kg y1832kg y 609.1kg, 912.2kg y 1736.04kg, respectivamente; con la adición combinada de 5% EA + 0.006%M, 6%EA+ 0.004%M y 6%EA + 0.006%M se obtuvo 1174.39kg, 1917.6kg y 2375.71kg de estabilidad seca y 1105.12kg, 1821.9kg y 2274.73kg de estabilidad saturada respectivamente.
Palabras clave: Emulsión asfáltica de rotura lenta CSS, estabilizador químico Megasoil, comportamiento mecánico de material granular.
ABSTRACT
The present research work includes the evaluation of the effect of the addition of slow breaking asphalt emulsion CSS and the chemical stabilizer Megasoil regarding the structural behavior and stability of granular materials from the quarries of Sapallanga, Umuto and Sicaya. The granular materials evaluated came from the Sapallanga, Umuto and Sicaya quarries. For the evaluation work, the combined addition of the slow breaking asphalt emulsion CSS and the chemical stabilizer Megasoil (Polymer) was used.
The granular material presented CBR values at 100% MDS equal to 20.3%, 33.8% and 83.7% for the Sapallanga, Umuto and Sicaya quarries, respectively. The MTC indicates that the minimum values of CBR for the use of in the conformation of affirmed, subbases and bases are 40%, 40% and 80% to 100% respectively, for which the granular materials of these quarries may be used as affirmed, bases and subbases.
The optimal dosage for the addition of slow-breaking asphalt emulsion CSS and Megasoil was determined by means of the CBR and modified Marshall Design Illinois tests and thus an optimal dosage was found in percentage where we obtained the maximum values.
Having used the combined addition as a new stabilizer, it was concluded that it is an alternative to improve the structural behavior and stability of granular materials. The CBR of the granular material from the Sapallanga, Umuto and Sicaya quarries with an addition of 5% EA + 0.006%M, 6%EA + 0.004%M and 6%EA + 0.006%M reached 52.1%, 83.4% and 130.8% at 100% of the MDS respectively. The dry and saturated stability of the granular material from the quarries of Sapallanga, Umuto and Sicaya with the addition of 5%, 6%
and 6% of slow breaking asphalt emulsion CSS reached 686.7 kg, 997.1kg and 1832kg and 609.1kg, 912.2kg and 1736.04kg, respectively; With the combined addition of 5% EA + 0.006%M, 6%EA + 0.004%M and 6%EA + 0.006%M, 1174.39kg, 1917.6kg and 2375.71kg of dry stability and 1105.12kg, 1821.9kg and 2274.73kg of dry stability were obtained.
saturated stability respectively.
Key words: Slow-breaking asphalt emulsion CSS, chemical stabilizer Megasoil, mechanical behavior Granular material.
INTRODUCCIÓN
La capa de rodadura tiende a deteriorarse antes de cumplir con su vida útil estimada debido a factores externos que la dañan, como la presencia del intemperismo. Por ello la presente tesis se enfoca en evaluar el comportamiento de los materiales granulares de tres canteras de la ciudad de Huancayo, siendo estos los que conforman la capa de rodadura de un afirmado.
En tal sentido se hace el uso de técnicas de estabilización de materiales, para la conformación de la capa de rodadura empleando un sustituto para la carpeta asfáltica y así obtener vías de mejor condición de transitabilidad y serviciabilidad a costos más económicos.
Con el fin de aumentar el conocimiento de este tema en particular, es que se presenta la investigación enfocada a la utilización de la emulsión asfáltica de rotura lenta CSS en combinación del estabilizador químico Megasoil.
El presente trabajo de investigación consta de cuatro capítulos:
Primer capítulo, se realiza el planteamiento de la investigación, podemos observar los objetivos, justificación, hipótesis y la definición operativa de las variables.
Segundo capítulo, se detalla los antecedentes internacionales y nacionales, los cuales son investigaciones que ayudaron a desarrollar la metodología; también se detalla las bases teóricas, donde se habla sobre la teoría fundamental como es el uso de emulsiones y estabilizador químico Megasoil.
Tercer capítulo, aquí detallamos el marco metodológico, se describe el tipo de investigación y su nivel, el método de investigación como el diseño de la investigación.
También se detalla la población y muestra e instrumentos con técnicas para la recolección de la data.
Capitulo cuarto, se detalla los resultados obtenidos basados en los ensayos realizados normados por el MTC.
CAPITULO I
PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
Las condiciones socio económicas de la comunidad son mejoradas por la construcción de carreteras y esto se traduce en un crecimiento y/o beneficio de la sociedad y el país, la red vial asfaltada a nivel nacional fue proyectada llegar al 91% en el 2021. Al 2019 se contó con 26976 km de la red vial nacional, del cual 21434 km (79%) se encontraron asfaltados al término del 2018, además el Sistema Nacional de Carreteras (SINAC) indica que las carreteras no pavimentadas hasta la fecha constituye el 84% del sistema nacional.(Sistema Nacional de Carreteras 2021)
El Sistema Nacional de Carreteras en el departamento Junin consta de un total de 11983.9 km (Red vial Nacional, Departamental y Vecinal) de los cuales el 10.6% se encuentra pavimentada y un 89.4% no pavimentada. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2020)
Tabla 1 Red Vial Existente Departamento Junín
Red Vial Junín Nacional Departamental Vecinal Total Km. Par.%. Km. Par.%. Km. Par.%. Km. Par.%.
Pavimentada 984.4 56.5 67.7 6.0 212.9 2.3 1265 10.6 No pavimentada 757.1 43.5 1059.2 94.0 8902.6 97.7 10718.9 89.4 Total 1741.5 100.0 1126.9 100.0 9115.5 100.0 11983.9 100.0
Fuente: Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018
En el departamento Junín del total de carreteras no pavimentadas, el 39% es afirmado, sin afirmar es 27% y trocha es el 34%. En cuanto a la provincia de Huancayo del global de carreteras no pavimentadas, un 45% se encuentran afirmadas, un 9% sin afirmar y finalmente, un 46% son trochas carrozables. (SINAC) (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2020)
Figura 1 Red vial no pavimentada Junín
Fuente: (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2020)
Cuando se realiza el mejoramiento y/o estabilización de un material granular, se busca que el material o técnica de estabilización y/o mejoramiento sea la mejor alternativa, por lo cual conlleva a realizar diferentes estudios. Para nuestro caso es el material granular utilizado para afirmado, y esto conlleva al estudio de la compatibilidad entre el material granular y el estabilizador, por lo que estas son deterioradas por diversos factores como;
periodos de lluvias intensas, temperaturas variables, intemperismo y poco mantenimiento.
(Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2020)
Para la ejecución de obras de infraestructura vial de bajo volumen de tránsito BVT se presentan varios factores los cuales son un reto para los responsables, tales como, precipitaciones, nivel freático, problemas de transporte, los terrenos de fundación presentan una baja capacidad portante (baja calidad), además presentan poco o nulo mantenimiento oportuno y por ende, la necesidad de poder mejorar o cambiar el material con otro que cumpla los requisitos mínimos que impone el Ministerio de Transportes y Comunicaciones es necesario. En la actualidad se usan diferentes métodos para poder mejorar el material granular para capas de pavimento, tales como la adición de cemento, cal hidratada, cloruros de sodio, emulsiones, productos asfalticos, polímeros (estabilizadores químicos) y geos sintéticos, cada uno de estos productos se utilizan según
Red vial no pavimentada Junin
90% 83%
80%
70%
60%
50%
40%
30% 28% 26% 29%
20%
10% 8%
3% 4%
0% 1% 1%
0%
afirmada sin afirmar trocha total
nacional departamental vecinal
7% 10%
el tipo de material granular y la importancias e impacto de la vía. (EG – 2013 – Manual de carreteras, especificaciones técnicas general para la construcción).
En la provincia de Huancayo se encuentran diferentes canteras las cuales son utilizadas para construir las diferentes capas del pavimento, ya que cada capa de un pavimento juega un papel muy importante en la estructura de una vía y es importante que cumplan con los requisitos mínimos que impone el MTC. Por lo cual, el enfoque de la presente investigación fue evaluar el comportamiento del material granular para pavimentos con la adición de la emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y el estabilizante químico de suelos MEGASOIL. Mediante los ensayos a realizar en laboratorio se evaluará principalmente el valor CBR ya que con este valor se diseña el espesor de una capa de pavimento.
En la presente tesis se realizaron los ensayos de CBR y estabilidad Marshall para diferentes porcentajes de emulsión asfáltica adicionado el estabilizador Megasoil, para así establecer una afinidad y comportamiento del material granular estabilizado, por consiguiente, obtener el óptimo contenido de emulsión asfáltica y Megasoil que nos brinde los mejores resultados en los ensayos.
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
1.2.1. PROBLEMA GENERAL
¿Cuál es el efecto de la adición de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y estabilizador de químico Megasoil en el material granular?
1.2.2. PROBLEMAS ESPECÍFICOS
a) ¿Cuál es el efecto de la adición de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y estabilizador químico Megasoil en las propiedades físico-mecánicas del material granular?
b) ¿Cómo afecta la adición de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y estabilizador de suelos MEGASOIL en la capacidad de soporte CBR en el material granular?
c) ¿Cuál es el contenido óptimo de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y estabilizador de suelos MEGASOIL en el material granular?
1.3. OBJETIVOS
1.3.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar cuál es el efecto de la adición de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y estabilizador químico Megasoil en el material granular.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Analizar el efecto de la adición de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y estabilizador químico Megasoil en las propiedades físico-mecánicas del material granular.
b) Calcular como afecta la adición emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y estabilizador químico Megasoil en la capacidad de soporte CBR del material granular.
c) Obtener cuál es el contenido óptimo de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y estabilizador químico Megasoil en el material granular.
1.4. JUSTIFICACIÓN
1.4.1. JUSTIFICACIÓN TEÓRICO
Con el presente trabajo de investigación se pretende dar paso al uso de la emulsión asfáltica de rotura lenta CSS potenciado con el polímero (Estabilizador químico) Megasoil, así obtener un buen comportamiento de la carpeta de rodadura. Por lo cual el análisis de adición de emulsión asfáltica CSS y estabilizador Megasoil en el material granular deberá cumplir con los estándares de calidad necesario para su proceso de desarrollo mediante los ensayos especificados en el MTC, siendo aplicados los ensayos para la caracterización de los suelos de granulometría y límites de Atterberg, ensayo de compactación por Proctor modificado, ensayo de desempeño con CBR y diseño Marshall Illinois
1.4.2. JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA
Según “EG – 2013, Manual de carreteras, Especificaciones técnicas generales para construcción” el diseño de carreteras exige que se cumpla con tres objetivos principales: asegurar la calidad de los elementos de una carretera, mitigar los impactos socio ambientales, permitiendo un adecuado nivel de seguimiento y control para la preservación de los ecosistemas y calidad de vida de la población. Para lo cual cada capa granular de un pavimento debe cumplir con especificaciones técnicas y de calidad que deben ser controlados. (Especificaciones Técnicas, 2013)
Por ello, se realizará el ensayo de CBR, el cual nos brinda el valor del índice de resistencia de los suelos, con el que evaluamos la capacidad de soporte de los suelos y es un valor importante para poder verificar la calidad de una capa granular de un pavimento y así poder verificar el correcto funcionamiento de la carpeta asfáltica, con la aplicación de la emulsión asfáltica y el estabilizador químico Megasoil con los que se obtendrán vías transitables de buena capacidad y más económicas a comparación de las vías no estabilizadas.
1.4.3. JUSTIFICACIÓN SOCIO – ECONÓMICA
El uso de emulsión asfáltica tiene un mayor rango de aplicación y potenciado con la adición del polímero Megasoil nos dará un mayor rango de aplicaciones en capas de material granular de pavimentos.
Actualmente en Junín tenemos carreteras no pavimentadas, de las cuales el 39% es afirmado, sin afirmar es 27% y trocha es el 34%; donde se podría aplicar los estabilizadores propuestos.
1.5. HIPÓTESIS
1.5.1. HIPÓTESIS GENERAL
La adición de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y estabilizador químico Megasoil mejora las propiedades del material granular.
1.5.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICAS
a) La adición de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y estabilizador químico Megasoil afecta positivamente en las propiedades físico-mecánicas del material granular.
b) La adición de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y estabilizador químico Megasoil aumenta la capacidad de soporte CBR del material granular.
c) El porcentaje óptimo se encuentra en el rango de 4% a 8% y de 0.002% a 0.01% de adición de emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y estabilizador químico Megasoil respectivamente en el material granular.
1.6. DEFINICIÓN OPERATIVA DE VARIABLES:
Tabla 2 Operacionalización de Variables
Variable Definición
conceptual Definición
operacional Dimensiones Indicadores Und Instrumento Contenido
de humedad MTC E 108
Porcentaje de humedad %
Horno de secado, balanza Material
granular que cumple con especificacio las nes de la normativa empleados
para afirmado, trabajado
para mejorarlo
con la emulsión asfáltica de rotura lenta CSS y el estabilizador
químico Megasoil.
Análisis granulométri
co MTC E 107
Distribución de tamaño de partículas %
Horno de secado, balanza,
tamices Material
utilizado para la construcci
ón de las diferentes
capas de pavimento,
por lo general están se obtienen de canteras
de origen coluvial o aluvial.
Limite liquido MTC
E 110
Límite entre estado liquido %
Copa de Casagrande,
tamice, balanza, placa
de vidrio esmerilado,
enrasador.
Limite Plástico MTC E 111
Límite entre estado plástico % Dependiente Material Granular
Índice de plasticidad Clasificación
SUCS - AASHTO
Clasificación
de suelos --- Tabla SUCS AASHTO Proctor
Modificado MTC E 115
Compactació n del suelo gr/cm³
Balanza, molde, pinzón,
probeta, tamices.
Balanza, molde, pinzón,
probeta, tamices, prensa de compresión y
diales.
Ensayo de CBR MTC E
132
Capacidad resistencia de del suelo
%
Independient e
Emulsión asfáltica
CSS
emulsión La asfáltica de rotura lenta
La adición de la emulsión asfáltica en
Ensayo de estabilidad MTC E 504
Estabilidad
de la mezcla kg Aparato Marshall
habilidad de poder mezclarse bien con el
material granular, ya que el asfalto demora un
buen tiempo en
sufrir coalescenc ia.
dosificacion es óptimas garanticen que una mejora
en las propiedades del material granular.
Dosificación Porcentaje % Balanza
Megasoil Dosificación Porcentaje % Balanza
1.6.1. VARIABLE INDEPENDIENTE Emulsión asfáltica de rotura lenta CSS.
Estabilizador químico Megasoil.
1.6.2. VARIABLES DEPENDIENTES Material granular
CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
2.1.1. ANTECEDENTES INTERNACIONALES
Según Cusme Veliz & Tapia Velez (2016) en la tesis titulada: “Estudio del comportamiento del material de mejoramiento tratado con emulsión asfáltica para su utilización como base/subbase en la estructura de pavimentos”, de la Universidad Técnica de Manabí, presenta como objetivo en su investigación establecer un diseño de mezcla del material de mejoramiento modificado con emulsión asfáltica para que actúe como base/subbase en la estructura del pavimento. Y presenta como metodología realizar un proceso investigativo en laboratorio mediante el método deductivo de hipótesis realizando los ensayos de CBR a diferentes porcentajes de emulsión asfáltica.
Siendo los resultados tras aplicar la metodología planteada un óptimo porcentaje de emulsión del 7% con un resultado de CBR de 70.3 lb/pulg², cumpliendo con lo especificado en la norma para un valor de resistencia para una subbase adecuada mayor a 50 lb/pulg². En conclusión, este trabajo de investigación realizado en ecuador sobre la utilización de emulsión asfáltica nos indica que para una óptima aplicación se recomienda realizar ensayos aplicando un 5%, 7% y 9% de las cuales el óptimo obtenido en la investigación es del 7%, con los cuales se logra mejorar las características de resistencia del material de estudio. También nos indica que la emulsión asfáltica utilizada en la mezcla realizada está compuesta por un 65% de asfalto AC 20, un 34.3% de agua y un 0.7% de emulsificante ASFIER 121.
Según Beltran Quiñonez & Quintero Rangel (2018) en la tesis de grado titulada:
“Atomización de emulsiones asfálticas”, de la Universidad Santander, presenta como objetivo realizar el diseño del sistema de aspersión para irrigación con mezclas y emulsiones asfálticas atomizadas que presenten una relación adhesión - cohesión con
ensayos de viscosidad, estabilidad tras sedimentación a los 7días, ensayos de destilación al contenido de asfalto residual y al contenido de disolventes, ensayo de Ph, ensayos de penetración y ensayos de ductilidad. Tras aplicar la metodología mencionada se obtuvieron como resultados que en la primera etapa de investigación tras analizar las emulsiones A, B, C y D, la emulsión tipo A demostró el mejor comportamiento con resultados dentro de los límites de la norma INVIAS 2013, con una viscosidad de 132ssf, residuo asfáltico del 68.8%, demulsibilidad al 0.8% DSS del 42%, la ductilidad es de 45cm, la penetración de 13.6mm, recuperación elástica de 67% y recuperación torsional de 37%. En conclusión, es importante el empleo de emulsiones asfálticas, ya que, no sólo proporciona un ahorro en el proceso de asfaltado, también mejora la adhesión del asfalto con el material granular, lo cual incrementa la vida útil de la carpeta asfáltica y proporciona seguridad ante su empleo.
Según Quiroz Vargas (2017) en la tesis de grado titulada: “Comparación entre la estabilización de suelos con emulsión asfáltica, y la estabilización de suelos con asfalto y diésel para determinar cuál estabilización proporciona mayor densidad aparente y relación de soporte CBR”, de la Universidad Santander, presenta como objetivo la comparación la estabilización del esfuerzo del suelo con emulsión asfáltica y la estabilización con asfalto y diésel, respecto a los resultados de máxima densidad aparente y el porcentaje de CBR. La metodología planteada para cumplir con el objetivo de la investigación fue la realización de ensayos de Proctor modificado y el ensayo de soporte CBR. Teniendo como resultados al emplear emulsión asfáltica en 3%, 6%, 9% y 12%, los resultados de CBR de 8.8%, 28%, 60% y 51%
respectivamente. Los resultados al emplear asfalto y diésel en 3%-2%, 3%-4%, 3%- 6% y 3%-8%, los resultados de CBR de 18%, 22%, 59% y 51.5% respectivamente. En conclusión, se determinó que la máxima densidad aparente fue de 2.484 gr/cm³, lo cual lleva a determinar un valor de máximo de estabilidad mediante el ensayo de CBR del 60% para el 9% de emulsión asfáltica, y un segundo valor alto de estabilidad del 59%
para el 3% de asfalto más el 6% de diésel. Respecto al análisis de costos resultó más económico el empleo de emulsión asfáltica con un costo de 26 dólares.
Según Zambrano Meza & Tejeda Piusseaut (2019) en el artículo de investigación titulado: “Materiales granulares tratados con emulsión asfáltica para su empleo en bases o subbases de pavimentos flexibles”, de la Universidad Santander, presenta un
avance de su investigación que tiene como objetivo promover el empleo de emulsiones asfálticas para el tratamiento de materiales granulares. Planteando así que el uso de bases y subbases tratadas con ligantes asfálticos se está haciendo habitual en la construcción de carreteras, ya que optimizan su comportamiento. Los materiales granulares que tradicionalmente se utilizan en la construcción de las carreteras de la ciudad de Portoviejo, en Ecuador, no satisfacen en ocasiones, todos los requerimientos de las normas del MTOP. Por lo que se emplearon los materiales procedentes de las canteras Megarok y San José, para ser analizados como base o subbase de carreteras.
Tras realizar los ensayos necesarios para la investigación se seleccionó el material procedente de la cantera Megarok para su tratamiento con emulsión asfáltica.
Consiguiendo buenos resultados añadiendo una emulsión asfáltica catiónica, incrementándose la resistencia a CBR tras inmersión y de resistencia conservada.
Además de las ventajas económicas, son evidentes también las ventajas ambientales que representa el empleo de emulsiones en la práctica constructiva del territorio. En conclusión, se lograron resultados elevados de resistencia en seco que supera el 50%
de la resistencia conservada, tras decrecer en 40% la resistencia tras inmersión. Cabe mencionar que el resultado final del CBR al emplear emulsión no logró alcanzar el 80% de CBR, pero que el empleo de cemento o cal como filler mejoran la resistencia y favorecen la adhesividad del material granular con el ligante.
2.1.2. ANTECEDENTES NACIONALES
Según Vera Tello (2015) en la tesis titulada: “Mejoramiento con emulsión asfálticas de bases granulares, para pavimentos en la región Lambayeque”, de la Universidad Nacional “Pedro Ruiz Gallo”, la tesis consta en diseñar mezclas de materiales granulares con diferentes porcentajes de emulsión asfáltica, encontrando un óptimo porcentaje de emulsión asfáltica, además se evaluará la estabilidad y flujo mediante el ensayo de Marshall. Logrando así un incremento en la capacidad portante, firmeza y la resistencia al desplazamiento por acción del clima. Respecto a los resultados de la investigación para la cantera Tres Tomas se obtuvo un resultado de estabilidad seca de 2773.5 lbs.min, un flujo de 0.15 pulg y un porcentaje de agua que se debe agregar de 4.05%, para la cantera El Cinco se obtuvo un resultado de estabilidad seca de 3039.7 lbs.min, un flujo de 0.14 pulg y un porcentaje de agua que se debe agregar de 5.16%
y para la cantera San Luis (60%) + cantera Cachinche (40%) se obtuvo un resultado
que se debe agregar de 4.39%. Además, se determinó el porcentaje tentativo de emulsión, estimada de forma teórica, teniendo en cuenta la granulometría de cada material granular, obteniendo los siguientes resultados 6.44 % de la cantera Tres Tomas, 6.16 % de la cantera El Cinco, 5.92 % de la cantera San Luis (60%) + Cachinche (40%). En conclusión, el trabajo de investigación nos indica en sus conclusiones; los porcentajes de utilización de emulsión asfáltica con respecto al total de muestra son de 5%, 6% y 7%.
Según Ramirez Montenegro (2015) en la tesis titulada: “Optimizacion de las mezclas asfalticas en frio utilizando asfalto liquido MC-30 y agregados de las canteras San Martin y Cerro Campana, Trujillo – La Libertad”; detalla que el objetivo principal fue obtener los porcentajes óptimos de cemento asfaltico para la mezcla en frio utilizando el asfalto liquido MC -30 y los agregados de las dos canteras estipuladas.
La metodología empleada propone emplear como apoyo normas y parámetros presentados por el MTC, AASHTO y ASTM respectivamente, y se delimita este proyecto para dos canteras, la primera cantera “San Martín” se encuentra en el Kilómetro 590+700 en la carretera Panamericana Norte, y la segunda cantera “Cerro Campana”se encuentra en el Kilómetro 529+500 en la carretera Panamericana Norte.
Obteniendo en los resultados que el rango de aplicación del asfalto liquido varia entre 5% a 5.5% donde se obtuvieron un valor maximo de estabilidad de 1543lb o 700.58kg.
Añadiendo 5.5% al material granular de la cantera San Martin se obtiene una estabilidad de 700.58kg, por su parte, al adicionar 5% de asfalto liquido MC-30 al material granular de Cerro Campana se obtiene una estabilidad maxima de 485.16kg.
Según Chilcon Carrera & Ramírez Gálvez (2018) en la tesis titulada: “Elaboración de una mezcla asfáltica en frío almacenable para la reparación de pavimentos en el departamento de Lambayeque, 2017”; detalla que el objetivo principal obtener una mezcla asfáltica en frío almacenable para la reparación de pavimentos en el departamento de Lambayeque, mediante el método Marshall, en el que se planteó la metodología para la realización de las mezclas asfálticas en frío almacenables requiriendo el empleo de agregados así como una emulsión asfáltica CSS; y mediante el método de área superficial equivalente se permitió calcular el porcentaje exacto de agregados, el óptimo de asfalto y la cantidad de emulsión necesaria para la combinación de la mezcla, y para el análisis de las mezclas asfálticas en frío
almacenadas en bolsas de polietileno y baldes plásticos se utilizó el método Marshall.
Los resultados finales constatan que la producción de una mezcla asfáltica en frio almacenada en bolsas plásticas es más económica que la mezcla asfáltica en frío almacenada en baldes plástico, cabe destacar que ambas mezclas cumplen con los requerimientos de estabilidad y flujo para mezclas asfálticas en frío y que la mezcla almacenada en balde conserva la humedad de la mezcla almacenada de manera más eficaz. En conclusión, las proporciones en la mezcla son de 60 % arena y 40% piedra cumpliendo con una de las gradaciones para mezclas densas en frío tipo 2. Por lo que para el diseño de las mezclas asfálticas en frío, el método área superficial equivalente es el más adecuado, permitiendonos calcular la cantidad de asfalto y las proporciones de los agregados para el diseño de la mezcla asfáltica en frío. Respecto al empleo de emulsión asfaltica, el porcentaje obtenido es de 9.78% para tránsito mediano y pesado, cumpliendo con los rangos mínimos de estabilidad y fluencia.
Según Quispe Valverde (2019) en la tesis titulada: “Evaluación del fenómeno de erosión de material granular de pavimentos rígidos estabilizadas con cal, mediante ensayos de erosión por pulverizado de agua a presión”; detalla que el objetivo principal determinar el efecto de la adición de cal hidratada en el material granular de la cantera de Quebrada Honda y poder controlar el efecto de erosión en el material granular. La metodologia empleada para determinar la dosificación adecuada de cal hidratada, comienza por realizar ensayos de CBR y así poder obtener un porcentaje óptimo, bajo este criterio se añadió 1%, 3%, 5%, 7% y 9% de cal hidratada respecto al peso del suelo seco a ensayar. Los resultados obtenidos respecto a la erosión del material granular en un pavimento rígido estabilizado con cal fueron óptimos respecto al ensayo de erosión con el óptimo porcentaje de cal de 5%, resultando también con una reducción de plasticidad del 33.98%, la máxima densidad seca aumentó en 1.16% y el óptimo contenido de humedad aumentó en 10.39%. Finalmente, la capacidad portante por CBR aumentó en 108.2% y se logró reducir el fenómeno erosivo en 82.9% al emplear un óptimo porcentaje de cal hidratada de 5%.
2.2. BASES TEÓRICAS
2.2.1. TIPOS DE CARRETERAS EN EL PERÚ 2.2.1.1. AUTOPISTA DE PRIMERA CLASE
Son carreteras con un Índice Medio Diario Anual mayor a 6000 vehículos/día esta posee calzadas divididas por un separador central de 6 m como mínimo, cada una de estas calzadas debe tener como mínimo de dos a más carriles de 3.6m, también debe contar con control de ingresos y salidas (Accesos) los cuales proporcionan un flujo vehicular continua. La superficie de rodadura debe ser pavimentada. Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2014)
2.2.1.2. AUTOPISTA DE SEGUNDA CLASE
Son carreteras con un Índice Medio Diario Anual de entre 6000 a 4001 vehículos/día, esta posee una calzada dividida por un separador central de 6m a 1m, cada calzada tiene dos o más carriles de 3.6m de ancho como mínimo, también deberá contar con control parcial de ingresos y salidas lo añada un flujo vehicular continuo.
La superficie de rodadura debe ser pavimenta. Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2014)
2.2.1.3. CARRETERAS DE PRIMERA CLASE
Se les denomina así porque tienen un Índice Medio Diario Anual (IMDA) de 4000 a 2001 vehículos/día, sus calzadas son de dos carriles de 3.6 m de ancho como mínimo. Puede poseer cruces o pasos vehiculares a nivel y en zonas urbanas, se recomienda poseer puentes peatonales o por su parte un sistema de seguridad vial, el cual permitirá velocidades de operación con mayor seguridad. La superficie de rodadura debe ser pavimentada. Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2014) 2.2.1.4. CARRETERAS DE SEGUNDA CLASE
Se les denomina así a las carreteras con un IMDA de 2000 a 400 veh/día, éstas poseen una calzada de dos carriles de 3.3m de ancho mínimo. Estas pueden tener cruces o pasos vehiculares a nivel y en zonas urbanas, se recomienda que estas tengan un sistema de seguridad vial o puentes peatonales, el cual permitirá una velocidad de operación con mayor seguridad. La superficie de rodadura debe ser pavimentada.
Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2014)
2.2.1.5. CARRETERAS DE TERCERA CLASE
Son aquellas con un IMDA menor a 400 veh/día, estas tienen dos carriles de 3m de ancho mínimo. Estas pueden ser diseñadas con 2.5m de carril previa aprobación del diseño. Estas carreteras funcionan con soluciones económicas donde se aplican los estabilizadores de suelos, emulsiones asfálticas, afirmado y/o micro pavimentos en la superficie de rodadura. En caso de ser pavimentadas deben cumplir con los requisitos de las carreteras de segunda clase. Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2014)
2.2.1.6. TROCHAS CARROZABLES
Estas son vías transitables que tienen un IMDA menor a 200 veh/día. Su calzada debe tener un ancho mínimo de 4m donde se construirá plazoletas de cruce (Ensanches) cada 500m como mínimo. Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2014)
2.2.2. SUPERFICIE DE RODADURA
2.2.2.1. SUPERFICIE DE RODADURA NO PAVIMENTADA
Se considera una superficie de rodadura no pavimentada a una carretera constituida por un suelo natural y mejorado con material granular seleccionado por zarandeo, también pueden estar constituidas por una capa de material natural granular sin procesar seleccionado manualmente o por zarandeo. Las carreteras afirmadas están conformadas por una capa de revestimiento con material de cantera con una dosificación natural, por medio de zarandeo o homogenizada mediante chancado en planta; este material granular está compuesto por una combinación apropiada de piedra, arena y finos o arcilla. También las carreteras afirmadas son estabilizadas con un material industrial tales como: asfalto, cemento, cal, aditivo químico. Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2008)
2.2.2.2. SUPERFICIE DE RODADURA PAVIMENTADA
Pavimento flexible; está conformado por una de carpeta asfáltica el cual es una mezcla de agregado grueso y agregado fino con material bituminoso, la mezcla debe
de material granular independiente (Base granular, Subbase granular y subrasante afirmada), estas capas son colocadas en orden descendente según la capacidad de carga, teniendo la mayor capacidad de carga en la capa superior. Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2013)
Figura 2 Sección de un pavimento flexible
Fuente: Manual de Carreteras Suelos, Geologia, Geotecnia y Pavimentos
Pavimento rígido; está conformado por una capa de base o subbase granular el cual sirve de apoyo para una losa de concreto simple, este tipo de carreteras son de alta rigidez debido al concreto y los esfuerzos se aplican directamente a la losa de concreto y este produce esfuerzos muy bajos en la base o subbase granular.
Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2013)
Figura 3 Sección pavimento rígido
Fuente: Manual de Carreteras Suelos, Geologia, Geotecnia y Pavimentos
Pavimento semirrígido; está conformado por la combinación de un pavimento flexible y un pavimento rígido, su construcción es con el fin de obtener un pavimento con resistencias muy altas o para una rehabilitación de un pavimento existente.
Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2013)
Los esfuerzos de cada estructura de un pavimento varían de acuerdo con las capas que estas poseen, pero la que mejor distribución y desempeño son las de estructura
rígida (Pavimento rígido) pero a su vez poseen un costo de construcción mucho mayor a la de un pavimento flexible. Sarmiento Otálora (2012)
Figura 4 Distribución de esfuerzos en pavimentos
Fuente: Manual de Carreteras Suelos, Geologia, Geotecnia y Pavimentos 2.2.3. MATERIAL GRANULAR
Material utilizado para la construcción de las diferentes capas de pavimento, por lo general están se obtienen de canteras de origen coluvial o aluvial, también se considera un material granular aquel reutilizado del suelo de la plataforma existente mediante técnicas de mejoramiento in situ o en planta. Tang Mondragón (2019)
Aunque son varios los parámetros de evaluación para determinar si un material es apto para cierta capa de pavimento, el Valor de Soporte CBR (California Bearing Ratio) es el más importante, ya que con él se obtiene la resistencia del material.
Es recomendable obtener un valor de CBR mayor a la de las especificaciones técnicas; ya que, si las capas granulares sufres deformaciones a causa de los esfuerzos producidos por los neumáticos de los vehículos la capa de rodadura se fisurará o agrietará de manera prematura. Coronado Iturbide (2002)
2.2.4. EMULSIÓN ASFÁLTICA DE ROTURA LENTA CSS
Los grados de rotura lenta se diseñan para lograr mezclas estables. Se emplean con granulometrías cerradas, con alto porcentaje de finos. A los grados de rotura lenta corresponden prolongados periodos de trabajabilidad para asegurar una buena mezcla con agregados de granulometría cerrada. Estas mezclas no se diseñan para ser acopiadas. Todos los grados de rotura lenta tienen baja viscosidad, que pueden ser aún más reducidas con la incorporación de agua. Diluidos, estos grados pueden también
ser usados para riego de liga (tack coat) y riego pulverizado (fog seal) y como paliativos de polvo. Almeida Navarrete & Sánchez Quintero (2011)
La coalescencia de las partículas de asfalto de las emulsiones de rotura lenta depende básicamente de la evaporación del agua. Las emulsiones de rotura lenta en aplicaciones de mezcla son empleadas en general para bases de granulometría cerrada, estabilización de suelos, carpeta asfáltica y algunos reciclados y sellados con lechada asfáltica (Slurry seal).
Las emulsiones de rotura lenta modificada con polímeros pueden ser utilizadas cuando se requieren una estabilidad adicional de la mezcla o una mayor ligazón.
(Asphalt institute. Manual básico de emulsiones asfálticas) 2.2.4.1. MATERIAL GRANULAR PARA SUBRASANTE
Se considera material para subrasante al terreno natural, se debe analizar el material a utilizar hasta un 0.45m de espesor para nueva carretera y 0.2m para una rehabilitación. La condición más importante es analizar el CBR; donde se considera una subrasante apta a suelos con CBR iguales o mayores a 6%, teniendo en cuenta que al mejorar este material el espesor de la capa de afirmado se reducirá y el tiempo de vida de esta aumentará. También se debe tener en cuenta la napa freática, ya que la subrasante debe estar encima de esta a 0.6 m mínimo cuando el material es muy bueno y buena, la subrasante debe estar encima de la napa freática a 0.8m mínimo cuando el material de la subrasante es regular; a 1 m cuando se tenga un material de subrasante sea pobre ya 1.2m cuando el material de subrasante sea muy pobre. Si es necesario se deberá colocar subdrenes o una capa anticontaminante. Lligüi Ortega &
Ñauta Ñauta (2014)
Para zonas con una altitud mayor a 3500 msnm se debe evaluar la acción de las heladas en suelos. Si la napa freática se encuentra a 1.2m o mayor, la acción del congelamiento no incidirá en la subrasante, en casos de encontrar una napa freática a menor profundidad se deberá aumentar el espesor o hacer un mejoramiento del material. Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2008)
Tabla 3 Clasificación de Material granular de Subrasante Clasificación de Subrasante según CBR
S0 Muy pobre CBR <3%
S1 pobre 3%-5%
S2 regular 6-10%
S3 Buena 11-19%
S4 Muy buena CBR>20%
Fuente: Manual de Diseño de Carreteras no Pavimentadas MTC.
2.2.4.2. MATERIAL GRANULAR PARA AFIRMADO
Un material granular para afirmado es una mezcla de piedra, arena y finos o arcillas. Donde las piedras son las que soportan las cargas, la arena es la encargada de rellenar los espacios vacíos entre las piedras y otorgar la estabilidad necesaria a la capa, finalmente, los finos o arcillas se encargan de proveer la cohesión de los materiales. Lligüi Ortega & Ñauta Ñauta (2014)
El material granular de afirmado contempla dos usos principales: la primera es como superficie de rodadura en carreteras no pavimentadas, la segunda, es utilizada como capa inferior granular o capa anticontaminante.
El material granular para afirmado es obtenido de material de cantera, la cual esta dosificada naturalmente, por medio de zarandeo o homogenizadas mediante chancado en planta. También tenemos material granular para afirmado estabilizados o mejorados mediante técnicas y adicionando aditivos a esta. Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2013)
Así mismo el material granular debe ajustarse a una de las franjas granulométricas según lo que se indica en la siguiente tabla:
Tabla 4 Franjas granulométricas Material granular para afirmado Porcentaje que pasa
Tamiz
A-1 A-2 C D E F
2" 50 mm 100 11/2" 37.5mm 100
1" 25 mm 90-100 100 100 100 100 100
3/4" 19 mm 65-100 80-100
3/8" 9.5mm 45-80 65-100 50-85 60-100
N°4 4.75mm 30-65 50-85 35-65 50-85 55-100 70-100
N°10 2mm 22-52 33-67 25-50 40-70 40-100 55-100
N°200 75um 5-20 5-20 5-15 5-20 6-20 8-25 Fuente: Especificaciones técnicas generales para construcción MTC.
Finalmente, el material utilizado debe cumplir con los requisitos de calidad que se exponen en la siguiente tabla de los cuales el parámetro más importante es el valor CBR (Referido al 100% de la Máxima Densidad Seca MDS a una penetración de carga de 0.1”)
Tabla 5 Requisitos de Calidad material granular de Afirmado
Ensayo Requisito Norma
CBR 40% min MTC E 132
Limite Liquido 35% Max MTC E 110
Índice de plasticidad 4-9% MTC E 111
Desgaste los Ángeles 50% Max MTC E 207
Fuente: Especificaciones técnicas generales para construcción MTC.
2.2.4.3. MATERIAL GRANULAR PARA SUBBASE
Es el material utilizado para la capa de pavimento el cual tiene como función principal transmitir, soportar y distribuir uniformemente las cargas aplicadas por los vehículos en la superficie de rodadura a la subrasante. Este material actúa como material de transición entre el material de la subrasante y la capa de base. El parámetro más importante es el valor CBR ya que con el podremos obtener la resistencia del material. Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2013)
Para zonas ubicadas a una altitud mayor o igual a 3000 msnm se debe utilizar la gradación A de huso granulométrico observado en la siguiente tabla:
Tabla 6 Granulometría Material granular Subbase
Tamiz Porcentaje que pasa
Gradación A Gradación B Gradación C Gradación D
2" 50 mm 100 100
1" 25 mm 90-100 75-95 100 100
3/8" 9.5mm 30-65 40-75 50-85 60-100
N°4 4.75mm 25-55 30-60 35-65 50-85
N°10 2mm 15-40 20-45 25-50 40-70
N°40 425um 8-20 15-30 15-30 25-45
N°200 75um 2-8 5-15 5-15 8-15
Fuente: Especificaciones técnicas generales para construcción MTC.
Finalmente, el material utilizado debe cumplir con los requisitos de calidad que se exponen en la siguiente tabla de los cuales el parámetro más importante es el valor
