UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS
LINEA DE INVESTIGACIÓN:
INGENIERÍA DE TRANSPORTES
PRESENTADO POR:
Bach. ROJAS VÁSQUEZ, ANDERSON JESÚS ASESOR:
Mg. PÉREZ CANCHANYA, JOB
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO CIVIL HUANCAYO – PERÚ
2020
“RECICLADO DE PAVIMENTO FLEXIBLE DE LA AV. LEONCIO
PRADO, CON ADICIÓN DE ASFALTO MODIFICADO CON
POLÍMEROS EN EL DISTRITO DE CHILCA, HUANCAYO - 2018”
I DEDICATORIA
La presente tesis está dedicado a mi hijo Eduardo Fabián mi mejor amigo, quien me enseñó a amar de una manera tan especial y es el motivo más grande que tengo para seguir mejorando en cada aspecto de mi vida. A mi adorada madre Glorinda Vásquez Aquino, quien siempre me brinda su apoyo en los momentos más difíciles de mi vida.
A mi abuelita Liduvina, que me acompañó y guió desde mi niñez hasta que Dios se la llevó. A mis tres hermanos Mitchel, Ivanh y Gisela, que sus distintas virtudes me apoyan a seguir creciendo como ser humano y profesional.
II AGRADECIMIENTOS
Al finalizar esta tesis quiero agradecer a Dios, a mi madre, a mi hijo y mis tres hermanos que con su amor, esfuerzo y empuje me apoyaron incondicionalmente a culminar mis objetivos en mi carrera universitaria y me brindaron el apoyo suficiente para no rendirme en momentos complicados de mi vida.
Asimismo, agradezco a la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional del Centro del Perú, a mi asesor y a todos los catedráticos de la facultad, quienes con su constante exigencia forman profesionales de calidad en nuestra Región.
III ÍNDICE
DEDICATORIA ... I AGRADECIMIENTOS ... II ÍNDICE... III ÍNDICE DE TABLAS ... VI ÍNDICE DE FIGURAS ... VII RESUMEN ... VIII ABSTRACT ... IX
INTRODUCCIÓN ... 1
CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN ... 4
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 4
Problema General ... 5
Problemas Específicos ... 5
1.2. OBJETIVOS ... 6
Objetivo General ... 6
Objetivos Específicos ... 6
1.3. HIPÓTESIS ... 7
Hipótesis General ... 7
Hipótesis Específicos ... 7
1.4. DELIMITACIÓN ... 8
Delimitación Conceptual ... 8
Delimitación Espacial ... 8
Delimitación Temporal ... 8
1.5. JUSTIFICACIÓN ... 8
Justificación Teórica ... 8
Justificación Práctica ... 9
Justificación Metodológica ... 10
Justificación Social... 10
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO ... 11
2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ... 11
Antecedentes Internacionales ... 11
Antecedentes Nacionales ... 14
2.2. BASES TEÓRICAS ... 18
Manual de carreteras – especificaciones técnicas generales para construcción EG-2013... 18
Manual de ensayo de materiales... 18
Metodología Marshall. ... 18
2.3. MARCO CONCEPTUAL ... 19
Reciclado de pavimento envejecido ... 19
IV
Asfalto modificado con polímeros... 19
Polímero tipo I ... 21
Elastómero SBS ... 21
Estabilidad: ... 22
Flujo: ... 22
Durabilidad: ... 23
Resistencia a la fatiga: ... 23
Resistencia al deslizamiento: ... 24
Impermeabilidad: ... 24
Ensayo de Marshall ... 24
CAPÍTULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ... 26
3.1. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ... 26
Método de la Investigación ... 26
Tipo de la Investigación ... 26
Nivel de la Investigación ... 27
Diseño de la Investigación ... 27
Método científico ... 27
3.2. IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES ... 28
Variable independiente ... 28
Variable dependiente ... 28
Matriz de operacionalización de variables ... 28
3.3. POBLACIÓN, MUESTRA Y MUESTREO ... 28
Población ... 28
Muestra ... 29
3.3.3 Instrumentos de recolección de datos ... 29
Muestreo ... 29
Tamaño de la muestra ... 29
3.4. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE INFORMACIÓN ... 30
Criterio de evaluación de las muestras ... 30
3.5. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 31
Técnicas de recolección de datos ... 31
3.6. TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE DATOS ... 31
Instrumentos de recolección de datos ... 31
3.7. PROCEDIMIENTO DE RECOLECCCIÓN DE DATOS ... 32
3.8. TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE DATOS ... 33
3.9. PROCEDIMIENTO METODOLÓGICO DEL TRABAJO ... 34
Descripción de la zona de investigación ... 34
Metodología de trabajo. ... 35
Lavado asfáltico ... 38
V
Granulometría del asfalto reciclado ... 42
Diseño de mezcla de Marshall ... 50
Preparación de las muestras (briquetas) de ensayo ... 51
Ensayos de resistencia de la carpeta asfáltica. ... 53
CAPÍTULO IV RESULTADOS Y DISCUSIONES ... 56
OE1: Influencia de la adición del asfalto modificado con polímeros en la estabilidad y la fluencia en la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018. ... 56
OE2: De qué manera afecta la adición del asfalto modificado con polímeros en el peso unitario y volumen de vacíos de la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018. ... 59
OE3: Cálculo de el porcentaje óptimo de asfalto modificado con polímeros para la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018. ... 62
ANALISIS ESTADÍSTICO DE DATOS ... 65
CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 81
5.1. CONCLUSIONES... 81
5.2. RECOMENDACIONES ... 83
CAPÍTULO VI REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ... 84
CAPÍTULO VII ANEXOS ... 87
VI ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Características del asfalto modificado con polímeros (PG76-22 SBS) ... 21
Tabla 2. Especificaciones para el Asfalto ... 22
Tabla 3. Operacionalización de variables ... 28
Tabla 4. Procedimiento metodológico de la investigación. ... 34
Tabla 5. Granulometría del pavimento reciclado ... 43
Tabla 6. Gradación de la mezcla asfáltica para determinar el tipo de MAC a usar. (MAC-1) 44 Tabla 7. Análisis granulométrico de la arena natural. ... 45
Tabla 8. Análisis granulométrico de la piedra chancada de 1/2". ... 46
Tabla 9. Combinación de agregado reciclado, arena natural y piedra de ½”. ... 47
Tabla 10. Peso de agregados por malla de 3% a 5%. ... 48
Tabla 11. Peso de las briquetas elaboradas con el asfalto obtenido... 49
Tabla 12. Especificaciones según clase de mezcla ... 50
Tabla 13. Tabla de resumen resultados de los ensayos de Marshall. ... 55
Tabla 14. Comparación de resultados del ensayo Marshall con la especificación de estabilidad. ... 57
Tabla 15. Comparación de resultados del ensayo Marshall con la especificación del flujo. ... 59
Tabla 16. Resumen de rango aceptable, volumen de vacíos por el % de adición de asfalto con polímeros, considerando el asfalto reciclado RAP. ... 62
Tabla 17. Cuadro resumen de valores obtenidos de los parámetros de control vs los rangos aceptados por las especificaciones técnicas del MTC. ... 63
Tabla 18. Matriz de consistencia. ... 88
VII ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Obtención de material del pavimento envejecido ... 35
Figura 2. Mezcla asfáltica reciclada, triturado manualmente ... 36
Figura 3. Carpeta asfáltica envejecida triturada ... 37
Figura 4. Pesado del asfalto triturado ... 37
Figura 5. Ensayo de lavado asfáltico ... 38
Figura 6. Eliminación de diluyente con asfalto envejecido. ... 40
Figura 7. Retiro de la tapa de la centrifuga después de ... 40
Figura 8. Recuperación del agregado lavado ... 41
Figura 9. Centrífuga de asfalto... 41
Figura 10. Ensayo de granulometría del agregado reciclado ... 42
Figura 11. Curva granulométrica del agregado reciclado ... 43
Figura 12. Curva granulométrica de la arena natural. ... 45
Figura 13. Curva granulométrica de la piedra chancada de 1/2". ... 46
Figura 14. Curva granulométrica de la combinación de agregado reciclado, piedra chancada de ½ y arena natural. ... 47
Figura 15. Ensayo de Marshall, para determinación de estabilidad y fluencia. ... 54
Figura 16. Línea de tendencia de la estabilidad de la mezcla reciclada con adición de diferentes % de asfalto modificado con polímeros. ... 56
Figura 17. Línea de tendencia del flujo. ... 58
Figura 18. Tendencia del peso unitario vs % adición de asfalto modificado con polímeros. . 60
Figura 19. Tendencia del volumen de vacíos vs % adición de asfalto modificado con polímeros... 61
Figura 20. Determinación del % óptimo de adición de asfalto modificado con polímeros. ... 64
VIII RESUMEN
La presente tesis titulada “Reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el distrito de Chilca, Huancayo – 2018”, fue realizada con el fin de evaluar las características del pavimento asfáltico reciclado (RAP) mejorada por la adición los asfaltos modificados con polímeros PG 76-22 SBS. Se analizaron las ventajas que representa el uso del asfalto modificado sobre el pavimento flexible reciclado del distrito de chilca, se estudió también las propiedades mecánicas más importantes como la estabilidad y fluencia, así como el peso unitario y volumen de vacíos de aire registrados en la mezcla asfáltica elaborada con el RAP, con los requisitos de calidad establecidos en el Manual de Carreteras “Especificaciones Técnicas Generales para Construcción” (EG – 2013). Para analizar y determinar las propiedades físico mecánicas de la mezcla asfáltica del pavimento flexible reciclado envejecido, se procedió a tomar muestras en campo el cual seguidamente fue analizado en el laboratorio. Posteriormente se elaboró una mezcla asfáltica en caliente para lo cual se utilizó el método de Marshall para dosificar las mezclas asfálticas empleando pavimento reciclado envejecido con adición de asfalto modificado con polímeros en porcentajes diferentes de 1%, 1.5 % 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5% y 5%; estos porcentajes están basados en los trabajos utilizados como referencias del presente trabajo. Estos distintos porcentajes fueron adicionados a la mezcla asfáltica que previamente tuvo una corrección granulométrica con agregado mineral pétreo virgen seleccionado no reciclado.
Por lo tanto, luego de haber realizado los ensayos se determinó que la mezcla asfáltica reciclada envejecida de la Av. Leoncio Prado del distrito de Chilca con adición del asfalto modificado con polímeros PG76-22 SBS presentan un comportamiento óptimo con una adición de asfalto modificado con polímeros de 2.66 %.
Palabras Claves: Pavimento asfáltico reciclado (RAP), asfalto modificado, comportamiento mecánico de mezclas asfálticas.
IX ABSTRACT
This thesis entitled "Recycling of flexible pavement of Av. Leoncio Prado, with the addition of polymer-modified asphalt in the district of Chilca, Huancayo - 2018", was carried out in order to evaluate the characteristics of the recycled asphalt pavement (RAP) improved by the addition of polymer modified asphalts PG 76-22 SBS. The advantages that the use of modified asphalt represents over the recycled flexible pavement of the district of Chilca were analyzed, the most important mechanical properties such as stability and creep were also studied, as well as the unit weight and volume of air voids registered in the mixture, asphalt prepared with the RAP, with the quality requirements established in the Highway Manual "General Technical Specifications for Construction" (EG - 2013). To analyze and determine the physical- mechanical properties of the asphalt mixture of the aged recycled flexible pavement, samples were taken in the field, which were then analyzed in the laboratory. Subsequently, a hot asphalt mixture was prepared for which the Marshall method was used to dose the asphalt mixtures using aged recycled pavement with the addition of polymer-modified asphalt in different percentages of 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5% and 5%; These percentages are based on the works used as references in this work. These different percentages were added to the asphalt mixture that previously had a granulometric correction with selected non-recycled virgin stone mineral aggregate.
Therefore, after having carried out the tests, it was determined that the aged recycled asphalt mix from Av. Leoncio Prado in the district of Chilca with the addition of polymer-modified asphalt PG76-22 SBS exhibits optimal behavior with an addition of polymer-modified asphalt.
2.66% polymers.
Keywords: Recycled asphalt pavement (RAP), modified asphalt, mechanical behavior of asphalt mixtures.
1 INTRODUCCIÓN
La presente tesis “Reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el distrito de Chilca, Huancayo – 2018”, tiene como finalidad de estudio a la mezcla asfáltica producida con la adición de asfalto modificado con polímeros al RAP de la avenida Leoncio Prado del distrito de Chilca, el cual estuvo sujeto durante su vida útil a la acción continua del tráfico e intemperismo, lo conlleva al envejecimiento natural de los materiales de la mezcla asfáltica del pavimento y esto a su vez provoca que el pavimento flexible sufra un proceso de deterioro continuo, el envejecimiento y deterioro del pavimento flexible provocará una disminución progresiva en los niveles de seguridad y confort. En la actualidad un aspecto de gran importancia es la reutilización de mezclas asfálticas recicladas, buscando mejorar las propiedades de éstas, una alternativa viable es su utilización para producir mezclas asfálticas en caliente con la incorporación de asfaltos modificados con polímeros debido a que la mezcla asfáltica reciclada perdió algunas de sus propiedades. La problemática ambiental proveniente de pavimentos asfálticos que ya cumplieron su vida útil generan grandes pasivos ambientales, por lo que se justifica la búsqueda de nuevas técnicas que permitan reducir estos impactos, estas técnicas logran una mejora en las propiedades físicas y mecánicas de las mezclas asfálticas elaboradas con el material reutilizado, también permiten la reducción en los costos de producción ya que reutilizaran los materiales del RAP con la adición de asfalto modificado con polímeros.
La sensibilización social acerca de lo importante que es preservar el medio ambiente ha hecho que la normativa ambiental sea más conservadora que en el pasado, buscando la sostenibilidad.
La obtención de materias adecuadas para la producción de mezclas asfálticas en caliente cada día es más racionalizada, incrementándose el costo de los materiales y el de su transporte hasta la obra. Otro aspecto importante el cual perjudica al medio ambiente es el no contar con la disponibilidad de un depósito de material excedente para los materiales retirados de los
2 pavimentos que ya cumplieron con su vida útil, sin duda estos problemas se acentúan más en zonas urbanas. Los materiales de los pavimentos convencionales que ya cumplieron con su periodo de vida útil son desechados, esto resulta contraproducente desde un punto de vista técnico, ya que a pesar de estar envejecidos estos conservan gran parte de sus propiedades y al adicionarle asfalto modificado con polímeros se optimiza el comportamiento físico y mecánico de la mezcla asfáltica reciclada. El material fresado y la reutilización del conglomerado asfáltico convencional disminuye considerablemente los costos de producción de una nueva mezcla asfáltica, esto debido a que su implementación demanda sólo 2.66 % de asfalto modificado con polímeros, mientras que una mezcla asfáltica convencional requiere hasta más de un 6% de contenido de ligante asfáltico.
El contenido de la presente tesis consta de cinco capítulos:
CAPÍTULO I: Se cuenta con el método de investigación, que se divide en planteamiento del problema, seguido de los objetivos, formulación de hipótesis, delimitación y justificación de la investigación.
CAPÍTULO II: Cuenta con el marco teórico que está compuesto por antecedentes nacionales e internacionales, los cuales pueden ser trabajos o artículos de investigación, libros que contienen datos que son útiles para la investigación actual, también cuenta con bases teóricas que conceptualizan a las variables de investigación, que en este caso son el asfalto modificado con polímeros y el material reciclado del pavimento de la Avenida Leoncio Prado del distrito de Chilca – Huancayo. Finalmente se cuenta con el marco conceptual.
CAPÍTULO III: En este capítulo, presentamos el marco metodológico el cual incluye el tipo,
3 nivel, diseño y método de la investigación, determinando variables y estableciendo la población, muestra, muestreo, técnicas y los instrumentos de recolección de datos, seguridad y confiabilidad, finalmente los procedimientos de la recolección de datos y sus métodos de análisis.
CAPÍTULO IV: Se muestra los resultados del reciclado de pavimento flexible de la Av.
Leoncio Prado con adición de asfalto modificado con polímeros en el distrito de Chilca de la provincia de Huancayo, para llegar a las discusiones y el hacer análisis final.
CAPÍTULO V: Cuenta con las conclusiones y recomendaciones del reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado con adición de asfalto modificado con polímeros en el distrito de Chilca de la provincia de Huancayo.
CAPÍTULO VI: Bibliografía que muestra información del autor, año, título y nacionalidad de las bases bibliográficas utilizadas en la presente tesis.
CAPÍTULO VII: Consta de la matriz de consistencia, resultados de los ensayos del laboratorio, registro fotográfico de los trabajos realizados y finalmente la autorización de la municipalidad distrital de Chilca para ejecutar trabajos de rotura y extracción de pavimento.
4 CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La infraestructura vial en la ciudad de Huancayo, así como en todo el país, ha tenido un innegable crecimiento en los últimos años, esto se evidencia en el incremento de la necesidad de movilidad y transporte en las ciudades, lo que hace necesario un incremento en el número de vías en nuestro territorio, las cuales deben contar con las adecuadas características físicas y mecánicas, a fin de garantizar la funcionabilidad, serviciabilidad y durabilidad estas vías. La construcción de carreteras genera un gran impacto en el medio ambiente, así como en el desarrollo económico de nuestro país ya que esta actividad en la actualidad implica la concentración de una gran cantidad de recursos y a la vez presenta una dinámica de innovación acelerada que se combina con iniciativas para lograr disminuir los efectos desfavorables para el medio ambiente.
En el área de pavimentos de la ingeniería se ha desarrollado diversas investigaciones para mejorar las características y propiedades funcionales de las mezclas asfálticas para la construcción, mantenimiento o rehabilitación de carreteras que incluyen la sostenibilidad medio ambiental y que a diferencia de los métodos tradicionales que originan sobrecostos y un manejo no racionalizado de los recursos existentes, tiene ventajas no sólo en el aspecto ambiental sino también en los aspectos técnicos y económicos.
Por lo expuesto, la presente tesis investigó una mezcla asfáltica en caliente, producida con el RAP de la Av. Leoncio Prado en Chilca – Huancayo, material pétreo virgen y adición en diferentes porcentajes de asfalto modificado con polímeros. En esta investigación se realizaron ensayos de las briquetas elaboradas con la mezcla asfáltica producida, con el fin de determinar sus propiedades físico mecánicas. El resultado
5 esperado fue la mejora en el desempeño de la mezcla asfáltica producida y la obtención de un porcentaje óptimo de asfalto modificado con polímeros.
Problema General
¿Cuál es el comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018?
Problemas Específicos
a) ¿Cómo la adición del asfalto modificado con polímeros influye en la estabilidad y la fluencia de la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018?
b) ¿De qué manera afecta la adición del asfalto modificado con polímeros en el peso unitario y volumen de vacíos de la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018?
c) ¿Cuál es el porcentaje óptimo de asfalto modificado con polímeros para la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av.
Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018?
6 1.2.OBJETIVOS
Objetivo General
Determinar cuál es el comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018.
Objetivos Específicos
a) Analizar cómo la adición del asfalto modificado con polímeros influye en la estabilidad y la fluencia de la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018.
b) Definir de qué manera afecta la adición del asfalto modificado con polímeros en el peso unitario y volumen de vacíos de la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018.
c) Calcular el porcentaje óptimo de asfalto modificado con polímeros para la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av.
Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018.
7 1.3.HIPÓTESIS
Hipótesis General
El comportamiento mecánico cumple los requisitos mínimos normados para mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av.
Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018.
Hipótesis Específicos
a) La adición de asfalto modificado con polímeros influye favorablemente en la estabilidad y la fluencia de la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018.
b) La adición de asfalto modificado con polímeros incrementa el peso unitario y volumen de vacíos de la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018.
c) El contenido óptimo de asfalto modificado con polímeros es inferior al 3%
para la mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Av. Leoncio Prado, con adición de asfalto modificado con polímeros en el Distrito de Chilca, Huancayo – 2018.
8 1.4.DELIMITACIÓN
Delimitación Conceptual
El presente estudio se enfoca en el área de transportes, tema pavimentos debido a que busca determinar las propiedades físico mecánicas del material reciclado del pavimento flexible, además de su resistencia a la deformación causada por factores climatológicos y de tránsito medido a través de su estabilidad, fluencia y densidad.
Además, se medirán las mismas características en la mezcla asfáltica producida con RAP y asfalto modificado con polímero y se evaluará los resultados de ambos para conocer si esta adición mejora la condición del pavimento reciclado.
Delimitación Espacial
La mezcla asfáltica reciclada de la Avenida Leoncio Prado – Chilca Huancayo 2018.
Delimitación Temporal
La presente tesis se desarrolló en el periodo comprendido entre setiembre del 2018 y diciembre del 2020.
1.5.JUSTIFICACIÓN
Justificación Teórica
Desde que se puso en uso el pavimento se ha relacionado con factores físicos y climáticos, pero muchos de estos factores suelen tener un impacto negativo en el pavimento flexible, causando grietas y desintegración de sus componentes,
9 así como fallas funcionales y estructurales reflejadas en la deformación superficial del pavimento.
Por tal motivo en esta investigación se pretende evaluar las características de la mezcla asfáltica producida con RAP adicionando asfalto modificado con polímeros para su reutilización, obteniendo un nuevo pavimento flexible que cumpla las especificaciones técnicas generales del manual de carreteras y a la vez lograr un diseño que se ajuste y cumpla con los usos granulométricos, logrando así reducir costos de agregados y ligante asfáltico.
Justificación Práctica
En la presente tesis se ofrece una alternativa de solución con ventajas técnico, económico y ambientales, pues los efectos de la saturación de residuos de los pavimentos no utilizados son muy negativos, no sólo por el uso de elementos contaminantes que se dejan expuestos sino también por la pérdida de material no renovable del pavimento que ya cumplió con su periodo vida útil.
La reutilización de mezclas asfálticas envejecidas obedece a técnicas de reciclado y diversos ensayos de laboratorio para conocer sus propiedades físico mecánicas en su estado actual y que mezclados con asfalto modificado con polímeros, basado en el ensayo de Marshall resulten en la combinación adecuada de un material nuevo con parámetros de calidad de un pavimento flexible usado en cualquiera de las vías existentes o nuevas con la filosofía de diseño de carreteras que exige cumplir y asegurar la calidad de la superficie de rodadura de una vía para mitigar el impacto socio ambiental, permitiendo un adecuado nivel de seguimiento y control para la preservación de los ecosistemas y mejorar la calidad de vida de la población según lo establece (EG – 2013,
10 manual de carreteras, especificaciones técnicas generales para construcción), además que cumpla con las expectativas de servicio para beneficio de los usuarios.
Justificación Metodológica
Las rehabilitaciones de las carreteras en nuestro país son muy costosos por lo cual se debe priorizar el reciclado del pavimento asfáltico como una opción para obtener materiales a ser empleados en la rehabilitación de nuestras vías, verificando y monitoreando que cumplan con los parámetros requeridos por las especificaciones técnicas para asfaltos y pavimentos mediante ensayos de laboratorio y de campo con el fin de recuperar sus propiedades físicas y mecánicas, tratando de garantizar buen desempeño en las propiedades de la mezcla asfáltica producidas con el RAP añadiendo asfalto modificado con polímeros.
Justificación Social
Reducir la cantidad de los agregados utilizados para la elaboración de mezclas asfálticas.
La reutilización de los pavimentos flexibles puede contribuir notablemente en la reducción del impacto ambiental manteniendo materias primas en las canteras ya que disminuye la actividad de extracción de los materiales pétreos y reduciendo el volumen de residuos.
11 CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1.ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN Antecedentes Internacionales
Según Wulf Rodriguez (2008). En la tesis de pregrado titulada "Análisis de pavimento asfáltico modificado con polímeros", la prueba Marshall se utilizó específicamente para comparar y analizar asfalto convencional y asfalto modificado con polímeros. Además, también se probó la estabilidad del pavimento para determinar si tiene mayor durabilidad en condiciones normales de uso y también se probó la fluidez del pavimento para determinar si la fluidez del asfalto modificado con polímero era baja, también una prueba de compresión. Se realizó el tratamiento de la muestra con asfalto y polímero convencionales.
En este estudio, la mezcla elaborada mediante el uso de polímeros en asfalto y elaborada a alta temperatura tiene un recubrimiento completamente suficiente, por lo que no hay problema en mezclar o compactar.
Además, al analizar los resultados obtenidos de estabilidad y fluencia queda demostrado que las mezclas asfálticas elaboradas con asfaltos modificados poseen un mejor comportamiento que las mezclas elaboradas con asfalto convencional, ya que la finalidad de modificar los asfaltos es mejorar sus propiedades.
Una vez eliminada la tensión de tracción que sufre el asfalto modificado con polímeros, volverá a su posición original. Por lo tanto, el objetivo que se persigue con respecto al asfalto modificado con polímeros es tener ligantes
12 más viscosos a altas temperaturas para reducir la deformación permanente (formación de surcos), en lugar del asfalto modificado que exhibe una mayor recuperación de forma y luego una menor deformación permanente. La mezcla que constituye la capa portante.
De acuerdo con los resultados de las pruebas de laboratorio obtenidas, también se resuelve que el asfalto modificado con polímero tiene una mayor capacidad para mantener su forma bajo la presión a la que está sometido.
Según Diana Janeth López Pérez (2017). En su tesis de pregrado
"Caracterización de la mezcla asfáltica en caliente elaborada con cemento asfáltico modificado con polímero SBS y RET mediante la determinación del módulo de rigidez", donde el objetivo era que partir del módulo de rigidez se pudiera caracterizar mezcla de asfalto con el uso de cemento asfáltico modificado SBS y RET.
En los resultados se evidencia el incremento de la estabilidad y flujo en la mezcla asfáltica modificada con polímero RET Y SBS respecto al valor obtenido con la mezcla convencional, por lo que la rigidez Marshall (E/R) aumenta teniendo como premisa que la polimerización mejora la capacidad de resistir deformaciones plásticas y aumento de la capacidad de carga. Sin embargo, con el porcentaje mayor analizado de polímero se denota un descenso en esta propiedad y en cuanto al flujo tiende a mantener valores similares en los porcentajes de polímero.
Según Angel Sanchez (2009). En su “Estudio de las Ventajas de la Recuperación Térmica In-Situ de Calor en Pavimentos Flexibles”, como parte
13 de los trabajos realizados, encontró que luego de un año de intervención, cerca del 65% de los tramos viales de los inspeccionados se encontraban en buen estado donde sólo se requerian operaciones de mantenimiento de rutina, y el 35% restante de las superficies en buen estado requeria un mantenimiento de intensidad moderada para reducir el deterioro gradual de la superficie de la calzada. Entre las deficiencias encontradas en la aplicación técnica en Aguascalientes, México, se encontró que el equipo utilizado trabajó con llama directa para calentar la superficie del pavimento y poder fresar, donde la emisión de gases de escape afecto a la atmósfera y el sobrecalentamiento de las carpetas existentes. En la cita revisada, se encuentra que en otros países el equipo utiliza un sistema de calentador radiante; por otro lado, la implementación de la compactación térmica general de la plataforma de re- nivelación (material reciclado) y la plataforma rodante (material nuevo) no garantiza una compactación uniforme y no reduce el riesgo de fallas entre carpetas.
Según Hector Albeiro Restrepo Sierra (2015). En su “Estudio sobre las Ventajas Económicas del Reciclaje en Frío In Situ de Pavimentos Asfálticos”, la decisión de reutilizar materiales existentes no ha sido muy difundida, pero como intervienen las necesidades ambientales actuales y el agotamiento de algunos recursos del sitio en la zona, utiliza mayor relevancia y producirá menores costos de construcción. Los productos de reciclaje y estabilización son alternativas viables y económicas a las estructuras, ya que permiten reutilizar materiales existentes en la vía y obtener nuevos materiales de buena calidad para asegurar la durabilidad de la estructura y cumplir con las
14 especificaciones de diseño. Se logra una importante reducción de costos debido a los menores costos de transporte de nuevos materiales. Con la implementación del Plan A para el mantenimiento de caminos secundarios; en comparación con otras alternativas sugeridas, cada intervención en un kilómetro de camino puede ahorrar hasta un 35% del costo de implementación.
Después de analizar todas las posibles alternativas de mantenimiento y no mantenimiento, se puede asegurar que la Opción A seguirá teniendo una ventaja económica sobre otras opciones, incluso si es la suma de los valores recomendados para la intervención en el mantenimiento diario de la vía. . Al final de la vida útil, ahorra alrededor del 23% de los costes económicos.
Teniendo en cuenta las ventajas económicas, se pueden utilizar árboles de decisión y criterios de incertidumbre para determinar que la mejor alternativa para el mantenimiento y reparación de carreteras secundarias es la adición de cemento para recuperar el pavimento. Ofrece preguntas sobre la reutilización de piedra existente en la carretera de intervención. Se recomienda que al prepararse para un trabajo futuro que implique la consulta de expertos, diseñe un formato de encuesta para recopilar sus opiniones de manera ordenada.
Antecedentes Nacionales
Según Chuman Aguirre (2017). En su tesis de pregrado titulada "Reutilización de pavimento flexible envejecido mediante el empleo de una planta procesadora de mezcla asfáltica para pavimentos en Huancayo 2016 ", el objetivo principal es evaluar la reutilización de pavimentos flexibles envejecidos mediante el uso de asfalto caliente en una planta procesadora.
Con la meta de que las condiciones adecuadas de procesamiento del material
15 cumplan con las especificaciones técnicas y de calidad del pavimento flexible, se obtiene el resultado de la reutilización del pavimento flexible envejecido es factible. Además, los resultados de ejecución de la mezcla experimental mediante el método Marshall verificaron la viabilidad de reutilizar una parte del material residual del pavimento flexible como material aglutinante en la mezcla asfáltica procesada por la planta de asfalto caliente. Asimismo, utilizando el residuo de la calzada flexible envejecida para la aplicación de la mezcla asfáltica, se pueden obtener resultados satisfactorios, permitiendo determinar la estabilidad y fluidez como parámetros medibles de la calidad de la mezcla asfáltica.
Según Valdivia Sánchez (2017). En su trabajo de investigación de pregrado
"Análisis del comportamiento mecánico de mezclas asfálticas en caliente incorporando polímeros SBS agregado en la Av. Universitaria cuadra 53 al 57- Comas, Lima", el propósito principal es determinar cómo la adición de polímero SBS puede mejorar las propiedades mecánicas de la Av.
Universitaria cuadra 53 a 57-Comas, Lima 2017. Los resultados obtenidos en este estudio se basan en pruebas realizadas en el laboratorio, estas pruebas fueron verificadas mediante la adición de polímero SBS, que mejora el proceso de trabajo de las mezclas asfálticas calientes porque su temperatura de mezclado es de 161 °C a 168 °C y compactación es de 151,1 °C a 158,1 °C y esto se llega a producir una mayor viscosidad que la convencional.
Dado que la estabilidad se ha incrementado de 1389,4 kg a 1921,4 kg referente a la mezcla convencional con la mezcla modificada, la estabilidad ha aumentado en un 38,28%, por lo que la mezcla de polímero SBS con cemento
16 asfáltico mejora el comportamiento de desplazamiento. De manera similar, muestra que la mezcla asfáltica modificada aumenta su capacidad para resistir posibles deformaciones y desplazamientos bajo cargas de tráfico repetidas.
Según Estrada Escalante (2017) En su tesis de investigación de pregrado titulada " Estudio y análisis del desempeño de la mezcla de asfáltica modificado con polímero SBS PG 70-28", su objetivo principal es estudiar y evaluar la mezcla de asfalto convencional PEN 85/100 Plus y el polímero SBS PG 70-28 modificado.
Los resultados obtenidos en el comportamiento de la mezcla asfáltica tienen en cuenta el valor de la resistencia a la deformación permanente y la fatiga.
Para la resistencia y deformación permanente de la mezcla asfáltica convencional PEN85 / 100 Plus, se obtuvo que la profundidad del ahuellamiento es de 12,50 mm en 15 631 pasadas promedio, lo que evidencio que no cumple con el requisito de 20000 pasadas establecido para la prueba.
En la Mezcla asfáltica modificada con polímero SBS PG 70-28, la profundidad promedio es de 3.79 mm para el promedio de 20000 pasadas, esto está muy por debajo del límite máximo especificado, lo que asegura una excelente resistencia al ahullamiento. En términos de resistencia a la fatiga de la viga de cuatro puntos, la mezcla de asfalto modificado con polímero SBS PG 70-28 resistió con éxito 3.244.490 ciclos de carga repetidos sin perder el 50% de su rigidez inicial. Por otro lado, la mezcla asfáltica tradicional PEN 85/100 Plus solo puede soportar 186 223 ciclos de carga repetidos, y su pérdida de rigidez inicial es igual al 50%, lo que demuestra que la resistencia a la fatiga de la mezcla asfáltica modificada con SBS PG 70-28 es mejor que su la resistencia
17 que brinda la mezcla asfáltica tradicional PEN 85/100 Plus, es 17 veces mayor, lo que demuestra la gran efectividad del asfalto modificado con polímeros SBS en términos de rendimiento.
Según Yesabel (2018). En su investigación "Influencia del reciclaje de pavimento flexible para mejorar la conservación vial entre las calles 6 y 7 de Ventanilla Alta, 2018", se determinó que el reciclaje de pavimento flexible afectó favorablemente la conservación de la vía entre las calles 6 y 7 de Ventanilla Alta en 2018. Otros trabajos relacionados con este proyecto de investigación han comprobado la protección vial encontrada al aplicar in situ el método de regeneración de calzada flexible en frío. Por lo tanto, el piso flexible envejecido se puede reutilizar después del procedimiento de reparación. Además, benefíciese de forma productiva – económica y minimice la contaminación ambiental. La conclusión es que el reciclaje de pavimento flexible incide en la mejora de las propiedades físicas del pavimento. Hay muchas formas de regenerar el pavimento, la finalidad del método de regeneración es recuperar el 100% del material original, esto se consigue mezclando el pavimento envejecido con diferentes tipos de emulsiones. Por otro lado, las ventajas de utilizar estos métodos son: ausencia de emisiones de contaminantes, requisitos mínimos de energía, alta productividad y la posibilidad de reciclar una capa de asfalto de mayor espesor. Se puede concluir que a través de la investigación de este proyecto, el reciclaje de pavimento flexible incide en la mejora del tráfico de vehículos entre la calle 6 y la calle 7, porque el método corrige los defectos de origen de la superficie y la estructura y mejora el contorno geométrico de la vía.
18 2.2.BASES TEÓRICAS
Manual de carreteras – especificaciones técnicas generales para construcción EG-2013.
Este manual nos indica requerimientos que deben tener los materiales en este caso la sub base el cual es el objeto de estudio para su estabilización mediante la interacción de dos estabilizantes (Químico y emulsión asfáltica). Se debe cumplir los valores de límites de consistencia, índice de plasticidad y valor CBR.
Manual de ensayo de materiales
Este manual está en el manual de carreteras establecido por el Reglamento Nacional de Gestión de Infraestructura Vial.
Los ensayos realizados tales como: El contenido de humedad, límite líquido, granulometría, límite plástico, el proctor modificado y el CBR; están estandarizados en método y procedimientos.
Esta normativa esta referenciada por instituciones internacionales: AASHTO, ASTM, Instituto de Asfalto ACI y NTP.
Metodología Marshall.
El método original Marshall sólo se aplica a mezclas de asfalto en caliente para pavimentos que contienen agregados del tamaño máximo o menos de 25 mm (1 pulgada). El método Marshall mejorado es adecuado para tamaños de hasta 38 mm (1,5 pulgadas). Este método es adecuado para el diseño de laboratorio y el control de campo de una mezcla de asfalto caliente con gradación densa.
19 2.3.MARCO CONCEPTUAL
Reciclado de pavimento envejecido
Según Jorge Alarcón Ibarra. Se entiende por reciclaje de un pavimento a la reutilización de dicho material para la construcción de una nueva capa mediante la disgregación de los componentes de un pavimento en una determinada profundidad y la adición de un conglomerante/ aglomerante (cemento asfáltico, emulsión, betún espumado), agua (para la hidratación, amasamiento y compactación), eventualmente agregados (a fin de corregir las deficiencias granulométricas) más algún aditivo.
Asfalto modificado con polímeros
Según Fernando Andrés Wulf (2008). Los materiales asfálticos modificados son el resultado de la disolución o incorporación en el asfalto de un polímero que es una sustancia estable en el tiempo y estable a cambios de temperatura que se le añade al material asfáltico para modificar sus propiedades físicas y mecánicas y disminuir su susceptibilidad a la temperatura y humedad, así como la oxidación.
Los modificadores producen una actividad superficial iónica que incrementa la adherencia en la interface entre el material pétreo y el material asfáltico conservándola aún en presencia del agua. También aumenta la resistencia de las mezclas asfálticas a la deformación y a los esfuerzos de tensión repetidos y por lo tanto a la fatiga y reducen el agrietamiento, así como la susceptibilidad de las capas asfálticas a las variaciones de temperatura. Estos modificadores por lo general se aplican directamente al material asfáltico antes de mezclarlo con el material pétreo.
20 Los asfaltos modificados con polímeros incrementan la vida útil de un pavimento de dos a tres veces (según el caso a aplicar) con un costo adicional de hasta un 25% sobre la mezcla asfáltica.
2.3.2.1.Asfalto modificado con polímeros grado PG 76-22 SBS
Según la Impulsora de asfalto, S.A.C. de C.V., (2019) “Los asfaltos modificados con polímeros son fabricados con asfaltos normalizado a los cuales se le incorporan polímeros elastómeros del tipo SBS (estireno- butadieno-estireno) radial que por reacciones químicas controladas mejoran las características reo lógicas, elásticas, adhesivas, de resistencia a la reacción a la tracción y la susceptibilidad térmica del asfalto original dando como resultado un ligante de alto desempeño.”
“Los asfaltos grado PG (performance grade=grado de desempeño) son aquellos que demuestran que su desempeño ayuda que el pavimento flexible no sufra deformaciones permanentes cuando está sometido a altas temperaturas y que a bajas temperaturas no presenta grietas por fatiga, bajo condiciones de tránsito (volumen y peso).”
“El asfalto PG76-22 es un material ideal para la fabricación de mezclas en caliente (densas discontinuas o SMA) para trabajos de pavimentación que además de sus propiedades aglutinantes e impermeabilizantes posee flexibilidad y altas resistencias a la acción del clima.”.
21 Tabla 1. Características del asfalto modificado con polímeros (PG76-22 SBS)
Fuente: Impulsora de asfalto, S.A.C. de C.V., 2019
Polímero tipo I
Según la Impulsora de asfalto, S.A.C. de C.V., (2019). Son polímeros que modifican el asfalto para la mejora en el rendimiento de mezclas asfálticas a altas y bajas temperaturas. Está hecho de bloques de estireno, polímeros elásticos radiales tipo di-block o tri-block, utilizando configuraciones como estireno-butadieno-estireno (SBS) o estireno-butadieno (SB). Se utiliza en mezclas asfálticas para carpetas delgadas y estructurales con alto tráfico y vehículos pesados en climas cálidos y fríos.
Elastómero SBS
Según la Impulsora de asfalto, S.A.C. de C.V., (2019). Son polímeros amorfos elásticos estireno butadieno son materiales con estructura molecular que les permite aportar beneficios en las propiedades físicas y mecánicas del asfalto.
22 Tabla 2. Especificaciones para el Asfalto
Fuente: Ministerio Transporte Comunicaciones Estabilidad:
Según Sandoval y Delgado, 2005. Capacidad de la mezcla asfáltica para resistir la deformación impuesta por la carga de vehículos. En la prueba de Marshall, la carga de prueba se aplica a la muestra con una deformación constante de 51 mm (5 pulgadas) por minuto hasta que falla. El punto de falla se determina por la lectura de carga máxima que se obtiene en el ensayo. El número total de Newtons (lb) necesarios para que falle la muestra se registrará como el valor de estabilidad de Marshall.
Flujo:
Según Luis G. Loria. Esta característica representa la deformación de la superficie de la carretera cuando es sometida a presión (por compresión o tensión), lo que nos permite ver la carga necesaria para que la superficie de la carretera pase de la deformación plástica a la deformación permanente. Durante la prueba de estabilidad el medidor del flujo debe mantenerse en la varilla guía,
23 además cuando la carga comience a caer, se debe registrar la lectura como el valor final del flujo. La diferencia entre los valores de flujo inicial y final expresados en unidades de 0,25 mm (1/100 pulgadas), se tomará como el valor de flujo Marshall.
Durabilidad:
Según Reyes, Daza y Rondón, (2012). Esta propiedad se da como la capacidad de resistir la desintegración de los agregados, los cambios en las propiedades del asfalto y la separación de la membrana de asfalto. Este efecto puede ser el resultado de la interacción con el clima y el tráfico, o una combinación de ambos. Generalmente, hay tres formas de mejorar la durabilidad de la mezcla.
La primera es utilizar agregados anti-separación de mayor densidad, la segunda es diseñar la mezcla para lograr la máxima impermeabilidad y finalmente compactar la mezcla para lograr la máxima impermeabilidad.
Resistencia a la fatiga:
Según Reyes y Camacho, (2006). Esto se da como la capacidad de la mezcla para resistir la flexión repetida causada por el paso de un vehículo. La fatiga es el proceso de degradación del material bajo una carga cíclica, que es menor que el valor que puede hacer que rompa la tracción. Durante este proceso, se producirán grietas. Si se cumplen las condiciones necesarias, las grietas continuarán expandiéndose hasta que la pieza se rompa después de aplicar una cantidad suficiente de ciclos. El número de ciclos necesarios depende de varios factores, como el de la carga aplicada.
24 Resistencia al deslizamiento:
Según Segura, (2016).Se atribuye a la capacidad que tiene la mezcla para resistir el deslizamiento al frenar las ruedas de los vehículos. La resistencia al deslizamiento y la fricción se conceptualiza como la fuerza generada en la carpeta asfáltica cuando el neumático deja de girar. Sin embargo, la diferencia entre ellos es que la resistencia al deslizamiento no tiene en cuenta la demanda de fricción generada por la aceleración del automóvil. La resistencia al deslizamiento involucra dos objetos, pero para que dos objetos interactúen se debe considerar la velocidad de movimiento, lo que determinará las siguientes situaciones: Rotación y movimiento de la llanta del automóvil, rotación de la llanta del automóvil, movimiento del neumático del automóvil (deslizamiento).
Impermeabilidad:
Según Sanabria, Garzón y Maldonado, (2010). Se define como la resistencia que tiene la mezcla al aire y al agua que puedan atravesar la capa de asfalto. La impermeabilidad también se define como la propiedad de que un objeto para no permitir el paso de un fluido, además esta propiedad depende principalmente del volumen de los vacíos existentes en la mezcla asfáltica compactada. El grado de impermeabilidad de la mezcla viene determinado por el tamaño que tienen los vacíos existentes sin que estos dependan de que estén o no estén conectados.
Ensayo de Marshall
Según Alejandro Padilla, el ensayo Marshall consiste en diseñar mezclas asfálticas y determinar diferentes parámetros, partiendo dese la preparación continuando con la compactación de las muestras de mezclas asfálticas. Esta prueba se utiliza para varias pruebas físicas como estabilidad, fluidez y densidad
25 de vacíos. Este diseño de prueba utiliza briquetas compuestas de pavimento flexible reciclado y asfalto modificado con polímeros. Para pavimentos de asfalto reciclado, es necesario probar el tamaño de partícula para determinar qué mezcla de asfalto caliente podemos usar para definir la gradación que estamos probando y luego agregar arena o piedras para mejorar la mezcla de asfalto.
Luego de obtener los resultados de la medición del tamaño de partícula de cada agregado, diseñaremos de la siguiente manera: Para el diseño de briquetas, tomamos como peso el peso de 1250 gramos. Entre ellos, tendremos una cierta proporción de asfalto modificado con polímeros y RAP. Luego de obtener la proporción de RAP y agregar nuevo agregado al peso total de la muestra, se continúa obteniendo la cantidad de cada agregado, que depende del porcentaje calculado mediante ensayos repetidos. Para cada dosificación de betún del método Marshall se realiza este proceso, y luego de conocer la cantidad necesaria, se pesa el agregado de acuerdo al diseño. Después de pesar el material, el asfalto modificado con polímero se calienta y se vierte en el recipiente donde se encuentra el agregado y se pesa hasta que el peso es de 1250 gramos. La mezcla se calienta y se vierte en un molde Marshall de 64 mm (2 ½ pulgadas) de alto y 102 mm (4 pulgadas) de diámetro, y luego se compacta en ambos lados 75 veces porque es un caudal alto.
Cuando tienes un molde, debes medir su altura y grosor, y luego pesar la muestra. Lo llamamos peso seco, porque después de eso continúa el roturado y por eso la muestra debe sumergirse en un baño de agua a 60°C por 30 minutos, luego tomar sacarlo y volver a sumergirlo en la cesta para pesarlo. Una vez completada esta operación, continuaremos descomponiendo y leyendo las propiedades descritas en la base teórica anterior.
26 CAPÍTULO III
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1.DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
Método de la Investigación
Los métodos usados para el presente estudio de investigación es el científico y deductivo por aplicar el procedimiento del asfalto modificado con polímeros al pavimento flexible, según Hernández – Sampieri y Mendoza (2018) que definen: “se utilizan procesos sistemáticos, reflexivos y empíricos en su esfuerzo de generar conocimiento, valiéndose de las siguientes estrategias:
observación y evaluación de fenómenos, establecimiento de suposiciones como consecuencia de la observación y evaluación” (p.5).
Tipo de la Investigación
Según el planteamiento del problema y el contexto sobre recursos disponibles se elige el enfoque cuantitativo teniendo como fundamento a Hernández – Siampieri y Mendoza (2018) que refieren: “representa un conjunto de procesos organizado de manera secuencial para comprobar ciertas suposiciones es apropiada cuando queremos estimar las magnitudes u ocurrencia de los fenómenos y probar hipótesis” (p.6).
La presente investigación es de tipo aplicada porque asocia y relaciona las variables asfalto modificado con polímeros y pavimento flexible.
27 Nivel de la Investigación
Por la relación que guardan las variables y sus características entre sí, su actuar de ambas en cumplir el objetivo de la presente investigación se tiene un nivel del tipo correlacional según Hernández – Siampieri y Mendoza (2018) refieren:
“Este tipo de estudios tiene como finalidad conocer la relación o grado de asociación que existe entre dos o más conceptos, categorías o variables en un contexto en particular” (p.109).
Diseño de la Investigación
El diseño de la investigación es experimental porque se administran intencionalmente tratamientos a través de ensayos como se fundamenta según Hernández – Siampieri y Mendoza (2018) refieren: “es una investigación en la que se manipulan deliberadamente una o más variables independientes (supuestas causas antecedentes) para analizar las consecuencias que tal manipulación tiene sobre una o más variables dependientes (supuestos efectos consecuentes) dentro de una situación de control para el investigador” (p.151).
Método científico
Los métodos usados para el presente estudio son el científico y deductivo por aplicar el procedimiento del asfalto modificado con polímeros al pavimento flexible porque según Hernández – Siampieri y Mendoza describen: “se utilizan procesos sistemáticos, reflexivos y empíricos en su esfuerzo de generar conocimiento, valiéndose de las siguientes estrategias: observación y evaluación de fenómenos, establecimiento de suposiciones como consecuencia de la observación y evaluación” (p.5).
28 3.2. IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES
Variable independiente
Material reciclado del pavimento de la Avenida Leoncio Prado del distrito de Chilca – Huancayo.
Variable dependiente
Asfalto modificado con polímeros.
Matriz de operacionalización de variables
Tabla 3. Operacionalización de variables
Fuente: Elaboración propia
3.3.POBLACIÓN, MUESTRA Y MUESTREO
Población
La Mezcla asfáltica producida con el reciclado de pavimento flexible de la Avenida Leoncio Prado, Distrito de Chilca de la provincia de Huancayo región Junín ccon la adición de asfalto modificado con polímeros.
VARIABLES DEFINICIÓN DIMENSIONES INDICADORES
VARIABLE INDEPENDIENTE Material reciclado del pavimento de la Avenida Leoncio Prado del distrito de Chilca – Huancayo
Los pavimentos de asfalto reciclado consisten en materiales de pavimento removidos y / o reprocesados que contienen asfalto y agregados; se utilizan para reconstrucción o restauración.
Propiedades físico mecánicas del pavimento reciclado.
Lavado asfáltico Ensayo de granulometría.
Ensayo de gravedad específica.
Ensayo de Marshall
VARIABLE DEPENDIENTE Asfalto modificado con polímeros
El asfalto modificado es el producto del polímero que se disuelve o mezcla con el asfalto, el propósito es cambiar sus propiedades físicas y de la fluencia para mejorar su desempeño.
Dosificaciones de asfalto con polímeros.
Porcentaje en peso del asfalto modificado con polímeros.
29 Muestra
27 briquetas elaboradas con mezcla asfálticas producida con el reciclado de pavimento flexible más la adición en porcentajes diferentes de 1%, 1.5 % 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5% y 5% del asfalto modificado con polímeros.
3.3.3 Instrumentos de recolección de datos
Referente al instrumento que se utilizó para obtener los datos consistió en tomas fotografías y de una inspección del tramo para determinar el sector a considerar.
También para comprobar los datos de obtenidos en laboratorio se complementó con ensayos de Granulometría y Marshall.
Muestreo
Según (Carrasco Díaz, 2005), el muestreo es una intención no probabilística, porque los investigadores eligen según sus propios criterios sin reglas matemáticas o estadísticas. Además, también se trata de obtener datos lo más representativos posible porque necesitan comprender objetivamente qué son características de la población estudiada. Seguidamente se elige la muestra de forma deliberada, eligiendo los elementos que considere adecuados y más representativos. Con base en lo anterior, la muestra de investigación actual es intencional no probabilística.
Tamaño de la muestra
Según Ccanto Mallma, (2010) “El cálculo del tamaño de muestra depende de qué tipo de investigación se está realizando, esta varia en el procedimiento de acuerdo al tipo de investigación (cualitativa o cuantitativa), en los estudios cuantitativos, el tamaño de la muestra depende de la precisión con que se desea estimar el parámetro de la población. Entre más grande sea la muestra más
30 representativa de la población será.” (Ccanto Mallma, 2010)
De acuerdo a lo señalado el tamaño de la muestra está conformada por la cantidad de briquetas diseñadas en el laboratorio y ensayadas por el ensayo Marshall (tres ensayos realizados por cada porcentaje de asfalto diferente).
Por lo tanto, la muestra son las 27 briquetas elaboradas en la parte experimental con el aporte de residuos de pavimento flexible envejecido, piedra de ½ y arena natural.
3.4.CRITERIOS DE SELECCIÓN DE INFORMACIÓN
Según Tamayo Tamayo, (2003), p. 178, el muestreo intencional también se denomina sesgado; en esto, el investigador recoge elementos que considera representativos, lo que requiere que el investigador tenga un conocimiento previo de la población encuestada para determinar que categorías o que elementos pueden considerarse como tipos representativos de fenómenos en estudio.
Según la investigación actual, la toma de muestra se asume como Intencional.
Criterio de evaluación de las muestras
a) Para la evaluación de los especímenes del diseño de la mezcla asfáltica del pavimento asfaltico flexible reciclado con adición de asfalto modificado con polímeros se produjeron 3 especímenes de cada porcentaje de ligante asfáltico.
b) Las dosificaciones del asfalto modificado con polímeros fueron de: 1%;
1.5%; 2%; 2.5%; 3%; 3.5%; 4%; 4.5% y 5% de asfalto con polímeros para obtener el asfalto óptimo.
31 3.5.TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
Técnicas de recolección de datos
La recolección de los datos está dada por los ensayos que se realizó al material extraído de la Av. Leoncio Prado cuadra 12 y se dio en el siguiente orden:
Extracción de material suficiente de la Av. Leoncio Prado para realizar los ensayos de laboratorio.
Determinación de las propiedades en su estado natural (granulometría).
Adquisición del asfalto modificado con polímeros.
Mezcla del material reciclado con dosificaciones de asfalto modificado con polímeros.
Ensayo de Marshall para determinar la resistencia de la mezcla asfáltica del pavimento flexible.
Análisis de datos estadísticos, interpretación y elaboración de conclusiones y recomendaciones.
3.6.TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE DATOS
Todos los resultados que se obtuvo a través de la investigación se procesaron en un análisis estadístico y se observarán en un cuadro a través de hojas de cálculo electrónicas.
Se utilizó la estadística descriptiva para la evaluación de la información obtenida.
Se utiliza el software Excel y SPSS para los cálculos además el análisis estadístico de los datos de laboratorio y campo.
Instrumentos de recolección de datos
Los instrumentos de recolección de datos fueron de los ensayos de Marshall, el
32 cual se obtuvo a compresión, los cuales se cuentan con los formatos de ensayo para las siguientes etapas:
Formatos de granulometría o formato de curva granulométrica para agregados gruesos y agregados finos.
Formatos para diseño de mezclas de agregados.
Formatos de diseño por Marshall.
Formatos de proporción de agregados para el ensayo de Marshall
Formatos para resultados de compresión para determinar la estabilidad, flujo y relación de vacío.
3.7.PROCEDIMIENTO DE RECOLECCCIÓN DE DATOS
Para la recolección de datos se debe hacer a conveniencia, es decir que nosotros elegiremos la muestra a ensayar. Para luego continuar a roturar todas las briquetas elaboradas del pavimento asfáltico flexible reciclado con adición del asfalto modificado con polímeros. Para obtener los datos se utilizarán fichas de recolección, las fichas de laboratorio son fichas individuales por cada espécimen que diferirán uno del otro debido a que cada ensayo tiene su ficha.
Muestras del ensayo Marshall. 3 briquetas cilíndricas de Ø 4”, h = 2.5”
3 briquetas con 1% de contenido de asfalto modificado con polímeros.
3 briquetas con 1.5% de contenido de asfalto modificado con polímeros.
3 briquetas con 2% de contenido de asfalto modificado con polímeros.
3 briquetas con 2.5% de contenido de asfalto modificado con polímeros.
3 briquetas con 3% de contenido de asfalto modificado con polímeros.
3 briquetas con 3.5% de contenido de asfalto modificado con polímeros.
33
3 briquetas con 4% de contenido de asfalto modificado con polímeros.
3 briquetas con 4.5% de contenido de asfalto modificado con polímeros.
3 briquetas con 5% de contenido de asfalto modificado con polímeros.
Equipos:
Prensa de Marshall, para la compresión de testigos de asfalto.
Cocina.
Papel filtro.
Horno eléctrico calibrado a +- 2°C
Pedestal para compactación
Pisón para compactación manual
Moldes con base y cabezal metálicos
Gata hidráulica manual
Equipo de baño maría
Dial de deformación
Mordaza maciza
Prensa hidráulica de compresión axial
Equipo de gravedad especifica
laptop
3.8. TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE DATOS
Los datos que se obtuvo fueron analizados y procesados con el uso de programas y software para facilitar los cálculos y llegar a los resultados, el software Excel se utilizó para el procesamiento de los datos obtenidos por el método Marshall. En paralelo usaremos el software estadístico SPSS para verificar la confiabilidad de nuestros datos ensayados en el laboratorio.
34 3.9.PROCEDIMIENTO METODOLÓGICO DEL TRABAJO
El procedimiento de esta investigación se realizó de la siguiente manera:
Tabla 4. Procedimiento metodológico de la investigación.
DECRIPCIÓN DE LA ZONA DE
INVESTIGACIÓN
METODOLOGÍA DE TRABAJO
DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
Localización /ubicación de la zona de estudio.
Población.
Recolección de datos.
Análisis de datos.
Trabajos de laboratorio.
Procesamiento y análisis.
Resultados de la investigación.
Procedimiento secuencial de la investigación.
Fuente: Elaboración propia Descripción de la zona de investigación
Esta investigación se realizó en cuadra 12 de la Avenida Leoncio Prado en Distrito de Chilca en la Provincia de Huancayo de la región Junín. Es decir, el tramo de estudio es una porción de material de pavimento reciclado de la cuadra 12 de la Avenida Leoncio Prado en Chilca, Huancayo de la región Junín. El cual, ya cumplió el tiempo de vida útil ya que tiene 25 años desde que se pavimentó.
3.9.1.1.Localización y Ubicación de la zona de estudio.
El área de estudio se encuentra en el distrito de Chilca, provincia de Huancayo, departamento de Junín, que se ubica en la depresión entre los Andes orientales, occidentales y sub andinas en el centro de Perú. A su vez forma parte de la cuenca intermedia del río Mantaro (margen izquierda).
Ubicado en el lado sur del Valle del Mantaro, donde no existen pendiente pronunciadas Al norte se encuentra el distrito El Tambo, al este se conecta con Saños Chico, al sur se conecta con el río Huancayo y al oeste se conecta con el río Mantaro.
