Universidad Nacional del Centro del Perú

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Universidad Nacional del Centro del Perú

Facultad de Ingeniería Civil

Ensayo inmersión compresión para diseño de mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones -

Huancayo 2019

Benitez Molina, Carlos Alberto

Huancayo

2019

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

TESIS

PRESENTADA POR BACHILLER:

CARLOS ALBERTO BENITEZ MOLINA

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO CIVIL

HUANCAYO – PERÚ 2019

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DEDICATORIA

Dedico esta tesis a Dios, por cuidarme y guiarme en cada paso que doy, por darme fuerzas para no rendirme ante los problemas y seguir adelante.

A mi familia, en especial a mis padres, Johny y Albina, quienes con esfuerzo me brindaron educación y me motivan a superarme cada día; a mis hermanos por estar presentes en cada logro y a mi abuelita Panchita que me cuida y guía desde el cielo.

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AGRADECIMIENTOS

Mi especial reconocimiento y gratitud a mi Alma Mater; Universidad Nacional del Centro del Perú, en especial a la Facultad de Ingeniería Civil en donde recibí una excelente formación académica por parte de mis docentes quienes con sus enseñanzas me encaminaron a seguir con esta excelente profesión, mi gratitud y estima para ellos.

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RESUMEN

La inversión del ministerio de transportes y comunicaciones está centrada siempre en la ampliación y el mantenimiento de las redes viales. La carpeta asfáltica, que es la capa externa, que protege y brinda la mayor contribución estructural al pavimento, está sometida constantemente al efecto destructivo del tráfico y del clima. Entre los factores climatológico más dañinos tenemos: el gradiente térmico, la humedad del ambiente y principalmente las precipitaciones. Para la investigación se realizó la caracterización y diseño de una mezcla asfáltica típica con el método convencional de Marshall obteniendo un diseño que cumple con los requerimientos mínimos exigidos por el MTC, los resultados de este primer ensayo fue que se requiere un óptimo contenido de porcentaje de cemento asfaltico, cumpliendo con los requisitos de peso específico, estabilidad, fluencia, volumen de vacío, vacíos en el agregado mineral (VMA), vacíos llenos de cemento asfaltico (Vfa), e incluso se verifica para los valores de inmersión compresión respecto a resistencia a la compresión mínima y resistencia retenida al ser sometida a la presencia de agua.

En el segundo proceso se cambió el enfoque a la utilización del ensayo de inmersión compresión verificando no solo para un contenido de porcentaje de cemento asfaltico, si no se evaluó para diferentes porcentajes establecidos, similar al diseño Marshall, obteniéndose como resultado que el porcentaje de cemento asfaltico que me da los mejores resultados en presencia prolongada de agua es superior a la propuesta de Marshall, además se verifico que ese porcentaje también cumple con los requerimientos del Método Marshall.

Palabras clave: carpeta asfáltica, ensayo Marshall, ensayo Inmersión Compresión, optimo contenido de cemento asfaltico, estabilidad, fluencia, resistencia a la compresión y resistencia retenida.

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ABSTRAC

The investment of the Ministry of Transportation and Communications is always focused on the expansion and maintenance of road networks. The asphalt binder, which is the outer layer, which protects and provides the greatest structural contribution to the pavement, is constantly subjected to the destructive effect of traffic and weather. Among the most damaging weather factors we have: the thermal gradient, the humidity of the environment and mainly rainfall. For the investigation, the characterization and design of a typical asphalt mixture with the conventional Marshall method was obtained, obtaining a design that meets the minimum requirements demanded by the MTC, the results of this first trial was that an optimum percentage content of asphalt cement, complying with the requirements of specific weight, stability, creep, vacuum volume, voids in the mineral aggregate (VMA), voids filled with asphalt cement (Vfa), and is even checked for compression immersion values for resistance to the minimum compression and resistance retained when subjected to the

presence of water.

In the second process, the approach to the use of the compression immersion test was changed, verifying not only for a percentage content of asphalt cement, if it was not evaluated for different established percentages, similar to the Marshall design, obtaining as a result that the percentage of cement Asphalt that gives me the best results in prolonged presence to the damaging effects of rainwater is superior to Marshall's proposal, in addition it was verified that this percentage also meets the requirements of the Marshall Method.

Keywords: asphalt binder, Marshall test, Immersion - Compression test, optimal asphalt cement content, stability, creep, compressive strength and retained strength.

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TABLA DE CONTENIDO

DEDICATORIA ... I AGRADECIMIENTOS ... II RESUMEN ... III ABSTRAC...IV TABLA DE CONTENIDO ... V ÍNDICE DE TABLAS ...IX ÍNDICE DE FIGURAS ... X INTRODUCCION ... XIV

CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN ... 1

1.1.CARACTERIZACIÓN DEL PROBLEMA ... 1

1.2.FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 4

1.2.1.PROBLEMA GENERAL ... 4

1.2.2PROBLEMAS ESPECÍFICOS ... 4

1.3.OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 4

1.3.1.OBJETIVO GENERAL ... 4

1.3.2OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 5

1.4.DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ... 5

1.5.JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ... 7

1.5.1.JUSTIFICACIÓN SOCIAL ... 7

1.5.2.JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA... 7

1.5.3.JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA ... 8

1.5.4.JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA ... 8

1.6.LIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ... 9

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1.6.1.LIMITACIÓN TEÓRICA: ... 9

1.6.2.LIMITACIÓN METODOLÓGICA: ... 9

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO ... 10

2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ... 10

2.1.1.ANTECEDENTES INTERNACIONALES ... 10

2.1.2.ANTECEDENTES NACIONALES ... 13

2.2. BASES TEÓRICAS QUE FUNDAMENTAN LA INVESTIGACIÓN ... 16

2.2.1.PAVIMENTOS ... 16

2.2.2.PAVIMENTO RÍGIDO... 16

2.2.3.PAVIMENTO SEMIRRÍGIDO ... 17

2.2.4.PAVIMENTO FLEXIBLE ... 17

2.2.5.MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE ... 17

2.2.6. PROPIEDADES DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE ... 21

2.2.7. ENSAYO MARSHALL ... 22

2.2.8. ENSAYO INMERSIÓN -COMPRESIÓN ... 23

2.3. BASES CONCEPTUALES... 32

2.4. HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN ... 34

2.4.1. HIPÓTESIS GENERAL ... 34

2.4.2. HIPÓTESIS ESPECIFICA ... 34

2.5. VARIABLES E INDICADORES ... 34

2.5.1. VARIABLE INDEPENDIENTE ... 34

2.5.2. VARIABLE DEPENDIENTE ... 35

2.5.3. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES ... 36

CAPÍTULO III. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ... 37

3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN... 37

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3.2. NIVEL DE INVESTIGACIÓN ... 37

3.3. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN ... 38

3.4. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN ... 38

3.5. POBLACIÓN Y MUESTRA ... 40

3.5.1. POBLACIÓN ... 40

3.5.2. MUESTRA ... 40

3.6. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 42

3.7. PROCEDIMIENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 42

3.8.TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DEL RESULTADO ... 44

3.9.VERIFICACIÓN DE HIPÓTESIS ... 45

3.9.1ANÁLISIS DE VARIANZA (ANOVA) PARA LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ... 45

3.9.2ANÁLISIS DE VARIANZA (ANOVA) PARA LA RESISTENCIA CONSERVADA ... 49

CAPÍTULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 51

4.1.PRESENTACIÓN, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS. ... 51

A. DISEÑO DE MEZCLA DE MARSHALL MUESTRA BASE ... 51

B. EVALUACIÓN DEL EFECTO DEL AGUA EN LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN MEDIANTE EL ENSAYO INMERSIÓN COMPRESIÓN. ... 65

CAPÍTULO V. ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ... 104

A. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN CON RESPECTO A LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN. ... 104

B. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN CON RESPECTO A LA RESISTENCIA CONSERVADA. ... 107

C. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN PARA LOS ENSAYOS DE MARSHALL E INMERSIÓN COMPRESIÓN. 109 CAPÍTULO VI. CONCLUSIONES ... 117

CAPÍTULO VII. RECOMENDACIONES ... 120

CAPÍTULO VII. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ... 121

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ANEXOS ... 125

A. CERTIFICADOSDECALIDAD ... 125

B. PANELFOTOGRÁFICO ... 148

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Requerimientos para los agregados gruesos. Fuente (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2013) ... 19 Tabla 2 Requerimientos para los agregados finos. Fuente (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2013) ... 19 Tabla 3 Husos granulométricos. Fuente (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2013). ... 20 Tabla 4 Selección del tipo de cemento asfáltico ... 20 Tabla 5 Operacionalización de variable. Fuente propia ... 36 Tabla 6 Resultados del análisis granulométrico para piedra chancada, arena

zarandeada y arena chancada (Adaptación propia) ... 57

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ÍNDICE DE FIGURAS

figura 1 Pavimento deteriorado por presencia de agua de lluvias: Av. Mariscal castilla en el distrito de Tambo. Fuente (central de noticias Huancayo) ... 6 figura 2 Pavimento deteriorado por presencia de agua de lluvias: Av. Mariscal castilla en el distrito de Tambo. Fuente (central de noticias Huancayo) ... 6

figura 3 Diagrama de flujo planta de dosificación de mezcla asfáltica en caliente Fuente (Rodríguez Chinchilla, 2008) ... 18

figura 4: Moldes con orificios. Fuente (anónima) ... 24 figura 5 : Prensa de compactación. Fuente (Anónima) ... 25 figura 6: Proceso del ensayo Inmersión Compresión. Fuente (MANUFACTURAS Y PROCESO INDUSTRIALES LTDA.) ... 26 figura 7: Esquema de experimento y variables (Hernández Sampieri, 2014) ... 38 figura 8: Diagrama de diseño con pos-prueba únicamente y grupo de control ... 39 figura 9 Primera etapa de material tamizado por tamaños nominales para ser mezclado y ensayado. ... 51 figura 10: Análisis granulométrico de la arena zarandeada extraída de la planta

chancadora Pilcomayo Piedra chancada de ½ pulg. ... 52 figura 11: curva granulométrico de la arena chancada extraída de la planta chancadora Pilcomayo Arena chancada ... 53 figura 12: curva granulométrica de la arena zarandeada extraída de la planta

chancadora Pilcomayo Arena chancada ... 54 figura 13: grafica de la curva granulométrica de la mezcla y el cumplimiento del uso granulométrico MAC 2 ... 55 figura 14: Compactación de briquetas con 75 golpes por cara, especificado para

trafico alto. ... 58

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figura 15: Vista de las briquetas con diferentes % de asfalto de 4%, 4.5%, 5%,

5.5% y 6% ... 59

figura 16: Peso específico vs % de asfalto ... 60

figura 17: Estabilidad corregida vs % de asfalto ... 60

figura 18: Volumen de vacíos vs % de asfalto ... 61

figura 19: Flujo vs % de asfalto ... 61

figura 20: VMA vs % de asfalto ... 62

figura 21: Vfa vs % de asfalto ... 62

figura 22: Porcentaje óptimo de asfalto 5.10%... 63

figura 23: 150 briquetas elaboradas para el ensayo de inmersión compresión ... 67

figura 24: Grafica Resistencia a la compresión (Mpa) SERIE 1 ( 4% de asfalto)... 68

figura 29: Grafica Resistencia a la compresión (Mpa) SERIE 1 ( 4.5 % de asfalto) ... 73

figura 30: Grafica Resistencia a la compresión (Mpa) SERIE 2 ( 4.5% de asfalto) ... 74

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figura 41. Grafica Resistencia a la compresión (Mpa) SERIE 3 (5.5% de asfalto) ... 85

figura 44: Grafica Resistencia a la compresión (Mpa) SERIE 1 (6.0 % de asfalto) ... 88

figura 49: Grafico resumen de los resultados de la resistencia a la compresión para muestras con 4% de asfalto ... 94

figura 50: Grafica resumen - índice de resistencia conservada para la muestra con 4.0 % de asfalto ... 95

figura 51: Grafico resumen de los resultados de la resistencia a la compresión para muestras con 4.5 % de asfalto ... 96

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figura 56: Grafica resumen - índice de resistencia conservada para la muestra con

5.5 % de asfalto... 101

figura 58: Grafica resumen - índice de resistencia conservada para la muestra con 6.0 % de asfalto... 103

figura 59: Grafica resumen con ajuste de regresión estadística para los datos promedio de resistencia a la compresión en Mpa y resistencia retenida en % para grupo 1 y grupo 2 ... 105

figura 60: grafica resumen de la resistencia retenida para grupo 1 y grupo 2 en % ... 107

figura 61: grafica del cuadro resumen podemos ver que los valores se verifican también para % de asfalto +/- 0.2 del óptimo. (4.9% - 5.3%) ... 110

figura 62: Grafica del % de asfalto optimo recomendado por el ensayo de Marshall 5.10% ... 111

figura 63: Grafica del % de asfalto optimo recomendado por el ensayo de inmersión compresión 5.50%... 112

figura 64: Comparativa de los 2 valores recomendadas con los contrastes en estabilidad, fluencia de Marshall y resistencia la compresión y resistencia retenida de inmersión compresión. ... 114

figura 65: trabajos de caracterización granulométrica de los agregados usados para la elaboración de la mezcla asfáltica ... 149

figura 66: Pesado del retenido en la malla número 4 de arena zarandeada ... 150

figura 67: Pesado de retenido en la malla numero 10 ... 151

figura 68: pesado de pasante la malla número 30 de arena zarandeada ... 152

figura 69: Pesado del retenido de la malla 4 arena chancada ... 153

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figura 70: pesado de pasante la malla 30 de arena chancada ... 154

figura 71: Pesado del retenido de la malla de media pulgada piedra chancada ... 155

figura 72: Pesado del retenido de la malla 3/8 de piedra chancada. ... 156

figura 73: briquetas elaboradas y listas para pesar y ensayar en la prensa... 157

figura 74: briquetas elaboradas y listas para pesar y ensayar en la prensa... 157

figura 75: Baño de maría para ensayar los moldes de asfalto optimo ... 158

figura 76: Ensayos para las briquetas de asfalto optimo ... 158

figura 77: Briquetas del diseño Marshall con distintos porcentajes de asfalto... 159

figura 78: Baño maría a 60° por 30 min para ensayo de Marshall ... 160

figura 79: Baño maría a 60 ° por 30 min para roturar las briquetas ensayo de Marshall.. 161

figura 80: Testigo de asfalto para el ensayo inmersión compresión ... 162

figura 81: Testigos de asfalto para el ensayo inmersión compresión ... 163

figura 82: Baño maría para testigos para inmersión compresión a 60° por 24 horas, ensayo inmersión compresión ... 164

figura 83: Testigos para ensayo inmersión compresión a baño maría ... 165

figura 84: Peso de los testigos sumergido para el ensayo inmersión compresión ... 166

figura 85: Rotura de testigos del ensayo inmersión compresión ... 167

figura 86: Rotura de las briquetas del ensayo inmersión compresión ... 168

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INTRODUCCIÓN

En la presente investigación se tiene como finalidad ayudar a resolver el problema del mantenimiento de las redes viales construidas con carpeta asfáltica, centrada en evaluación de la presencia de anomalías en el pavimento causado por su exposición prolongada al agua de lluvias, para resolver este problema se propone un cambio del enfoque a la utilización del ensayo inmersión compresión ya no como un complemento del ensayo de Marshall tradicional mente para determinar el óptimo contenido de cemento asfaltico, sino un desarrollo paralelo que nos permita mejorar los resultados en el diseño de la mezcla asfáltica en caliente.

El primer capítulo se realizará el Planteamiento del problema en la cual se formularán preguntas que se tendrán que resolver con el desarrollo de la investigación, planteándonos objetivos, tanto generales como específicos.

El segundo capítulo se denomina Marco teórico en el cual se plasmará las bases teóricas que serán de gran ayuda para la investigación debido a que esta es de tipo aplicada, también en este capítulo se presenta una definición de términos básicos que serán de ayuda para comprender la tesis de igual modo se plasma la hipótesis de la investigación y nuestras variables tanto independiente como la dependiente.

En el tercer capítulo tenemos la Metodología de la investigación en la cual se ve plasmado las características de esta tesis, es decir se puede ver su nivel, su diseño, su tipo y el procedimiento que se llevará a cabo para el desarrollo de esta investigación.

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En el cuarto capítulo se describe los resultados de la investigación, en donde se plasman todos los gráficos y tablas obtenidos a lo lago de la investigación, de igual manera se tendrá que plasmar la interpretación de estos en 2 etapas.

En el quinto capítulo se describe el Análisis y discusión de resultados de la Investigación, se plasman y discuten los aportes significativos que se ha tenido con el desarrollo de la tesis tanto teórica como práctica.

En el sexto capítulo se tendrán las conclusiones que responden a nuestro problema planteado y verifican nuestras hipótesis delimitadas.

En el penúltimo capítulo se habla de la recomendación que se tienen para próximas investigaciones relacionas a este tema de investigación.

Como último capítulo se tiene toda la bibliografía utilizada citada con la norma APA y los anexos.

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CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN

1.1. CARACTERIZACIÓN DEL PROBLEMA

Las mezclas bituminosas son los materiales más usados en la construcción de carreteras a nivel mundial entre estas se encuentra las mezclas asfálticas en caliente. Este material es un conglomerado con un esqueleto mineral conformado por una parte gruesa, una parte fina y una parte de polvo mineral. Además, se constituye de un aglutinante de hidrocarburos que proporciona cohesión al esqueleto mineral (cemento asfaltico).

Para que la mezcla asfáltica se use en la trayectoria de la carpeta de diseño, debe pasar una sucesión de pruebas de laboratorio que certifiquen su idoneidad y buen desempeño bajo distintos tipos de cargas o esfuerzos a los que va a ser doblegada a lo largo de su vida útil (cargas de tráfico, Temperaturas extremas, acción del agua, etc.). Es así que las producidas por la acción del agua están entre las primordiales causas del deterioro del pavimento (pérdida de agregados, descamación, pozos, etc.). La existencia de humedad en la mezcla asfáltica disminuye la adhesión y cohesión del aglutinante con los agregados (la emulsificación del aglomerante gracias a la acción del agua divide sus partículas).

Este efecto de la humedad conlleva a una pérdida de agregados, que, a mediano o extenso período, y combinada con otros causantes negativos como las cargas de tráfico, formación de hielo, deterioro del aglutinante, entre otros; causan la mayor parte de las patologías viales y la eventual falla del curso de la carpeta asfáltica.

En esta investigación se pretende mitigar el efecto de la acción del agua en las mezclas cambiando el diseño y aplicando pruebas de laboratorio capaces de predecir el

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inconveniente efecto potencial de la humedad a lo largo de la vida útil del pavimento. Esto hace viable que la mezcla asfáltica tenga un diseño óptimo. Los procedimientos para predecir el efecto de la acción de la humedad en las mezclas bituminosas se desarrollaron al principio en la década de 1930, y en este momento hay una extensa selección de pruebas accesibles.

El propósito de tales procedimientos es reproducir el desempeño de la mezcla asfáltica en condiciones de laboratorio cuando se ve afectada por la acción del agua. Difieren en confiabilidad, en relación de las propiedades de la prueba, el tipo de mezcla, de esta forma como las propiedades del ambiente del caso de uso (temperaturas frías o calientes, clima seco o lluvioso, etc.). La mayor parte de estas pruebas se hacen con temperaturas y cargas fijas. Esto quiere decir que es realmente difícil emular el efecto de la humedad en el pavimento en el momento que está sujeto a diferentes cargas de tráfico y condiciones climáticas. No obstante, estos experimentos comúnmente son muy complicados y necesitan un largo tiempo. Además, tienen un alcance algo con limite cuando intentan reproducir la manera en que la humedad afecte la mezcla asfáltica. Entonces, es requisito investigar y contrastar el efecto de estas pruebas de laboratorio en la mezcla asfáltica para considerar su respuesta. Solo así va a ser viable predecir el desempeño de una mezcla asfáltica cuando se utilice verdaderamente en la creación de carreteras.

En el laboratorio, los procedimientos para evaluar la susceptibilidad a la humedad difieren en el procedimiento de compactación de la mezcla, el tipo de acondicionamiento y la aplicación de la carga. Aunque hay muchas pruebas usadas para este propósito (por ejemplo, inmersión-compresión, rastreo de ruedas de Hamburgo, susceptibilidad de vapor de humedad, Marshall, etc.), algunas son más funcionales que otras. En la actualidad hay

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una división de opinión sobre qué prueba es la más correcta para estudiar la susceptibilidad de las mezclas bituminosas a la acción de la humedad.

Las pruebas de laboratorio que se seleccionaron fue un ensayo que se usa frecuentemente en España, el ensayo de inmersión-compresión (regulada por la Norma Técnica de España NLT-162) también se utilizará el ensayo de Marshall ya que este es el ensayo que toma el Ministerio de Transportes y Comunicaciones para el diseño de mezclas asfálticas en caliente. Las dos pruebas difieren con respecto al tipo de ensayo y de parámetros de la prueba usada (dimensiones y procedimientos de compactación), desarrollo de acondicionamiento y carga aplicada. No obstante, se pretende comparar ambos ensayos y ver como el ensayo de Inmersión – compresión ayuda a mejorar el diseño de mezclas asfálticas en caliente para que estas tengan un mejor desempeño frente al efecto de la acción del agua, el cuál en nuestra provincia de Huancayo se presenta como problema debido a las altas precipitaciones que se suscitan en los meses de enero, febrero y marzo.

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1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

1.2.1. PROBLEMA GENERAL

¿Cómo la implementación del ensayo de inmersión compresión mejora la evaluación del desempeño del pavimento de mezcla asfáltica en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019?

1.2.2 PROBLEMAS ESPECÍFICOS

a. ¿Cómo el ensayo de inmersión compresión considera el efecto del agua en la resistencia a la compresión de mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019?

b. ¿Cómo el ensayo de inmersión compresión considera el efecto del agua en la resistencia conservada de mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019?

c. ¿Cómo el ensayo de inmersión compresión ayuda al ensayo de Marshall en el desempeño de mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019?

1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.3.1. OBJETIVO GENERAL

Determinar de qué manera la implementación del ensayo inmersión compresión mejora la evaluación del desempeño del pavimento de mezcla asfáltica en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019.

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1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

a. Determinar cómo el ensayo de inmersión compresión considera el efecto del agua en la resistencia a la compresión de las mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019.

b. Determinar cómo el ensayo de inmersión compresión considera el efecto del agua en la resistencia conservada de mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019.

c. Determinar como el ensayo de inmersión compresión ayuda al ensayo de Marshall en el desempeño de mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019.

1.4. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

La delimitación geográfica para el desarrollo de la investigación es el distrito de Huancayo, provincia de Huancayo, departamento de Junín. Por lo cual la presente investigación tiene como objetivo mejorar el diseño de pavimentos de mezclas asfálticas en caliente en la presente localidad debido a la evidencia de fisuramiento de los pavimentos a causa de altas precipitaciones.

La delimitación temporal para dar inicio al desarrollo de la investigación tuvo que darse desde la recolecta de agua de las precipitaciones locales, que se llevó a cabo en el mes de abril, es así que, entre los meses de mayo a agosto se llevó a cabo las pruebas de laboratorio, para posteriormente determinar los resultados y proseguir con el desarrollo de la investigación.

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figura 1 Pavimento deteriorado por presencia de agua de lluvias: Av. Mariscal castilla en el distrito de Tambo. Fuente (central de noticias Huancayo)

figura 2 Pavimento deteriorado por presencia de agua de lluvias: Av. Mariscal castilla en el distrito de Tambo. Fuente (central de noticias Huancayo)

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1.5. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.5.1. JUSTIFICACIÓN SOCIAL

Esta investigación tiene como propósito determinar de qué manera la implementación del ensayo inmersión compresión puede mejorar la evaluación del desempeño del pavimento atravez de un nuevo parámetro para el diseño de pavimentos por mezclas asfálticas en caliente, ya que como sabemos a consecuencias de altas precipitaciones en la provincia de Huancayo nuestro pavimento sufre constantemente fisuramiento, esto debido a que en su diseño se tiene como único parámetro el ensayo Marshall pero este no es un ensayo que evalúe el desempeño del pavimento frente a precipitaciones, sino que solo evalúa a condiciones normales la estabilidad y la fluencia, por ello esta investigación formula implementar el ensayo de inmersión compresión para poder mejorar el diseño de pavimentos de mezclas asfálticas en caliente y tener un parámetro más que nos ayude a mejorar el desempeño del pavimento frente a precipitaciones.

La finalidad de la investigación es mejorar la calidad de diseño de pavimentos de mezcla asfáltica en caliente ante precipitaciones.

1.5.2. JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA

Teniendo como parámetro el ensayo de inmersión compresión para el diseño de pavimentos de mezcla asfáltica en caliente se podrá ampliar la vida útil de nuestro pavimento y este tendrá un buen desempeño frente a precipitaciones por lo cual no será necesario de proyectos de mejoramientos a corto tiempo de haber culminado la elaboración de una vía como suele sucedes en nuestra provincia, gracias a esto Entidades públicas evitarán gastos

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en mejoramientos y podrán invertir en nuevas infraestructuras lo cual ayuda al desarrollo en nuestra localidad.

1.5.3. JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA

Esta investigación tiene una importancia práctica debido a que resuelve un problema en la localidad de Huancayo, la cual es el mal diseño de mezclas asfálticas en caliente el cual genera que el pavimento flexible falle por fatiga causado por el porcentaje de vacíos que se genera en el pavimento por un mal diseño. El problema será solucionado a futuro, ya que se plantea que con el ensayo de Inmersión Compresión se tenga un parámetro más adecuado para el diseño de pavimentos flexibles en zonas que se vean afectadas por las altas precipitaciones.

1.5.4. JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA

Esta investigación tiene gran relevancia metodológica debido a que se plasma el correcto procedimiento y la correcta metodología para el diseño de mezclas asfálticas en caliente para zonas en las que se encuentren sometidas a altas precipitaciones, se tiene como parámetro la norma de especificaciones técnicas de carreteras; el ensayo de inmersión compresión, que si bien es cierto la norma no menciona que este ensayo debe ser utilizado para el diseño de mezclas en zonas sometidas a altas precipitaciones, si es mencionada en manual de Ensayos de suelos y pavimentos. Además, la investigación ayudará a personal profesional que aplique este diseño a que tenga buenos resultados mediante el desempeño del pavimento frente a esta condición. Así la investigación podrá generar conocimientos válidos y confiables.

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1.6. LIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.6.1. LIMITACIÓN TEÓRICA

En la presente investigación no se cuenta con fuentes de información suficientes en las cuales mencione el correcto procedimiento del ensayo inmersión compresión y su aplicación en obras a nivel local o nacional, si bien es cierto la investigación se desarrolló en base a la norma MTC E 518, es limitado la existencia de fuentes que nos ofrezcan experiencias o evidencias del uso del ensayo aplicados al diseño de pavimentos, debido a que en la mayoría de proyectos se tiene como prioridad el ensayo Marshall ya que en este se tienen parámetros como estabilidad , fluencia que se suponen sean lo suficientemente sustentables para ser utilizados en cualquier zona, sin embargo como lo mencionado, para zonas con altas precipitaciones se debe tener otra consideración en cuanto parámetros como el ensayo de inmersión compresión.

1.6.2. LIMITACIÓN METODOLÓGICA

Es esta investigación se tuvo como limitación para la obtención de resultados, el equipo de compactación para las briquetas de asfalto para el ensayo de inmersión compresión ya que para esta se requería una máquina de compactación por doble embolo, lo cual en la localidad es difícil de encontrar debido a que no existe mucha demanda de este ensayo, por lo cual se procedió a compactar las briquetas con un esfuerzo equivalente al que nos menciona la norma, efectuado con el martillo apisonador Marshall, que se detallará en la tesis.

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CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO

2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

2.1.1. ANTECEDENTES INTERNACIONALES

Según, Figueroa Infante (2015) en su tesis titulada: “Investigación sobre el efecto del agua en el asfalto y su impacto en la mezcla asfáltica”, menciona lo siguiente: “en las mezclas asfálticas el agua actúa sobre cada uno de sus componentes, es necesario estudiar no sólo su incidencia en los agregados, en la interfaz agregado-ligante y en el “mastic”, sino también, en el ligante asfáltico” (p.6).

A pesar de haber sido detectada hace más de treinta años, el Stripping es una de las fallas funcionales más comunes en los pavimentos flexibles, por lo que es un tema de interés para la comunidad científica. Este daño es uno de los más frecuentes en las carreteras y su reparación significa la inversión de cuantiosos recursos por parte de las entidades administradoras de la red vial. Los estudios al respecto se han centrado en el efecto del agua sobre los agregados, sobre el mastic, y en la interfaz agregado-ligante. En esta investigación se realizó un extenso estudio sobre la incidencia del agua en el asfalto, que incluye análisis físicos, químicos, mecánicos, con el propósito de determinar la influencia del agua sobre la mezcla asfáltica. En el análisis del estado del conocimiento se exponen las primeras teorías con las que se realizaron sencillas evaluaciones físicas de tipo empírico hasta las más recientes, que precisan el daño del pavimento de manera cualitativa y cuantitativa.

Como conclusión general es necesario considerar que la sumatoria de daños en el ligante no se considera actualmente en los análisis de diseño y desempeño de los pavimentos.

Con esta investigación se quiere dar un aporte en este sentido para considerar estudios adicionales en la evaluación del asfalto de diseño. Finalmente, con los resultados y análisis

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de esta investigación se da respuesta a la pregunta de investigación de este trabajo y se comprueba que los asfaltos si se ven afectados en sus propiedades físicas, químicas y mecánicas por el agua y, por lo tanto, hay un impacto importante en el desempeño del pavimento que, si bien no tiene las implicaciones del agregado, es necesario considerarlo.

Según, Obando Gamboa (2017) en su artículo: “Influencia del agua en el desempeño de los pavimentos: lluvia ácida”, menciona lo siguiente: “el agua superficial ayuda en la oxidación del asfalto, más todavía cuando ingresa por los poros de la cubierta de rodadura, no obstante, el más grande efecto destructivo actúa en forma combinada con las cargas del tráfico” (p.191).

Es popular que diferentes agentes químicos tienen la posibilidad de cambiar las propiedades mecánicas y desarrollo de los concretos asfálticos, esta es la base para la utilización y avance de diferentes modificadores con el fin de hacer mejor el accionar del asfalto frente a diferentes solicitudes y/o componentes, de esta forma las adiciones y aditivos en los pavimentos hidráulicos.

En el artículo se tuvo como hipótesis que el agua guardada en las fisuras del pavimento, combinada con el efecto de la presión de los neumáticos, crea una presión de poros al interior del pavimento que lo elimina del interior hacia afuera. También que es habitual que, en ambientes húmedos o saturados, las mezclas reporten reducción en la cohesión de los asfaltos con el granular, lo cual perjudica la seguridad y rigidez Marshall en las mezclas asfálticas.

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Se concluyó que para el diseño y construcción de infraestructuras viales se debe tomar en consideración los efectos que tiene la lluvia acida sobre el pavimento ya que esto ayudará a una mejor proyección del rendimiento y vida útil de las carreteras.

Según, Maila Paucar (2013) en su titulada: “Comportamiento de una mezcla asfáltica modificada con polímero etileno vinil acetato (EVA)”, menciona lo siguiente: “la incorporación del polímero EVA dentro de una mezcla convencional le da características de durabilidad e incrementa sus propiedades físico-mecánicas para disminuir el deterioro por humedad y de daños viales producidos por cargas de tráfico” (p.19).

El presente trabajo de investigación, fue realizado con el fin de mejorar las propiedades físico-mecánicas de las mezclas asfálticas mediante la incorporación del polímero Etileno Vinil Acetato (EVA). Se realizaron ensayos para caracterizar las propiedades de los materiales utilizados, de acuerdo a procedimientos y especificaciones indicados con su respectiva norma, se efectuaron ensayos sobre las mezclas convencionales y modificadas como son Marshall, Cántabro, Tensión indirecta y Módulo Dinámico Elástico, siendo este el más representativo de la investigación ya que mide las deformaciones de las mezclas a diferentes temperaturas mediante tecnología moderna COOPER TECHNOLOGY (CRTHYD25-II).

Dentro de las conclusiones se muestran mejoras significativas en las propiedades de la mezcla asfáltica lo cual permitió concluir que la incorporación del polímero EVA dentro de una mezcla convencional le da características de durabilidad e incrementa sus propiedades físico-mecánicas para disminuir el deterioro y daños viales producidos por cargas de tráfico.

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2.1.2. ANTECEDENTES NACIONALES

Según, Cahuana Huayanca y Limas Sifuentes (2018) en su tesis titulada: “Análisis comparativo del comportamiento mecánico de una mezcla asfáltica modificada con betutec ic + aditivo warmix respecto a la mezcla asfáltica convencional”, menciona lo siguiente: El propósito de la investigación fue mejorar el desenvolvimiento mecánico de mezclas asfálticas modificadas al incluir Betutec IC + aditivo Warmix, con la finalidad de brindar una alternativa de solución a los problemas que afectan al asfalto como las lluvias y por consiguiente a la carpeta asfáltica (p.12).

Para la investigación se tomo como población las mezclas asfálticas convencionales y modificadas con diferentes cantidad de iclusión de Betutec IC + aditivo Warmix. Como muestras se tuvieron 24 briquetas de las cuales 12 fueron de mezcla asfáltica convencional y las restantes de mezcla asfáltica modificada, para que luego estas pasen a ser ensayadas por el método Marshall y por el método de inmersión compresión para poder determinar y comparar las propiedades físicas como: Estabilidad, densidad, fluidez para ambos tipos de de mezclas asfálticas.

La investigación se muestra como resultado que las muestras presentan mejoras en su desenvolvimiento mecánico de la mezcla asfáltica modificada y tiene como conclusión que la inclusión del Betutec IC+ aditivo Warmix en una mezcla asfáltica presenta: menor pérdida de resistencia por el efecto del agua, mayor resistencia a la deformación , mayor cohesión y resistencia al esfuerzo cortante; lo cual represta una mayor durabilidad ante agentes externos agresores como de igual manera aumenta la vida útil del pavimento.

Según, Zapata Diaz (2017) en su tesis titulada : “Determinación y evaluación de las patologías del pavimento flexible de la calle lima del asentamiento humano san pedro, distrito piura, provincia de Piura y departamento de Piura, noviembre 2017”, menciona lo

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siguiente: el pavimento estudiado de la provincia de Piura obtuvo como resultado por el método de PCI una clasificación de buen estado, pero tubo una patología predominante es el pulímetro de agregados que tiene una severidad leve a causa de las altas precipitaciones de la provincia (p.3).

En esta investigación tiene como finalidad tener un índice de condición ,estado en el cual se encuentre el pavimento y patologías que existene en el pavimento flexible de la calle Lima del asentamiento humano San Pedro del distrito de Piura, provincia de Piura, departamiento de Piura. Esta calle tiene un largo de 800 m y un ancho de calzada de 6m con un área de 4800 m2 de pavimento flexible a evaluar, la cual presenta una diversidad de imperfecciones . Esto debido a que en Piura los pavimentos urbanos se encuentran en un pésimo estado, a factores como deficiencias constructivas, variabilidad climática como son las lluvias de los meses de febrero y marzo lo cual a provocado fallas de pulimento de agregados, desprendimiento degregados, ahuellamientos, huecos ,etc.

Para la obtención de resultados se realizó un análisis visual y toma de datos a través de la ficha técnica del PCI del Manual de Daños del PCI para lo cual se necesitó regla, cinta métrica para establecer las profundidades del los daños. Se tubo como plan de análisis ubicar primero el area de estudio para lugo proceder a identificar los tipos de patológias existentes en el pavimento flexible, luego tener el nivel de índice de condición del pavimento (PCI) para finalmente pasar los dato a cuadro que se encuentran dentro del ámbito de la investigación y cuadros estadísticos de las patologías existentes.

Como resultados se tuvo que el pavimento estudiado de la provincia de Piura obtuvo como resutalldo por el método de PCI una clasificación de buen estado, pero tubo una patología predominante es el pulímetro de agregados que tiene una severidad leve a causa de las altas precipitaciones de la provincia, para lo cual se concluyó que la solución sería

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repara las patologías existentes en el pavimento, para lo cual es necesario conocer el estado en el que se encuentra y evaluar el comportamiento del pavimento mediante algún método para su mejor diseño.

Según, Granados Noa (2017) en su tesis titulada: “Comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica en caliente modificada con caucho mediante proceso por vía seca respecto a la mezcla asfaltica convencional”, menciona lo siguiente: “la inclusión del caucho en una mezcla asfáltica muestra: menor pérdida de resistencia por efecto del agua, mayor resistencia a la deformación, mayor cohesión y resistencia al esfuerzo cortante” (p.3)

Esta investigación tuvo como finalidad mejorar el desenvolvimiento mecánico de las mezclas asfálticas incorporando el material de caucho, con el fin de brindar una alternativa de solución a los problemas que afectan al asfalto y consecuentemente a la carpeta asfáltica.

Para el desarrollo de la investigación primero se obtuvo las características de los agregados y del cemento asfáltico para luego proceder a efectuar los ensayos de Compresión – Inmersión a la mezcla modificada para poder determinar la temperatura y tiempo de digestión , de igual manera el ensayo Marshall en la mezcla asfáltica convencional y modificada con caucho con la intención de evaluar el comportamiento de este por medio de los ensayos de caracterización y desempeño : Resistencia a la compresión diametral, resistencia de MA compactada al daño inducido a la humedad, ensayo de cántabro de pérdida por desgaste, ahuellamiento por medio de la rueda de Hamburgo y módulo resilente.

Los resultados que se obtuvieron fueron que se mostraron mejoras en el desenvolvimiento mecánico de la mezcla asfáltica modificada , por lo que se permitió concluir que la inclusión del caucho en una mezcla asfáltica muestra: menor pérdida de

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resistencia por efecto del agua, mayor resistencia a la deformación , mayor cohesión y resistencia al esfuerzo cortante, mejor resistencia al ahuellamiento y menor daño por humedad, mejora el comportamiento elástico, por lo cual se traduce que presenta un mejor desempeño y mayor durabilidad frente a agentes que consecuentemente agreden el pavimento de mezclas asfálticas.

2.2. BASES TEÓRICAS QUE FUNDAMENTAN LA INVESTIGACIÓN

2.2.1. PAVIMENTOS

El pavimento es una estructura que se encuentra sobre la subrasante del camino que está diseñado para poder resistir cargas y esfuerzo originados por los vehículos y también poder mejorar la seguridad y comodidad del tránsito: Generalmente esta está conformada por una base, una sub base y la capa de rodadura (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2013).

En el Manuel de Carreteras nos señala que en el Perú se trabaja con tres tipos de pavimentos los cuáles son los pavimentos flexibles, semirrígidos y rígidos.

2.2.2. PAVIMENTO RÍGIDO

Este tipo de pavimento es una estructura compuesta por una capa de subbase granular, sin embargo esta también puede ser de base granular o estabilizada con cemento, asfalto o cal y una capa de rodadura de losa de concreto de cemento hidráulico como aglomerante, agregados y siendo el caso pueden ser aditivos, dentro de este tipo de pavimento existen tres categorías: Pavimento de concreto simple con juntas, de concreto con juntas y refuerzo de

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acero en forma de fibras o mallas o un pavimento de concreto con refuerzo continuo (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2013).

2.2.3. PAVIMENTO SEMIRRÍGIDO

Este pavimento es una estructura compuesta por capas asfálticas con un espesor bituminoso; también se considera de este tipo a la estructura compuesta por carpeta asfáltica sobre base tratada con cemento o cal. Dentro de este tipo se ha incluido los pavimentos adoquinados (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2013).

2.2.4. PAVIMENTO FLEXIBLE

Este es una estructura compuesta por capas de material granular las cuales son la base y la subbase y como capa de rodadura una carpeta construida con materiales bituminosos como aglomerantes, agregados o aditivos. Especialmente se considera de este tipo al mortero asfáltico, tratamiento superficial bicapa, micro pavimentos, macadam asfáltico, mezclas asfálticas en frío y mezclas asfálticas en caliente (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2013).

Las mezclas asfálticas en calientes será el tema de la siguiente investigación específicamente, de que maneras estas pueden ser mejor diseñadas incluyendo un parámetro como es el ensayo de inmersión compresión.

2.2.5. MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

Las mezclas asfálticas en calientes son las combinaciones de áridos, incluyendo

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máquina de esta función con la finalidad que los áridos queden cubiertos por el ligante incorporado, para su fabricación se calienta la mezcla con los equipos adecuados y se coloca a una temperatura mayor a la del ambiente (Asoasfaltos, 2015).

figura 3 Diagrama de flujo planta de dosificación de mezcla asfáltica en caliente Fuente (Rodríguez Chinchilla, 2008)

En cuanto los áridos presentes en las mezclas asfálticas en calientes se dividen en agregados minerales gruesos y agregados minerales finos los cuales según (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2013) deben de tener requerimientos que deben depender de la altitud del lugar en la cual sea el estudio como se muestran en las tablas 1y 2, los ensayos que nos muestran las tablas mencionada deben ser estandarizadas en sus métodos y procedimientos según (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2013). De igual manera en este manual nos señala que para el diseño de mezclas asfálticas en calientes podemos usar tres husos granulométricos para la gradación de los agregados, los cuales son MAC-1, MAC-2, y MAC-3 que también indica (Astm International, 2001) que se muestran en la tabla 3.

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Tabla 1 Requerimientos para los agregados gruesos. Fuente (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2013)

Tabla 2 Requerimientos para los agregados finos. Fuente (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2013)

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Tabla 3 Husos granulométricos. Fuente (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2013).

En cuanto al material pétreo según (Secretaria de comunicaciones y transportes, 2005) dentro de la mezcla asfáltica en caliente este debe estar en un porcentaje de 3 a 7 por ciento con respecto a la masa total de la mezcla, esta también deberá de ser elegido por sus características que más convengan para el diseño, ya que este cambia sus características según la temperatura en la que se ejecute, para nuestra investigación se utilizará un cemento asfáltico cuyo PEN sea de 85 a 100 debido a que nuestra temperatura media anual está en el rango de 5 a 15 grados Celsius.

Tabla 4 Selección del tipo de cemento asfáltico

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2.2.6. PROPIEDADES DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE 2.2.6.1. ESTABILIDAD

Es la propiedad que describe la capacidad de las mezclas asfálticas en caliente para resistir la deformación y el desplazamiento provocada por el tránsito vehicular. A un pavimento se le conoce como estable cuando conserva su forma y viceversa cuando presenta deformaciones permanentes.

Esta propiedad depende más que todo de la fricción interna y la cohesión entre sus partículas. La primera depende de la textura superficial, forma de la partícula, y granulometría del agregado, densidad de mezcla, cantidad y tipo de asfalto; mientras la cohesión depende del contenido de asfalto. Esta se incrementa hasta un punto óptimo de contenido de asfalto, debido a que luego el aumento en el contenido de asfalto genera una capa gruesa en las partículas de asfalto, lo que ocasiona la perdida de cohesione entre partículas (Garnica Anguas, Flores Flores, Gómez López, & Delgado Alamilla, 2005).

Para poder medir esta propiedad se utiliza una prensa hidráulica y una porta molde para las briquetas Marshall la cual se coloca de manera transversal y se procede a comprimirla y lectura la fuerza ejercida hasta que la briqueta falla por primera vez.

2.2.6.2. DURABILIDAD

Esta propiedad sirve para describir la capacidad de las mezclas asfálticas en caliente para soportar efectos como el agua (lluvias), temperatura y tránsito que envejezcan el pavimento. Una gran mezcla no deberías sufrir envejecimiento en su vida útil.

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2.2.6.3. FLUJO

Esta propiedad señala la deformación que tiene el pavimento cuando es sometido a esfuerzos, ya sea por compresión o tensión, ayuda para ver la carga necesaria para que el pavimento pase de deformación plástica a una deformación permanente.

2.2.7. ENSAYO DE MARSHALL

Este ensayo tiene como objetivo de diseñar una mezcla asfáltica y calcular diferentes parámetros de desenvolvimiento la cual empieza desde la preparación y compactación de muestras de mezclas bituminosas. Este ensayo sirve para varios ensayos físicos como estabilidad y flujo.

Para el diseño de este ensayo se tomarán briquetas que estarán compuestas por agregado mineral y un material bituminoso, para la investigación se trata de asfalto el cual será dosificado en distintas proporciones. En cuanto al agregado mineral solo será necesario saber la granulometría de cada uno de estos, es decir que se necesita la granulometría tanto para piedra chanchada de ¾, para piedra de ½ (Dependerá de la gradación con la que se esté trabajando, en caso de MAC 2 no se utilizará piedra de ¾), arena chanchada y arena zarandeada. Una vez que se tengan los resultados granulométricos de cada uno de los agregados, se procede a diseñar de la siguiente manera: Para el diseño de una briqueta tomamos como peso de este 1250 gr, del cual tendremos una proporción de asfalto y una proporción de agregado mineral. Luego de tener la proporción de agregado mineral con respecto al peso total de la muestra, se procede a sacar la proporción de cada tipo de agregado, el cual dependerá de un porcentaje calculado por tanteo para que nuestro uso este dentro de los propuesto por la norma. Secuencialmente se procederá a tener el porcentaje necesario de cada material y de cada tamaño. Este proceso se realizará para cada dosificación

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de asfalto es decir si tengo 5 puntos de control, se procederá a realizar este proceso 5 veces, obteniendo 5 diseños para Marshall. Luego de esto sabiendo las cantidades a necesitar, se procede a pesar los agregados según el diseño siempre y cuando el agregado se encuentre seco, siendo el caso contrario primero se tendrá que secar el material en estufa o en el horno.

Una vez pesado las cantidades, se procede a calentar el asfalto y se vierte en la tara o recipiente en el que se encuentre el agregado, para pesarlos de manera conjunta, hasta que el peso sea de 1250 gr. Teniendo ya la mezcla se procede a calentar la mezcla y verterla en los moldes de Marshal de 6 x 4.5” para luego apisonarla 75 veces por ambos lados.

Cuando ya se tengan los moldes, se tendrá que medir las dimensiones de esta, es decir su altura y espesor, luego se procederá a pesar la muestra la cual conoceremos como peso seco, ya que luego de esto para proceder a roturar se tendrá que meter la muestra por 30 minutos en baño maría a una temperatura de 60°, luego sacarla y pesarla nuevamente sumergido en la canastilla. Una vez hecho esto se procede a roturar y hacer la lectura de las propiedades descritas en las anteriores bases teóricas.

2.2.8. ENSAYO DE INMERSIÓN - COMPRESIÓN

Este ensayo tiene como finalidad determinar la pérdida de estabilidad que sucede por la acción del agua en las mezclas bituminosas compactadas que fueron elaboradas con material bituminoso, de igual manera este ensayo pretende determinar un índice numérico de la pérdida producida al comparar la resistencia a compresión simple de las probetas curadas al aire con la resistencia a compresión simple de probetas duplicadas que se han saturado.

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Con este ensayo se puede valorar el comportamiento de las mezclas asfálticas en caliente al ser sometidas a la acción del agua y como afecta a cada uno de los componentes de la mezcla, luego también ayuda a determinar un contenido óptimo de asfalto residual en la mezcla de áridos de composición y granulometría determinados, ensayando series de probetas con diferentes contenidos de asfalto.

Para la ejecución de este ensayo se necesitarán:

- Moldes y Pistones: 4” de diámetro interno y 4” de altura

- Soportes: Sirve para soportar el molde a 10,6 mm por encima de la base de sustentación del pistón inferior.

figura 4: Moldes con orificios. Fuente (anónima)

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- Prensa con capacidad de 20T para realizar la compactación de las probetas. La prensa deberá tener dos placas de apoyo de acero, la inferior fija y la superior con asiento esférico, coincidiendo el centro de la superficie esférica con el centro de la placa.

figura 5 : Prensa de compactación. Fuente (Anónima) - Extractor de probetas para facilitar la extracción de la probeta del molde.

- Balanza con capacidad de 2kg y sensibilidad 0,1 gr - Baño de Agua con control de +-1°C

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- Mezcladora mecánica - Material Diverso

Su proceso se realizará de la siguiente manera a diferencia que en nuestra investigación se realizará el mismo procedimiento, pero con asfalto debido a que en la presente investigación se trabaja con mezclas asfálticas en caliente:

figura 6: Proceso del ensayo Inmersión Compresión. Fuente (MANUFACTURAS Y PROCESO INDUSTRIALES LTDA.)

ESPECIFICACIÓN TÉCNICA DEL ENSAYO

MTC E 518 EFECTO DEL AGUA EN LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE MEZCLAS BITUMINOSAS COMPACTADAS

1.0 OBJETO

1.1 Determinar el efecto del agua a la resistencia a la compresión de mezclas bituminosas

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compactadas que contienen cemento asfáltico.

2.0 FINALIDAD Y ALCANCE

2.1 Este método de prueba abarca la medida de la pérdida de resistencia a la compresión resultante de la acción del agua en mezclas bituminosas compactadas conteniendo cemento asfáltico. Un índice numérico de la reducción de la resistencia a la compresión es obtenido por la comparación de la resistencia a la compresión de especímenes recién moldeados y curados con la resistencia a la compresión de especímenes duplicados que han sido sumergidos en agua bajo condiciones prescritas.

2.2 Este método de ensayo es útil como un indicador de la susceptibilidad a la humedad de mezclas agregado – bitumen, compactadas.

3.0 REFERENCIAS NORMATIVAS

3.1 ASTM D 1075: “Standard Test Method for Effect of Water on Compressive Strength of Compacted Bituminous Mixtures”.

4.0 EQUIPOS, MATERIALES E INSUMOS

4.1 Uno o más baños de agua controlados automáticamente serán proporcionados para la inmersión de los especímenes. Los baños serán del tamaño suficiente para permitir la inmersión total de los especímenes de prueba. Ellos también serán diseñados y equipados como para permitir un control correcto y uniforme de la temperatura de inmersión entre

±1ºC. Ellos serán construidos de una línea de cobre, acero inoxidable u otro material no

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tratada de otra manera para eliminar electrolitos y el baño será vaciado, limpiado y llenado con agua fresca por cada serie de ensayos.

4.2 Un baño de agua controlado manualmente o automáticamente también será proporcionado para que los especímenes sumergidos alcancen la temperatura de 25 ± 1ºC para los ensayos de compresión. Cualquier cazuela o tanque puede ser usado si está provista de tamaño suficiente para permitir la inmersión total de los especímenes.

4.3 Se requerirá de una balanza y baño de agua con equipos y accesorios adecuados para el pesado de los especímenes de ensayo en aire y agua a fin de determinar sus densidades, la cantidad de absorción y cualquier cambio en el volumen del espécimen resultado de la prueba

de inmersión.

4.4 Se requerirá también de un suministro de platos de transferencia planos de vidrio u otro material no-reactivo. Uno de estos platos será mantenido debajo de cada espécimen durante el período de inmersión y durante la posterior manipulación, excepto en el pesado y ensayo a fin de prevenir la rotura y distorsión de los especímenes.

5.0 MUESTRA

5.1 Por lo menos 6 especímenes cilíndricos de 101,6 por 101,6 mm serán hechos por cada ensayo. El procedimiento descrito en el método de prueba MTC E 513 será seguido en la preparación de la mezcla suelta y en el moldeo y curado de los especímenes de ensayo.

Nota 1. Este método de ensayo fue desarrollado para medir la pérdida de la resistencia a la

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compresión debido al agua para especímenes diseñados con aproximadamente 6% de vacíos de aire por el procedimiento de compactación del método de ensayo MTC E 513. Cuando es usado con mezclas diseñadas por otros métodos, es posible que los especímenes sean compactados a algún otro nivel de vacíos que puedan influir los resultados. Algunas agencias han establecido un porcentaje de vacíos de aire o densidad objetivo a los cuales los especímenes deberían ser compactados. Esto es logrado por la modificación de la carga en el moldeo y curado de los especímenes de ensayo.

5.2 Determinación de la Gravedad Específica bulk de los especímenes de prueba.

5.2.1 Dejar enfriar cada serie de 6 especímenes de prueba por lo menos 2h después sacarlos del curado del horno descrito en el método de prueba MTC E 513. Determinar la gravedad específica de cada espécimen de acuerdo con las secciones de procedimiento (especímenes completamente secos) y cálculo (gravedad específica bulk) del método de prueba MTC E 514

ó ASTM D 6752.

Nota 2. El cálculo de los vacíos de aire puede depender del método de ensayo usado para

determinar la gravedad específica bulk de la muestra compactada.

6.0 PROCEDIMIENTO

6.1 Clasificar cada serie de 6 especímenes de prueba en 2 grupos de 3 especímenes cada uno de tal forma que la gravedad específica de los especímenes en el grupo 1 sea esencialmente la misma que para el grupo 2. Ensaye los especímenes en el grupo 1 como se describe en 6.1.1.

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Ensaye los especímenes del grupo 2 como se describe en 6.1.2 a menos que el procedimiento

alternativo descrito en 6.1.3 sea especificado.

6.1.1 Grupo 1.- Llevar los especímenes de prueba a la temperatura de ensayo 25 ± 1ºC por medio de almacenarlos en un baño de aire mantenido a la temperatura de ensayo por no menos de 4 horas y determinar sus resistencias a la compresión de acuerdo con el método de ensayo MTC E 513.

6.1.2 Grupo 2.- Sumergir los especímenes de prueba en agua por 24 horas a 60 ± 1ºC.

Transferirlos al segundo baño de agua mantenido a 25 ± 1ºC y guardarlos por 2 horas.

Determine la resistencia a la compresión de los especímenes de acuerdo con el método de

prueba MTC E 513.

6.1.3 Grupo 2 (procedimiento alternativo). - sumergir los especímenes de prueba en agua por 4 días a 49 ± 1ºC transferirlos al segundo baño de agua mantenido a 25 ± 1ºC y guardarlos

allí por 2 horas. Determine la resistencia a la compresión de los especímenes de acuerdo con

el método de prueba MTC E 513.

7.0 CALCULOS E INFORME

7.1 CALCULOS

7.1.1 Calcular el índice numérico de la resistencia de mezclas bituminosas al efecto dañino del agua, como el porcentaje de la resistencia original que es retenida después del periodo de inmersión como sigue:

Índice de resistencia retenida, % = (S2/S1) x100

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Donde:

S1 = Resistencia a la compresión de especímenes secos (grupo 1)

S2 = Resistencia a la compresión de especímenes sumergidos (grupo 2)

8.0 PRECISION Y DIPERSION

8.1 PRECISION

8.1.1 Precisión de un solo operador- La desviación Standard de un solo operador se ha encontrado que es 6% (ver nota 2), Por lo tanto, los resultados de dos ensayos conducidos

adecuadamente por el mismo operador en el mismo material no deberían diferir por más de

18% (ver nota 3).

Nota 3. Estos números representan, respectivamente los límites (1s) y (d2s) como lo descrito en la práctica ASTM C 670.

8.1.2 Precisión Multilaboratorio – La desviación estándar multilaboratorio se ha encontrado que es 18% (ver nota 2), Por lo tanto, los resultados de 2 ensayos conducidos adecuadamente por 2 laboratorios diferentes en muestras idénticas del mismo material, no deberían diferir por más de 50% (ver nota 3).

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2.3. BASES CONCEPTUALES

• AGREGADO: Material granular de composición mineralógica como arena, grava, escoria, o roca triturada, usado para ser mezclado en diferentes tamaños. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018).

• ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO O MECÁNICO: Procedimiento el cual sirve para saber la proporción que se tiene de cada tamaño de un material. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

• ASFALTO: Material cementante, de color marrón oscuro a negro derivado del petróleo, El asfalto se encuentra en relaciones que varían en la mayoría del crudo de petróleo.

(Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

• CAMINO: Vía terrestre para el tránsito de vehículos motorizados y no motorizados, peatones y animales, con excepción de las vías férreas. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

• CEMENTO ASFÁLTICO: Un asfalto con flujo o sin flujo, especialmente preparado en cuanto a calidad o consistencia para ser usado directamente en la construcción de pavimentos asfálticos. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

• CONTENIDO DE HUMEDAD: Volumen de agua de un material determinado bajo ciertas condiciones y expresado como porcentaje de la masa del elemento húmedo, es decir, la masa original incluyendo la sustancia seca y cualquier humedad presente.

(Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

• COMPRESIÓN: Esfuerzo generado al emplearse cargas axiales, hay varios ensayos con los que se puede encontrar esta propiedad como lo es el ensayo de compresión con prensa hidráulica para testigos de concreto como de material bituminoso. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018)

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• TESTIGO: Muestra cilíndrica que puede ser de concreto o me alguna mezcla asfáltica (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018).

• VACÍOS: Son los espaciamientos que existen en una muestra compactada la cual se encuentra rodeada de partículas de asfalto. (Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 2018).

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2.4. HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN 2.4.1. HIPÓTESIS GENERAL

La implementación del ensayo inmersión compresión mejora significativamente la evaluación del desempeño del pavimento de mezcla asfáltica en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019.

2.4.2. HIPÓTESIS ESPECIFICA

a. El ensayo de inmersión compresión mejora significativamente la evaluación del efecto del agua en la resistencia a la compresión de mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019.

b. El ensayo de inmersión compresión mejora significativamente la evaluación del efecto del agua en la resistencia conservada de mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019.

c. El ensayo de inmersión compresión ayuda al ensayo de Marshall a evaluar significativamente el efecto del agua en el desempeño de mezclas asfálticas en caliente sometidos a altas precipitaciones – Huancayo 2019.

2.5. VARIABLES E INDICADORES 2.5.1. VARIABLE INDEPENDIENTE

Mezcla asfáltica en caliente

Dimensión 1: Contenido de asfalto

Indicador 1: Diseño de mezcla asfáltica en caliente para el ensayo inmersión compresión.

Indicador 2: Óptimo contenido de asfalto para el Ensayo inmersión compresión.

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Dimensión 2: Caracterización de agregados Indicador 1: Curva Granulométrica

Indicador 2: Uso granulométrico 2.5.2. VARIABLE DEPENDIENTE

Ensayo Inmersión compresión.

Dimensión 1: Resistencia a la compresión

Indicador 1: Resistencia promedio (Mpa) del grupo 1 en inmersión de 25°C y 24 horas por contenido de cemento asfaltico

Indicador 2: Resistencia promedio (Mpa) del grupo 2 en inmersión de 60°C y 24 horas por contenido de cemento asfaltico

Dimensión 2: Resistencia conservada

Indicador 1: Índice porcentual entre la resistencia a la compresión a 25°C y 60°C

Dimensión 3: Estabilidad y Fluencia

Indicador 1: Índice de relación de estabilidad entre el ensayo de Inmersión Compresión y el ensayo de Marshall

Indicador 2: Índice de relación de fluencia entre el ensayo de Inmersión Compresión y el ensayo de Marshall