UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS
“ESTUDIO DE LA ADICIÓN DEL VIDRIO MOLIDO EN LA GRADIENTE TÉRMICA DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE, CIUDAD DE
HUANCAYO, AÑO 2019”
PORTADA
PRESENTADO POR:
BACH. EDUARDO, GARCIA CCANTO PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO CIVIL
ASESOR:
ING. AUGUSTO ELIAS GARCÍA CORZO
HUANCAYO - PERÚ 2020
II DEDICATORIA
A mi familia, a Dios y en especial a mis abuelos:
Ya que me supieron guiar por el camino de la disciplina y la responsabilidad que implica el estudiar una carrera profesional y por el apoyo que me brindaron anímica y económicamente.
Por ello culmino mis estudios realizados con el presente trabajo de investigación.
III AGRADECIMIENTOS
A mis abuelos ROSENDO y MARCIAL porque son la fuerza que me impulsa a seguir y a crecer profesionalmente para aportar a mi sociedad en especial a mi pueblo SAN MARTIN DE PANGOA.
A mis padres y mis hermanos por apoyarme en los momentos más difíciles tanto anímica, como económicamente para poder concluir mi investigación.
Agradezco a mis docentes, en especial a todos los designados para la revisión de este trabajo de investigación, a mi asesor que guio la parte técnica y a mis revisores que me orientaron a afinar todos los detalles para la obtención de una buena tesis a sustentar.
También un agradecimiento a los docentes, amigos y compañeros de la Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas, quienes con sus consejos me daban ideas para un mejor análisis del tema.
A mis amigos: Narvi Corilla y Jimmy Montes, quienes me ayudaron durante un tiempo como asistentes de laboratorio.
A todos ellos les agradezco por todo lo recibido y por todo lo que me siguen apoyando.
GRACIAS
IV RESUMEN
En la presente investigación se busca determinar la dosificación óptima del vidrio molido para disminuir el gradiente térmico de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, todo esto debido a que la perdida de temperatura ante tiempos prolongados de transporte representa un gran inconveniente en proyectos de inversión vial, generando impactos económicos negativos y una posible disminución en el tiempo de vida útil de la carpeta asfáltica.
Para llegar a los objetivos planteados es importante estudiar las propiedades de la mezcla asfáltica en caliente como la estabilidad, la fluencia, el porcentaje de vacíos y la gravedad especifica ante la adición de vidrio molido, debido a que es importante cumplir con los requerimientos de mezclas asfálticas, exigidos por la normativa vigente de Marshall.
El procedimiento técnico para obtener resultados, comienza con la determinación del óptimo contenido de asfalto en el diseño de mezcla propuesto. A continuación, se procede a evaluar el efecto de la adición de vidrio molido a la estabilidad, flujo, porcentaje de vacíos y gravedad especifica ante la variación del porcentaje añadido tanto en la mañana como en la tarde y a distintas exposiciones al ambiente (cubiertos y expuestos).
Finalmente se determina que al 5.4% de adición de vidrio molido como dosificación optima, se disminuye la gradiente térmica en hasta un 37%, donde la estabilidad presenta una mejora del 8%, el flujo disminuye en un 6%, la gravedad especifica decrece en un 0.1% y el porcentaje de vacíos presenta una variación de 0.11%, cumpliendo así con las expectativas iniciales de la investigación.
Palabras Claves: Vidrio molido, Tiempo de conservación térmica, Propiedades de la mezcla.
V ABSTRACT
This research seeks to determine the optimal dosage of ground glass at different thermal conditions to decrease the thermal gradient of the hot asphalt mixture in the city of Huancayo, all this because the loss of temperature in the face of prolonged transport times represents a great inconvenience in road investment projects, generating negative economic impacts and a possible decrease in the useful life of the asphalt binder.
To reach the stated objectives, it is important to study the properties of the hot asphalt mix such as resistance, deformation, the percentage of voids and the specific gravity before the addition of ground glass, since it is important to comply with the mixing requirements. asphalt, required by current Marshall regulations.
The technical procedure to obtain results begins with the determination of the optimal asphalt content in the proposed mix design. Next, the stability, flow, percentage of voids and specific gravity are evaluated in relation to the variation in the percentage of added ground glass and under 4 different thermal conditions.
Finally, it is determined that at a 5.4% addition of ground glass as optimal dosage, the thermal gradient is decreased by up to 37%, where the stability presents an improvement of 8%, the flow decreases by 6%, the specific gravity decreases in 0.1% and presents a variation of 0.11% in the percentage of voids, thus complying with the initial expectations of the investigation.
Key Words: Ground glass, Thermal preservation time, Properties of the mixture.
VI ÍNDICE
PORTADA ... I DEDICATORIA ... II AGRADECIMIENTOS ... III RESUMEN ... IV ABSTRACT ... V ÍNDICE ... VI ÍNDICE DE FIGURAS ... IX ÍNDICE DE TABLAS ... XI
INTRODUCCIÓN ... 13
CAPÍTULO I ... 15
1. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 15
1.1. Descripción del problema ... 15
1.2. Formulación del problema ... 16
1.2.1. Problema General ... 16
1.2.2. Problemas Específicos ... 16
1.3. Objetivos ... 17
1.3.1. Objetivo General ... 17
1.3.2. Objetivos Específicos ... 17
1.4. Justificación ... 18
1.4.1. Teórico ... 18
1.4.2. Práctica ... 18
1.4.3. Socio - Ambiental ... 19
1.4.4. Económica ... 19
1.4.5. Importancia ... 20
1.5. Formulación de la Hipótesis ... 21
1.5.1. Hipótesis General ... 21
1.5.2. Hipótesis Específicas ... 21
1.6. Definición operativa de variables ... 21
1.6.1. Variable Independiente ... 21
Vidrio molido ... 21
VII
1.6.2. Variable dependiente ... 21
Mezcla asfáltica en caliente ... 21
1.7. Limitaciones de la investigación ... 22
CAPÍTULO II ... 23
2. MARCO TEÓRICO ... 23
2.1. Antecedentes ... 23
2.1.1. A nivel internacional ... 23
2.1.2. A nivel nacional ... 25
2.2. Bases teóricas ... 28
2.2.1. Vidrio ... 28
2.2.2. Generalidades de la mezcla asfáltica ... 35
2.2.3. Tipos de la mezcla asfáltica ... 36
2.2.4. Mezcla asfáltica en caliente ... 36
2.2.5. Características de los materiales componentes ... 37
2.3. Marco conceptual ... 41
2.3.1. Gradiente térmico ... 41
2.3.2. Deformación plástica ... 41
2.3.3. Vitrificantes ... 41
2.3.4. Macadam asfaltico ... 42
2.3.5. Pavimento asfaltico reciclado ... 42
2.3.6. Material de comportamiento no lineal ... 42
2.3.7. Material elástico ... 42
2.4. Operacionalización de variables ... 43
CAPÍTULO III ... 44
3. MARCO METODOLÓGICO ... 44
3.1. Método de investigación ... 44
3.2. Tipo de investigación ... 44
3.3. Nivel de investigación ... 45
3.4. Diseño de investigación ... 45
3.5. Población y muestra ... 46
3.5.1. Población ... 46
3.5.2. Muestra ... 47
VIII
3.5.3. Muestreo ... 48
3.6. Técnicas e instrumento de información ... 49
3.6.1. Técnica ... 49
3.6.2. Instrumento ... 49
3.7. Validación y confiabilidad del instrumento de investigación ... 49
3.7.1. Validez ... 49
3.7.2. Confiabilidad ... 50
3.8. Método de análisis ... 51
CAPÍTULO IV... 52
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 52
4.1. Resultados de la investigación y análisis de la información ... 52
4.1.1. OE 1 – ESTABILIDAD Y FLUJO MODIFICADOS ... 80
4.1.2. OE 2 – VACÍOS Y GRAVEDAD ESPECÍFICA ... 93
4.1.3. OE 3 – TIEMPO Y DISTANCIA DE TRANSPORTE ... 106
4.2. Discusión de resultados ... 119
4.2.1. ANÁLISIS ESTADÍSTICO ... 130
CONCLUSIONES ... 145
RECOMENDACIONES ... 146
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ... 147
ANEXOS ... 149
ANEXO 1: PANEL FOTOGRÁFICO ... 149
ANEXO 2: CERTIFICADOS ... 170
ANEXO 3: MATRIZ DE CONSISTENCIA ... 201
IX ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Procesos diferenciados del vidrio ... 30
Figura 2. Composición química sódica – cálcico ... 30
Figura 3. Composición química plomo ... 31
Figura 4. Composición química boro silicato ... 31
Figura 5. Composición química sílice ... 31
Figura 6. Vidrio molido – obtenido en laboratorio ... 35
Figura 7. Curva granulométrica – Agregado grueso de ½” ... 55
Figura 8. Curva granulométrica – Agregado fino Procesado ... 57
Figura 9. Curva granulométrica – Agregado fino Natural ... 59
Figura 10. Curva granulométrica – Combinación por MAC 02 ... 63
Figura 11. Estabilidad obtenida por porcentaje de ligante asfáltico ... 72
Figura 12. Flujo obtenido por porcentaje de ligante asfáltico ... 73
Figura 13. Vacíos obtenidos por porcentaje de ligante asfáltico... 74
Figura 14. Vacíos en el agregado mineral obtenidos por porcentaje de asfalto ... 75
Figura 15. Vacíos llenos con cemento asfáltico por porcentaje de asfalto ... 76
Figura 16. Peso unitario por porcentaje de asfalto ... 77
Figura 17. Estabilidad ante adición de vidrio por la mañana al aire libre ... 83
Figura 18. Flujo ante adición de vidrio por la mañana al aire libre ... 83
Figura 19. Estabilidad ante adición de vidrio por la tarde al aire libre ... 86
Figura 20. Flujo ante adición de vidrio por la tarde al aire libre ... 86
Figura 21. Estabilidad ante adición de vidrio por la mañana - cubierta ... 89
Figura 22. Flujo ante adición de vidrio por la mañana de forma cubierta ... 89
Figura 23. Estabilidad ante adición de vidrio por la tarde - cubierta ... 92
Figura 24. Flujo ante adición de vidrio por la tarde de forma cubierta ... 93
Figura 25. Vacíos ante adición de vidrio por la mañana al aire libre ... 95
Figura 26. Gravedad E. ante adición de vidrio por la mañana al aire libre ... 96
Figura 27. Vacíos ante adición de vidrio por la tarde al aire libre ... 98
Figura 28. Gravedad E. ante adición de vidrio por la tarde al aire libre ... 99
Figura 29. Vacíos ante adición de vidrio de mañana y de forma cubierta ... 102
Figura 30. Gravedad E. ante adición de vidrio por la mañana y cubierta ... 102
Figura 31. Vacíos ante adición de vidrio por la tarde y de forma cubierta ... 105
Figura 32. Gravedad E. ante adición de vidrio por la tarde y cubierta... 106
Figura 33. Gráfica de tiempos en la gradiente térmica a 155 ºC ... 109
Figura 34. Gráfica de tiempos en la gradiente térmica a 150 ºC ... 112
Figura 35. Gráfica de tiempos en la gradiente térmica a 145 ºC ... 115
Figura 36. Gráfica de tiempos en la gradiente térmica a 140 ºC ... 118
Figura 37. Gráfica comparativa de estabilidad a distintas condiciones térmicas ... 120
Figura 38. Gráfica comparativa de flujo a distintas condiciones térmicas ... 121
Figura 39. Gráfica comparativa de gravedad específica a distintas condiciones térmicas ... 122
Figura 40. Gráfica comparativa de vacíos a distintas condiciones térmicas ... 123
X
Figura 41. Gráfica del óptimo porcentaje de vidrio molido -Estabilidad ... 124
Figura 42. Gráfica del óptimo porcentaje de vidrio molido - Flujo ... 125
Figura 43. Gráfica del óptimo porcentaje de vidrio molido -Gravedad específica ... 126
Figura 44. Gráfica del óptimo porcentaje de vidrio molido -Vacíos ... 127
Figura 45. Gráfica del óptimo porcentaje de vidrio molido – Tiempo a 140 ºC ... 128
Figura 46. Diagrama de bigotes para data de Estabilidad (kg) ... 131
Figura 47. Diagrama de dispersión por puntos para Estabilidad (kg) ... 132
Figura 48. Diagrama de bigotes para data de Flujo (mm) ... 134
Figura 49. Diagrama de dispersión por puntos para Flujo (mm) ... 135
Figura 50. Diagrama de bigotes para data de Gravedad Específica (gr/cc) ... 136
Figura 51. Diagrama de dispersión por puntos para Gravedad específica (mm) ... 138
Figura 52. Diagrama de bigotes para data de Vacíos (%) ... 139
Figura 53. Diagrama de dispersión por puntos para Vacíos (%) ... 141
Figura 54. Diagrama de bigotes para data de Tiempo (140 ºC) ... 142
Figura 55. Diagrama de dispersión por puntos para Tiempo ... 144
XI ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Matriz de operacionalización de las variables ... 43
Tabla 2: Cantidad de muestra según condición. ... 48
Tabla 3: Validez de laboratorio según número de muestras ... 50
Tabla 4: Rango y confiabilidad para el instrumento ... 50
Tabla 5: Gradación para Mezclas Asfálticas en Caliente MAC-02 ... 53
Tabla 6: Gradación granulométrica – Agregado grueso de ½” ... 54
Tabla 7: Gradación granulométrica – Agregado fino Procesado ... 56
Tabla 8: Gradación granulométrica – Agregado fino Natural ... 58
Tabla 9: Gravedad específica y absorción de los agregados ... 60
Tabla 10: Combinación de agregados por MAC -02 ... 61
Tabla 11: Especificaciones de combinación de agregados por MAC -02 ... 62
Tabla 12: Pesos de agregados para fabricación de briquetas ... 64
Tabla 13: Resultados de muestras al 4.00% de ligante asfáltico ... 65
Tabla 14: Resultados de muestras al 4.50% de ligante asfáltico ... 66
Tabla 15: Resultados de muestras al 5.00% de ligante asfáltico ... 67
Tabla 16: Resultados de muestras al 5.50% de ligante asfáltico ... 68
Tabla 17: Resultados de muestras al 6.00% de ligante asfáltico ... 69
Tabla 18: Resultados de muestras al 6.50% de ligante asfáltico ... 70
Tabla 19: Resumen de los resultados para óptimo contenido de asfalto ... 71
Tabla 20: Pesos para el óptimo porcentaje de vidrio molido del 0% al 5% ... 78
Tabla 21: Pesos para el óptimo porcentaje de vidrio molido del 6% al 10% ... 79
Tabla 22: Resultados de estabilidad y flujo al aire libre - Mañana ... 81
Tabla 23: Resultados de estabilidad y flujo al aire libre - Tarde ... 84
Tabla 24: Resultados de estabilidad y flujo cubiertos - mañana ... 87
Tabla 25: Resultados de estabilidad y flujo cubiertos - Tarde ... 90
Tabla 26: Resultados de vacíos y G. Específica al aire libre - Mañana ... 93
Tabla 27: Resultados de vacíos y gravedad específica al aire libre - Tarde ... 97
Tabla 28: Resultados de vacíos y gravedad específica cubierta - Mañana ... 100
Tabla 29: Resultados de vacíos y gravedad específica cubierta - Tarde ... 103
Tabla 30: Resultados de tiempo en la gradiente térmica a 155 ºC... 107
Tabla 31: Resultados de tiempo en la gradiente térmica a 150 ºC... 110
Tabla 32: Resultados de tiempo en la gradiente térmica a 145 ºC... 113
Tabla 33: Resultados de tiempo en la gradiente térmica a 140 ºC ... 116
Tabla 34: Resultados del análisis de óptimo porcentaje de vidrio molido ... 119
Tabla 35: Prueba de normalidad tarde / recipiente cubierto - Estabilidad ... 130
Tabla 36: Correlación Spearman tarde / recipiente cubierto - Estabilidad ... 131
Tabla 37: Prueba de normalidad tarde / recipiente cubierto - Flujo ... 133
Tabla 38: Correlación Pearson tarde / recipiente cubierto - Flujo... 134
Tabla 39: Prueba de normalidad tarde / recipiente cubierto – Gravedad Especifica ... 136
Tabla 40: Correlación Pearson tarde / recipiente cubierto - Flujo... 137
XII
Tabla 41: Prueba de normalidad tarde / recipiente cubierto - Vacíos ... 139
Tabla 42: Correlación Spearman tarde / recipiente cubierto - Vacíos ... 140
Tabla 43: Prueba de normalidad tarde / recipiente cubierto - Tiempo ... 142
Tabla 44: Correlación Spearman tarde / recipiente cubierto - Tiempo ... 143
13 INTRODUCCIÓN
Existe una gran cantidad de residuos de vidrio generados en la industria, este hecho viene siendo un tema urgente, por la contaminación progresiva generada, tanto a un nivel nacional como internacional. El reciclaje de vidrio puede ahorrar energía y disminuir la contaminación ambiental. Se han generado aproximadamente 10 millones de toneladas de residuos de vidrio cada año en todo el mundo. Estos millones de toneladas de residuos de vidrio provenientes de distintas fuentes podrían ser reutilizadas mediante su aplicación a diversos sectores de construcción.
En la actualidad, el uso comercial de residuos de vidrio en aplicaciones de pavimentación de asfalto se ha limitado a asociaciones como en la ciudad de Nueva York en los EE. UU., Donde la cantidad de residuos de vidrio producidos y recolectados proporciona un aliciente suficiente para reciclarlo en adoquines que posteriormente se aplican en pavimentos de bajo tráfico o pasos peatonales. La mayoría de las aplicaciones anteriores se verían beneficiadas ante la investigación del material reciclado en la modificación de las propiedades que caracterizan al compuesto aglutinante en mezclas asfálticas en caliente.
Paralelamente se puede evidenciar una problemática común en plantas productoras de material asfáltico, donde la mezcla asfáltica producida requiere ser transportada al tramo de la carretera en ejecución, y muchas veces la temperatura de mezcla se reduce a valores muy bajos porque se opta muchas veces en trabajar cuando el clima es soleado o en la movilización de la planta a algún lugar más cercano, lo cual implica un impacto
14 económico negativo en el presupuesto del proyecto y retrasos en el cronograma planificado.
Planteando una solución a ambas problemáticas se realiza un análisis ante la alta angularidad que presenta el material reciclado, en comparación con la arena redondeada, puede mejorar la estabilidad de las mezclas de asfalto, donde utilizando el material reciclado de tamaño adecuado, podría aportar estas mejoras a la mezcla asfáltica. Se han reportado estabilidades comparables y, en muchos casos, mejores que las de las mezclas convencionales, mediante ensayos empíricos en muestras analizadas en laboratorio. Otras características beneficiosas es que el material reciclado presenta baja absorción, baja gravedad específica y baja conductividad térmica, con lo cual ofrecería una mejor retención de calor en mezclas con vidrio molido. Representando un aporte significativo ante la solución de dos problemáticas presentes en la actualidad.
Para dar respuesta al análisis previo, es necesario realizar una investigación que abarque las variables planteadas mediante un control exhaustivo en condiciones que un estudio de laboratorio pueda brindar.
15 CAPÍTULO I
1. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
1.1. Descripción del problema
En la actualidad buscamos innovar la tecnología de la mezcla asfáltica con el objetivo de modificar las propiedades limitantes que tiene en cuanto a su resistencia, evidenciando una realidad problemática, donde se encuentran deficiencias producto del mal manejo de gradiente térmica generada por características climáticas que afecta la vía en ejecución. Este mal manejo de las temperaturas climáticas puede generar una solidificación rápida de la mezcla asfáltica al estar expuesta a un clima frio, lo que ocasiona una variación de sus propiedades de diseño y requerir un mayor número de pasadas para su comparación al no contar con una trabajabilidad óptima, en el peor de los casos la mezcla asfáltica se solidifica en el volquete que lo transporta generando perdidas de tiempo y económicas importantes.
Necesitamos mejorar el uso de los recursos del planeta tierra bajo la definición de “desarrollo sostenible” por lo que se busca una visión innovadora y moderna para hacer frente a la contaminación ambiental y dirigir la atención a la posibilidad de utilizar materiales reciclados en el sector construcción, como es el vidrio, que es uno de los materiales principales causantes de la contaminación.
Un aspecto clave en la puesta en obra de la mezcla asfáltica en caliente
16 es la distancia de transporte, ya que el enfriamiento de la mezcla depende fundamentalmente de la temperatura ambiente y de viento, lo que no permite distancias máximas considerables. Por lo que genera la necesidad de la colocación de más plantas productoras para el abastecimiento de tramos de la carretera en construcción y la necesidad de que el ingeniero proyectista planifique el trabajo en más sectores.
En Huancayo el clima es frio por lo que éste se convierte en un tema interesante por investigar, para así darle más tiempo de vida por llamarlo así a la mezcla asfáltica ya que si éste se enfría más de lo debido pierde propiedades necesarias, se vuelve inservible y ya solo se optaría por desecharlo o utilizarlo como agregado, según sea el caso.
Por lo tanto. La presente investigación determina sus objetivos en función a la problemática descrita, enfocada a determinar una dosificación optima de vidrio molido para disminuir el gradiente térmico sin afectar considerablemente las propiedades de la mezcla asfáltica.
1.2. Formulación del problema 1.2.1. Problema General
¿Cuál es la dosificación óptima del vidrio molido para disminuir el gradiente térmico de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, año 2019?
1.2.2. Problemas Específicos
¿Cómo afecta la adición del vidrio molido en la estabilidad y
17 fluencia de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, año 2019?
¿Cómo afecta la adición del vidrio molido en la gravedad específica y el porcentaje de vacíos de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, año 2019?
¿Cuál es la dosificación óptima del vidrio molido para incrementar la distancia de transporte sin afectar considerablemente las propiedades de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, año 2019?
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo General
Determinar la dosificación optima del vidrio molido para disminuir el gradiente térmico de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, año 2019.
1.3.2. Objetivos Específicos
Establecer el efecto de la adición del vidrio molido en la estabilidad y fluencia de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, año 2019.
Establecer el efecto de la adición del vidrio molido en la gravedad específica y el porcentaje de vacíos de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, año 2019.
Determinar la dosificación óptima del vidrio molido para
18 incrementar la distancia de transporte sin afectar considerablemente las propiedades de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, año 2019.
1.4. Justificación 1.4.1. Teórico
La presente investigación se justifica teóricamente, debido a que se encuentra disponible la normativa, libros, artículos y procedimientos técnicos necesarios para llegar a los objetivos planteados, además de que la normativa nacional tipo Marshall colabora con los métodos necesarios para realizar la añadidura de vidrio molido dentro de una mezcla asfáltica en caliente, de esta manera evaluar sus propiedades mecánicas.
1.4.2. Práctica
La presente investigación tiene como finalidad encontrar un óptimo porcentaje de vidrio molido dentro de la mezcla asfáltica en caliente, para conservar su temperatura en el máximo tiempo posible. Con esta información útil se solucionan problemáticas importantes como la reutilización de material reciclado proveniente del vidrio y conservación de la temperatura en la mezcla asfáltica en caliente ante su transporte prolongado. Teniendo en cuenta el uso de un triturador de mandíbulas tipo Blake que logra pulverizar el vidrio a los tamaños necesarios para ser empleado como filler, con un costo de 3.50 soles por kilogramo aproximadamente.
19 Determinando el comportamiento que puede generar en sus propiedades de estabilidad, flujo, porcentaje de vacíos y gravedad especifica. De esta manera tener cuantificado los resultados para su aplicación en proyectos de inversión vial.
1.4.3. Socio - Ambiental
La presente investigación se justifica Ambientalmente debido a que se emplea la adicción de un material reciclado como el vidrio molido, que es de muy bajo costo y colabora con la disminución de la contaminación ambiental.
El uso del vidrio hace que este proyecto sea sostenible ya que ayudara a reciclar este material y le dará un nuevo uso, en busca de una visión innovadora y moderna para enfrentar a la contaminación ambiental dirigiendo este material al sector construcción.
1.4.4. Económica
La presente investigación se pretende estudiar la aplicación de un material reciclado a partir del vidrio triturado como un aditivo mejorador que colabore en la conservación de las propiedades ante una gradiente térmica generada por la perdida de temperatura durante transportes prolongados.
Con lo cual, desde el punto de vista económico, la presente investigación representa un impacto positivo representativo debido a los costos que se ahorran al trabajar la mezcla asfáltica a temperaturas más bajas, también al asegurar las propiedades de
20 diseño ya que se evitan costos de manteniendo o tratamientos prematuros y en comparación a otros aditivos de conservación térmica, el aditivo a partir de vidrio reciclado representa un ahorro significativo al diseño de mezcla contemplado.
1.4.5. Importancia
Cuando se trabaja con la mezcla asfáltica en caliente una propiedad con la que se tiene que trabajar cuidadosamente es la temperatura, ya que este tendrá límites para su colocación. Debido a ello no se puede lanzar mezclas a grandes distancias ya que los factores importantes a considerar son tiempo, distancia y con ello la variación de temperatura.
Con los ensayos a desarrollarse podremos ver si el vidrio molido influye en la mezcla asfáltica no solo en la variación de la gradiente de temperatura sino en las modificaciones respecto a sus otras propiedades pudiendo ser favorables o desfavorables para nuestra estructura. Así conocer el aporte de este aditivo, el cual nos permitirá mitigar algunos problemas o limitantes sobre las propiedades de la mezcla asfáltica en caliente.
La investigación planteada permitirá determinar la influencia de la adición de vidrio molido en la gradiente térmica de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo. También, los resultados del estudio contribuirán a reducir el impacto ambiental.
21 1.5. Formulación de la Hipótesis
1.5.1. Hipótesis General
La dosificación óptima del vidrio molido para disminuir el gradiente térmico de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, año 2019, oscilará entre 4 a 6%.
1.5.2. Hipótesis Específicas
El efecto de la adición del vidrio molido, influirá en menos del 10% en la estabilidad y fluencia de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, año 2019.
El efecto de la adición del vidrio molido influirá en menos del 5% en la gravedad específica y el porcentaje de vacíos de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, año 2019.
La dosificación óptima del vidrio molido para incrementar la distancia de transporte sin afectar considerablemente las propiedades de la mezcla asfáltica en caliente en la ciudad de Huancayo, año 2019, no excederá del 6%.
1.6. Definición operativa de variables 1.6.1. Variable Independiente
Vidrio molido 1.6.2. Variable dependiente
Mezcla asfáltica en caliente
22 1.7. Limitaciones de la investigación
La falta de investigaciones en nuestra región será un factor limitante ya que no se cuenta con registros del comportamiento del vidrio molido sobre las otras propiedades de la mezcla asfáltica en caliente bajo nuestro clima de Huancayo, por lo que se tendrá que evaluar en la presente investigación sobre estas influencias.
Huancayo cuenta con un clima templado seco con un viento muy gélido, con condiciones climáticas muy variables el cual cambia de un momento a otro al igual que la temperatura ambiente, por lo que los ensayos de la presente investigación se desarrollaran en horas específicas, tanto en la mañana como en la tarde y a diferentes condiciones tanto de manera expuesta al ambiente como cubierta, para lo cual se simulo el ambiente hermético del vehículo transportador de la mezcla. Para determinar el comportamiento de nuestra mezcla asfáltica en caliente con adición del vidrio molido a diferentes condiciones ambientales.
Nuestra investigación está enfocada en la variación de la gradiente térmica, el cual significa la variación de temperatura por metro, siendo este último un factor que se tendrá que evaluar teóricamente ya que no se hará pruebas en transporte real.
El hablar de vidrio nos hace pensar sobre el impacto que generará sobre las llantas de los vehículos usuarios de la vía, esta relación llanta – vidrio es un punto aún incierto en esta investigación, pero se buscara algún método de evaluación durante los ensayos a nuestra mezcla.
23 CAPÍTULO II
2. MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes
2.1.1. A nivel internacional
Existe un gran número de estudios desarrollados a nivel internacional sobre la mezcla asfáltica en caliente mediante métodos experimentales o comparativos, con diferentes niveles de investigación.
Se tomó como referencia el trabajo de investigación realizada por (Morales Rosales, 2012) en la tesis de grado titulado: “Mezclas asfálticas en caliente utilizando asfalto modificado, revisión y propuesta de especificación”, que tuvo como objetivo principal: Impulsar el uso del asfalto modificado en las mezclas asfálticas en caliente para proyectos con altos valores de ejes equivalentes y expuestos a gradientes de temperatura extremos.
Aplicando una metodología: comparativa, obteniendo los resultados siguientes: Con base en la investigación realizada de especificaciones en otros países con mayor avance en el campo de las mezclas asfálticas en caliente utilizando asfaltos modificados, se pudo constatar que en su mayoría parten de las especificaciones que han utilizado en mezclas asfálticas en caliente con asfalto convencional.
Finalmente, fija como conclusiones: que para el diseño de mezcla asfáltica ya sea con asfalto convencional o modificado se le ha dado
24 especial importancia al cumplimiento de las especificaciones de calidad de los agregados a utilizar.
También tenemos el trabajo de investigación de (Freire Alvear, 2018) en la tesis de grado titulado: “Uso de vidrio molido en las mezclas asfálticas, con el propósito de reducir la contaminación”, que tuvo como objetivo principal: Utilizar vidrio molido en las mezclas asfálticas, con el propósito de reducir la contaminación.
Aplicando una metodología aplicativa para este proyecto, obteniendo los resultados siguientes: Al aumentar el vidrio molido con los primeros porcentajes de 3 y 6 de adición los resultados variaron significativamente sin embargo a medida que se fue aumentando el vidrio las variaciones fueron tomando una tendencia constante.
Finalmente, fija como conclusiones: Realizando un análisis comparativo entre la mezcla original y con la adición de vidrio molido, con los resultados obtenidos se pudo ver que la estabilidad y flujo mejoraron al igual que el VAF, sin embargo, el % Vacíos aumento demasiado sobrepasando el límite de 5 para tráfico pesado, llegando con el 15% de vidrio a 7,31% de vacíos.
Por último se cita el trabajo de investigación de (Catalan Arteaga, 2013) en la tesis de grado titulado: “Estudio de la influencia del vidrio molido en hormigones grado h15, h20, y h30”, que tuvo como objetivo
25 principal: Estudiar la influencia de la adición de vidrio sobre la resistencia mecánica del hormigón, de grados H15, H20 y H30.
Aplicando una metodología experimental, los resultados obtenidos del ensayo en relación al hormigón, el vidrio posee un coeficiente de dilatación térmica menor que el concreto (entre 0,3 a 0,5 veces), lo cual es beneficioso para elemento expuestos al calor, pudiendo controlar de mejor manera la expansión y/o contracción frente a ciclos de cambios de temperatura (choques térmicos, cambios de estación, etc.)
Finalmente, fija como conclusiones: que la incorporación del vidrio en la mezcla de hormigón permite la reutilización de dicho material, considerando que una gran cantidad de vidrio de desecho es tirado directamente a la basura. Con esto se estaría realizando un aporte a la disminución de volúmenes de desechos sólidos acopiados en vertederos autorizados y clandestinos, además de reducir los costos asociados a la producción de hormigón, en relación a la extracción de áridos.
2.1.2. A nivel nacional
Nuestro país tiene un retraso de algunos años con lo que respecta a la ingeniería vial respecto a otros países, limitaciones como presupuesto, falta de equipos entre otros, frente a países como Colombia, Chile, México o Estados Unidos quien es nuestro referente en las normas, A pesar de ello se están desarrollando un sin fin de investigaciones de las cuales algunas las tomo como referentes.
26 Se tomó como referencia el trabajo de investigación realizada por (Mendoza Zuñiga, 2015) en la tesis de grado titulado: “Estudio del uso del vidrio molido como adición en la elaboración de concreto, para determinar su resistencia, ciudad de Huancayo, año 2015”, que tuvo como objetivo principal: Determinar la influencia de la adición de vidrio molido en el comportamiento de las propiedades del concreto.
Aplicando una metodología en la investigación de tipo tecnología aplicada, obteniendo los resultados siguientes: que, para las diferentes propiedades del concreto, la adición del vidrio molido en porcentajes respecto al patrón influye de manera significativa.
Finalmente, fija como conclusiones: que de acuerdo al análisis estadístico obtenido y las representaciones gráficas realizadas que la adición de vidrio molido influye en el comportamiento de las propiedades en estado fresco y endurecido.
También se tomó como referencia el trabajo de investigación realizada por (Ramirez Gutierrez, 2013) en la tesis de grado titulado: “La geogrilla de fibra de vidrio, en el marco de la mecánica de materiales, como alternativa para la reparación de pavimentos”, que tuvo como objetivo principal: Determinar la influencia de la geogrilla de fibra de vidrio, en el marco de la mecánica de materiales, como alternativa para la reparación de pavimentos.
Aplicando una metodología en la investigación de tipo tecnología
27 aplicada, obteniendo los resultados siguientes: El incremento de carga para que fallaran las vigas reforzadas con respecto a las no reforzadas fue de 75%.
Finalmente, fija como conclusiones: La geogrilla de fibra de vidrio es un material con características particulares que la hacen eficiente para retardar la aparición de fisuras debido a las cargas del tráfico, endurecimiento por vejez o cambios de temperatura.
Y finalmente también se tomó como referencia el trabajo de investigación realizada por (Pereda Rodriguez, 2015) en la tesis de grado titulado: “Investigación de los asfaltos modificados con el uso de caucho reciclado de llantas y su comparación técnico-económico con los asfaltos convencionales”, que tuvo como objetivo principal: Demostrar mediante ensayos de laboratorio que un asfalto modificado con el uso de caucho reciclado de llantas tiene un mejor comportamiento físico-mecánico y posee ventajas económicas frente a los asfaltos convencionales.
Aplicando una metodología en la investigación de tipo tecnología aplicada, obteniendo los resultados siguientes: Se reporta como punto de Ablandamiento el promedio de 91 de las temperaturas registradas como se indica en el último punto del procedimiento, con aproximación de 0.5°C.
Finalmente, fija como conclusiones: Queda demostrado mediante los ensayos realizados que la adición del polvo de llantas mejora el
28 comportamiento físico-mecánico del asfalto convencional RC-70, usado en esta tesis.
2.2. Bases teóricas 2.2.1. Vidrio
2.2.1.1. Historia del vidrio
El vidrio, material antiguo de hace miles de años e incluso unos mencionan que ya existía 3000 años antes de cristo y que los hombres lo usaban al igual que la cerámica como material para la fabricación de sus recipientes para el almacenamiento de sus productos. Una de la hipótesis de algunos autores menciona que su descubrimiento tiene como lugar en siria como producto de una casualidad en sus travesías de los mercaderes de natrón hacia Egipto, en donde este mineral se fundió a causa de ser usado como base de sus ollas y al contacto con la arena dio lugar a un material brillante similar a una piedra, otra teoría nos menciona que los Fenicios llegaron a la costa de Siria en donde decidieron pasar la noche y para contrarrestar el frio decidieron encender fogatas, las cuales las mantenían prendidas utilizando bloques de sodio con los que contaban, la reacción química que se dio era algo no antes visto por ellos, como resultado se producía un material viscoso y brillante.
En Egipto además de la fabricación de vasos y amuletos como producto del uso del vidrio claro, ellos empezaron con la coloración de este, produciendo piezas de vidrio de colores verdes y azules como adorno de
29 los muebles y con ello se convirtió en el principal proveedor de objetos de vidrio de las cortes reales. Fue en la edad media donde se su fabricación empezó a crecer, no tuvo fronteras y se expandió al resto del mundo.
2.2.1.2. Definición
Según (Perez porto, 2010), nos menciona: “el vidrio es un material de gran dureza pero que, a la vez, resulta muy frágil. Es inorgánico, carece de estructura cristalina y suele permitir el paso de la luz. Para obtener vidrio, es necesario fusionar caliza, arena silícea y carbonato de sodio y moldear la mezcla a elevada temperatura.”
La primera definición de vidrio en el diccionario de la real academia de la lengua española es: “sólido duro, frágil y transparente o translúcido, sin estructura cristalina, obtenido por la fusión de arena silícea con potasa, que es moldeable a altas temperaturas. Otro significado de vidrio en el diccionario es lámina de este material que se utiliza en ventanas, puertas, etc. Vidrio es también pieza o vaso de vidrio”.
2.2.1.3. Fabricación
La evolución a través de la historia de fue realmente significativa, hasta llegar al modo de fabricación del vidrio que conocemos hoy en día. Del cual creemos necesario mencionar los métodos o proceso de elaboración de este material ya sea para el sector construcción, embotellado u otros usos.
30 En el siguiente cuadro (Calderon Cabrera, 2007, pág. 50) nos muestra los 7 procesos diferenciados del proceso del vidrio.
Figura 1. Procesos diferenciados del vidrio
Fuente: CALDERÓN CABRERA, Javier. “El vidrio en la construcción Tipologías y Usos” 2007
2.2.1.4. Composición química
El vidrio puede tener diversas composiciones químicas y ello va a depender de su uso, entre las más comunes tenemos según (Calderon Cabrera, 2007, págs. 80 - 82):
Sódico - Cálcico:
Figura 2. Composición química sódica – cálcico Fuente: Calderón cabrera, 2007, págs. 80 - 82
31
De plomo:
Figura 3. Composición química plomo Fuente: Calderón cabrera, 2007, págs. 80 - 82
De boro silicato:
Figura 4. Composición química boro silicato Fuente: Calderón cabrera, 2007, págs. 80 - 82
De sílice:
Figura 5. Composición química sílice Fuente: Calderón cabrera, 2007, págs. 80 - 82
En la presente investigación se trabajará con el vidrio SÓDICO – CÁLCICO, por ello abordaremos aún más sobre este. Según (Calderon Cabrera, 2007, pág. 80) menciona que: “Sus componentes principales son la sílice, el sodio y el calcio. La sílice actúa como el vitrificante de la composición, el sodio es el fundente y el calcio realiza la función de estabilizador. Los Vitrificantes son el cuerpo del vidrio, los que aportan sus características principales; el fundente se encarga de reducir el punto de fusión del material con el fin de reducir la energía necesaria para la elaboración del vidrio; los estabilizadores aumentan la resistencia del material, sin ellos, por poner un ejemplo, el vidrio sería soluble en agua.
32 La resistencia química de este tipo de vidrios puede verse aumentada si se incrementa la proporción de sílice en la mezcla. Aumentando también la capacidad de soportar los choques térmicos.
Este tipo de vidrio se funde con facilidad y proporciona características adecuadas para una innumerable cantidad de usos siendo el vidrio más barato de obtener. Por ello es el más empleado en la construcción y en la elaboración de la mayoría de vidrios transparentes. Actualmente más del 90% del vidrio empleado se elabora con esta composición. Los vidrios que clasifiquemos posteriormente, por fabricación y por uso, utilizarán como base esta composición, si no la totalidad una gran mayoría, pudiendo variar algunos aspectos para proporcionar calidades o características diferenciadas”.
2.2.1.5. Clasificación del vidrio
El vidrio ha evolucionado para cumplir con las necesidades y requerimientos que actualmente necesitamos, como un producto que brinde estética, confort o seguridad. A raíz de ello encontramos una serie de tipo de vidrio con innumerables características como: la variación de su transparencia, opciones de brillo, color, textura, etc. Estas diferentes características nos permiten tener más opciones a seleccionar para el trabajo exacto que lo necesitemos.
El vidrio se puede clasificar de varias formas en grupos con características similares, entre estas clasificaciones podemos encontrar según (Calderon
33 Cabrera, 2007, págs. 78-79):
Por su composición
Sódico-cálcicos: Con un contenido de calcio entre el 5 y el 14%.
De Plomo: Contenido de plomo entre el 14 y el 40%.
De Boro silicato: Contenido en boro entre el 5 y el 20%.
De Sílice: Contenido en sílice alrededor del 96%.
Por su fabricación
Tratados térmicamente: Vidrios que han sido objeto de un tratamiento térmico para mejorar su comportamiento.
Laminados: Vidrio de dos o más lunas unidos por una capa de butiral.
Armados: Vidrios con rejilla metálica incorporada.
Seri grafiados: Se deposita en una de sus caras esmaltes vitrificantes.
Mateado: Vidrios translucidos de estética satinada.
Curvado: Vidrio con forma curva.
Impreso: Vidrio que posee una de sus dos caras dibujadas en relieve.
Plateados: Espejos.
Moldeado: Vidrios prensados en moldes.
Coloreado: Vidrio al cual se le ha añadido coloración mediante óxidos metálicos.
34
Esmaltado: Vidrio tratado con una capa de esmalte en su superficie.
Lacado: Vidrio al que se le incorpora una capa de laca.
Con capa: Vidrio con alguna de sus caras tratadas con diferentes capas.
Por su utilización
Común: Vidrio empleado comúnmente en el cerramiento de huecos de fachada.
Aislantes: Mejoran el aislamiento, tanto térmico como acústico, del interior que encierran.
Decorativos: Incrementan la estética del local o favorecen una mejor iluminación del mismo.
De seguridad: Aportan cualidades de protección frente a incendios, golpes o rotura del material, en función de la tipología requerida
2.2.1.6. Vidrio en la construcción
(Barluenga Badiola, 2007) menciona que: “Los productos de vidrio para construcción están hechos con vidrios sódico-cálcicos, en donde la sílice constituye la estructura básica, el sodio facilita la fusión y el calcio provee de estabilidad química. Este tipo de vidrio tiene el punto de fusión más bajo (es el más barato).
Es fácilmente moldeable y transmite la radiación solar en otras palabras
35 dejan pasar la luz, pero producen efecto invernadero. Además de ello se puede colorear añadiendo óxidos metálicos.”
Figura 6. Vidrio molido – obtenido en laboratorio Fuente: Figura de elaboración propia
2.2.2. Generalidades de la mezcla asfáltica
En el mundo del pavimento flexible, la mezcla asfáltica tiene gran importancia ya que constituyen la parte más costosa, se requiere grandes volúmenes de este y es la capa directa de contacto con las ruedas del vehículo.
La mezcla asfáltica es una combinación de agregados mezclados con un ligante asfaltico. Las proporciones de estos materiales serán los que definirán el comportamiento de nuestro pavimento, tanto en sus propiedades físicas como mecánicas.
Según algunos autores se dice del asfalto como cemento fuerte con diversas
36 propiedades como su elevada adhesividad, su durabilidad, su impermeabilidad y su flexibilidad controlable.
2.2.3. Tipos de la mezcla asfáltica
La mezcla asfáltica se puede clasificar según varios parámetros, entre ellas tenemos a las mezclas asfálticas según el agregado pétreo que contengan como: concreto asfaltico, macadam asfaltico, mortero asfaltico y el mastico asfaltico. También los podemos clasificar según su temperatura y las podríamos dividir en: mezclas asfálticas en frio y mezclas asfálticas en caliente, o los podemos clasificar según el porcentaje de vacío de la siguiente manera: mezclas densas, mezclas cerradas, semidensas o semicerradas, abiertas y porosas entre otras clasificaciones.
En la presente investigación se le pondrá énfasis a la mezcla asfáltica en caliente, que tiene como variable fundamental a su temperatura. El cual es un tipo de mezcla asfáltica ampliamente usado en Perú.
2.2.4. Mezcla asfáltica en caliente
Es una mezcla formada por la combinación de agregados en donde el cemento asfaltico cubre completamente a los agregados pétreos.
Para lograr efectuar de buena manera la mezcla de estos materiales tanto el cemento asfaltico como los agregados pétreos deben ser calentados a altas temperaturas antes de proceder a mezclarlos, debido a que utilizaremos agregados secos los cuales beneficiarán la adherencia entre el
37 asfalto y los agregados, así como también la fluidez y trabajabilidad deseada del cemento asfáltico.
Según (Morales Rosales, 2012, pág. 1), nos menciona que: “este tipo de mezcla está formada en un rango que oscila entre el 93% y 97% de agregados pétreos y un 3% a 7% de asfalto respecto de la masa total de la mezcla”
Las propiedades relativas de cada material intervienen significativamente en las propiedades físicas que determinan el comportamiento y desempeño funcional de la mezcla.
Cuando se diseña una mezcla asfáltica en caliente, se espera que este conserve durante toda su vida útil sus propiedades como:
Estabilidad
Trabajabilidad
Durabilidad
Flexibilidad
Resistencia a la fatiga
Resistencia a la humedad
Resistencia al deslizamiento
2.2.5. Características de los materiales componentes
Para tener un buen resultado global es necesario revisar las propiedades de cada uno de los componentes de nuestra mezcla asfáltica en caliente,
38 entendiendo como importante que cumplan los parámetros establecidos en las normas.
2.2.5.1. Cemento asfaltico (ligante)
Si bien puede ser un cemento asfaltico en caliente modificado o convencional, la labor que cumple este material es la de aglutinar las partículas, a su vez también aporta en cierto grado en la impermeabilidad de la mezcla asfáltica en caliente.
Una de las características más importantes en el cemento asfaltico es la susceptibilidad a la temperatura siendo ventajoso y a la vez un problema ya que cuando la mezcla se encuentra a una temperatura mayor a los 100°C y con cargas de movimiento lento, la masa se comporta plásticamente lo cual puede derivar a deformaciones permanentes y a bajas temperaturas menos a los 0° C con cargas de movimiento rápido, la masa se deforma no regresando a su posición inicial e incluso fragmentándose.
Las moléculas orgánicas del cemento asfaltico nos trae consigo una reacción con el oxígeno del medio, produciéndose la famosa oxidación de ligante, en donde este se convierte en un elemento más duro y frágil a la vez llamado “endurecimiento por envejecimiento” o “endurecimiento por oxidación”, este hecho se da aun con más énfasis a altas temperaturas en donde tenemos que ponerle más atención.
39 PROPIEDADES QUÍMICAS
Según (Morales Rosales, 2012), las propiedades químicas con las que cuenta el cemento asfaltico lo hace apto para la construcción de carreteras, siendo parte de su composición más importante los asfáltenos, quienes le dan el color y la dureza, y máltenos que son líquidos viscosos con resinas y aceites en su composición, los primeros dan al asfalto cualidades adhesivas y el aceite funciona como transporte a los asfáltenos y resinas.
La relación de sus componentes más importantes varía en función a varios factores como puede ser: las temperaturas altas, tipo de agregado, espesor de la película de asfalto, la exposición a la luz y el oxígeno.
Siendo causantes de la oxidación, polimerización, evaporación de los compuestos volátiles, etc.
PROPIEDADES FÍSICAS
En cuanto a estas propiedades el cemento asfaltico trabaja en función a la construcción, diseño y mantenimiento del pavimento dando énfasis a las siguientes propiedades:
Durabilidad
Adhesión y cohesión
Susceptibilidad a la temperatura
Endurecimiento y envejecimiento
Lo que condicionará a las propiedades antes mencionadas será el clima.
2.2.5.2. Agregado pétreo
40 Estas pueden ser naturales o procesadas, las naturales son las que se extraen de canteras formados por la degradación, erosión o acción del viento agua, químicos, entre otros. Los cuales solo necesitaras de una limpieza y un buen tamizado para dividirlos entre gravas y arenas. En los procesados se busca mejorar las características de la mezcla, cambiando la textura de la partícula a rugosa, angular y mejorando la distribución al momento del tamizado.
Actualmente se viene dando el uso de agregados sintéticos, que son producto de la escoria de alto horno o el famoso RAP que es la utilización del pavimento reciclado.
Al analizar las cantidades de los componentes de la mezcla asfáltica en caliente nos damos cuenta que el agregado pétreo representa en promedio el 80% del volumen por lo que este tiene gran influencia en las características portantes de la mezcla asfáltica en caliente, por lo que debe cumplir algunas propiedades según lo especificado, como:
Peso especifico
Afinidad con el asfalto
Capacidad de absorción
Textura de agregado
Forma del agregado
Durabilidad al sulfato de sodio
Dureza
41
Limpieza
Gradación y tamaño máximo del agregado
Ahora en cuanto a su afinidad con el agua, los hidrofóbicos no presentan problemas al ser usado en las mezclas asfálticas en caliente, repeliendo el agua y los hidrofílicos quienes atraen el agua y los retienen, pero esta acción hace que se pierda la cubierta de asfalto y se tiene que recurrir a los aditivos de Antistripping con el fin de favorecer la adherencia del asfalto y el agregado.
2.3. Marco conceptual
2.3.1. Gradiente térmico
Según (Wikipedia, 2020), En física, se denomina gradiente térmico o gradiente de temperatura a la variación de temperatura por unidad de distancia.
En la presente investigación tomaremos el gradiente térmico en el contexto de la mezcla asfáltica en caliente, como la variación de temperatura por distancia de transporte.
2.3.2. Deformación plástica
Según (Aguilar Schafer), Es aquella en la que el cuerpo no recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformación.
2.3.3. Vitrificantes
Según, (M. Rincon, 2010), Se trata de aquellas materias primas que aportan óxidos formadores de red, es decir óxidos que en condiciones habituales de
42 fusión y enfriamiento dan lugar a vidrios estables y con producción y aplicaciones industriales de usos generales. En este sentido la materia prima vitrificante de uso más común es la sílice.
2.3.4. Macadam asfaltico
Capa de pavimento constituida por agregados de tamaño uniforme, sobre la cual, luego de compactada, se hace una distribución de un ligante asfáltico de alta viscosidad, seguida por el esparcimiento y compactación de una capa de agregado de menor tamaño. (Sanchez Sabogal, 2016)
2.3.5. Pavimento asfaltico reciclado
Un pavimento asfáltico reciclado (RAP: Reclaimed Asphalt Pavement) es el término dado a materiales de pavimento extraídos y/o procesados de nuevo, los que se conforman de cemento asfáltico y agregados pétreos.
(Zuñiga C., 2016)
2.3.6. Material de comportamiento no lineal
Material de pavimento cuyas propiedades son tales, que la relación entre esfuerzos y deformaciones no sigue una línea recta. (Sanchez Sabogal, 2016)
2.3.7. Material elástico
Material que recupera su extensión y forma originales cuando cesa la fuerza que las altera. (Sanchez Sabogal, 2016).
43 2.4. Operacionalización de variables
Tabla 1: Matriz de operacionalización de las variables
VARIABLES DIMENSIONES INDICADORES ESCALA DE
MEDICIÓN
Variable Independiente:
Vidrio molido
% vidrio molido
0%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
8%
9%
10%
%
Tipo de vidrio Sódico - Cálcico Composición
Temperatura ambiental
Mañana °C
Tarde °C
Variable dependiente:
Mezcla asfáltica en caliente
Gradiente térmico
Temperatura ºC
Tiempo min
Distancia de transporte km
Gravedad especifica
Masa Gr
Volumen cc
Flujo Deformación mm
Estabilidad Resistencia kg
Porcentaje de vacíos Volumen %
Fuente: Elaboración propia
44 CAPÍTULO III
3. MARCO METODOLÓGICO
3.1. Método de investigación
(Cerron Rojas, 2015) Nos dice que: El método experimental es la reproducción artificial de las relaciones entre objetos y fenómenos cuyos efectos se debe observar y medir, a fin de arribar a conclusiones que permitan manipular las variables de manera consiente para la transformación cuantitativa y cualitativa del objeto de estudio.
Bajo este análisis se aplicará el MÉTODO EXPERIMENTAL.
3.2. Tipo de investigación
Al respecto (Valderrama Mendoza, 2015, pág. 164) menciona que el tipo de investigación aplicada depende de sus descubrimientos y aportes teóricos para solucionar problemas teniendo presente el fundar bienestar a la sociedad.
Tambien (Murillo, 2008) menciona la investigación aplicada recibe el nombre de “investigación práctica o empírica”, que se caracteriza porque busca la aplicación o utilización de los conocimientos adquiridos, a la vez que se adquieren otros, después de implementar y sistematizar la práctica basada en investigación. El uso del conocimiento y los resultados de investigación que da como resultado una forma rigurosa, organizada y sistemática de conocer la realidad.
45 Bajo este análisis esta investigación que pretende generar información útil para el campo de los proyectos de inversión vial será del TIPO APLICADO.
3.3. Nivel de investigación
Según, (Hernandez Sampieri, 2014, pág. 93).El nivel correlacional tiene como finalidad conocer la relación o grado de asociación que exista entre dos o más conceptos, categorías o variables en una muestra o contexto en particular. En ocasiones sólo se analiza la relación entre dos variables, pero con frecuencia se ubican en el estudio vínculos entre tres, cuatro o más variables.
Bajo esta consideración la investigación pertenece al NIVEL CORRELACIONAL.
3.4. Diseño de investigación
(Hernandez Sampieri, 2014, pág. 129), expresa que el diseño experimental con acepción particular de experimento es: más armónica con un sentido científico del término, se refiere a un estudio en el que se manipulan intencionalmente una o más variables independientes (supuestas causas antecedentes), para analizar las consecuencias que la manipulación tiene sobre una o más variables dependientes (supuestos efectos consecuentes), dentro de una situación de control para el investigador.
46 Según estas consideraciones, el diseño a aplicar en la presente investigación será el CUASI EXPERIMENTAL con acepción particular.
3.5. Población y muestra 3.5.1. Población
Según (Hernandez Sampieri, 2014), Una vez que se ha definido cuál será la unidad de muestreo, se procede a delimitar la población que va ser estudiada y sobre el cual se pretende generalizar los resultados.
La población de esta investigación está constituida por 80000 kilogramos de mezcla asfáltica como el peso promedio en la producción de una planta asfáltica básica.
Los criterios de inclusión y exclusión para la delimitación poblacional son las siguientes:
Esta investigación se llevará a cabo en la provincia de Huancayo, región Junín. Y todos los ensayos tendrán lugar en un laboratorio de pavimentos y suelos. Simulando las condiciones de trabajo en una planta asfáltica.
Se trabaja bajo las condiciones climáticas de la ciudad de Huancayo, como su temperatura ambiental, la humedad relativa de esta ciudad y la velocidad del viento, siendo estos factores influyentes en nuestra mezcla asfáltica en caliente.
La presente investigación se realizó y aprecio durante los meses de
47 marzo hasta junio del 2019.
En material de vidrio como añadidura cumple los requerimientos para ser empleado en una planta asfáltica como aditivo.
3.5.2. Muestra
La presente investigación según (Hernandez Sampieri, 2014, pág. 189), tuvo muestras de tipo control y experimentales, que suponen un procedimiento de selección orientado por las características de la investigación del presente.
El tamaño de una muestra depende también del número de subgrupos que nos interesan en una población, se describen como muestras típicas de acuerdo con los subgrupos del estudio, según su cobertura (estudios nacionales o estudios especiales o regionales) y según su unidad de análisis;
es decir, se trata de individuos o de organizaciones.
La muestra representativa tomada para ejemplificar las características más cercanas a realidad es de 182 kilogramos de mezcla asfáltica producida en laboratorio a partir de características específicas en su composición mediante briquetas, para el análisis de sus propiedades.
48 Tabla 2: Cantidad de muestra según condición.
PORCENTAJE DE VIDRIO
MOLIDO
MAÑANA AIRE LIBRE
TARDE AIRE LIBRE
MAÑANA TAPADA
TARDE TAPADA 0% 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg.
1% 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg.
2% 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg.
3% 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg.
4% 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg.
5% 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg.
6% 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg.
7% 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg.
8% 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg.
9% 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg.
10% 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg. 4.125 kg.
Fuente: Elaboración propia
3.5.3. Muestreo
La presente investigación según (Hernandez Sampieri, 2014, pág. 173), tendrá la esencia del MUESTREO NO PROBABILÍSTICO DE CORTE TRANSVERSAL. Ya que mediante la planificación de la obtención de resultados se pretenden realizar ensayos progresivos que evidencien el fenómeno generado por la variación en añadidura de vidrio molido en la gradiente térmica, con lo cual se plantea interrumpir los ensayos cuando se hayan conseguido los objetivos planteados cortando de forma transversal el tipo de estudio proyectado en un porcentaje de vidrio en específico.
49 3.6. Técnicas e instrumento de información
3.6.1. Técnica
según (Hernandez Sampieri, 2014, pág. 173), esta investigación con una esencia de presentar una técnica de investigación por OBSERVACIÓN DIRECTA, nos permite realizar un análisis en laboratorio mediante un grupo control de muestras ensayadas y un grupo experimental con porcentajes determinados de vidrio molido en añadidura.
3.6.2. Instrumento
(Sabino, 1992, pág. 182) menciona que un instrumento de recolección de datos es, en principio, cualquier recurso de que se vale el investigador para acercarse a los fenómenos y extraer de ellos información. Dentro de cada instrumento concreto pueden distinguirse dos aspectos diferentes: forma y contenido. La forma del instrumento se refiere al tipo de aproximación que establecemos con lo empírico, a las técnicas que utilizamos para esta tarea.
Bajo este análisis usaremos las FICHAS DE RECOPILACION DE DATOS.
3.7. Validación y confiabilidad del instrumento de investigación 3.7.1. Validez
Según, (Mejia Mejia, 2005, págs. 23-24) La validez es una: “cualidad que consiste en que las pruebas midan lo que pretende medir. Las pruebas deben medir las características específicas de las variables para las cuales
50 fueron diseñadas”.
La validez de las fichas de recolección de datos es tomada de acuerdo al tipo de ensayo proyectado a realizar y al número de muestras tomadas según el laboratorio donde se realizaron los ensayos
Tabla 3: Validez de laboratorio según número de muestras Tipos de Ensayo Tamaño mínimo muestras
Caracterización básica 3
Ensayos control y experimentales 3
3.7.2. Confiabilidad
La confiabilidad obtenida para el instrumento de investigación se evaluó mediante la presentación de los formatos de certificado propuestos, donde se evidenciarán los ensayos de laboratorio realizados. Con lo cual se determinó una confiabilidad muy alta de acuerdo a las variables en análisis, en función a los 𝑅2 obtenidos superiores a 0.900 en los diferentes análisis estadísticos realizados.
Tabla 4: Rango y confiabilidad para el instrumento
