DERECHOS RESERVADOS

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DE EDUCACION SUPERIOR
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE CIVIL
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ANÁLISIS COMPARATIVO DEL COMPORTAMIENTO DE UNA CAPA DE
RODAMIENTO CON MEZCLA ASFÁLTICA TIPO III MEDIDO A DIFERENTES
TEMPERATURAS AMBIENTES.
REALIZADO POR:
Br. Certelli Vivolo, Tommaso
C.I.- 9.744.679
Maracaibo, Abril 2009
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DE EDUCACION SUPERIOR
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE CIVIL
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ANÁLISIS COMPARATIVO DEL COMPORTAMIENTO DE UNA CAPA DE
RODAMIENTO CON MEZCLA ASFÁLTICA TIPO III MEDIDO A DIFERENTES
TEMPERATURAS AMBIENTES.
REALIZADO POR:
Br. Certelli Vivolo, Tommaso
C.I.- 9.744.679
TUTOR ACADEMICO:
Ing. Xiomara Orozco
Maracaibo, Abril 2009
3
ANÁLISIS COMPARATIVO DEL COMPORTAMIENTO DE UNA CAPA DE
RODAMIENTO CON MEZCLA ASFÁLTICA TIPO III MEDIDO A DIFERENTES
TEMPERATURAS AMBIENTES.
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S Tommaso
OCertelli
H
DERECMaracaibo.C.I.-Edo.9.744.679
Zulia Venezuela.
tomm1968@hotmail.com
Ing. Xiomara Orozco
Tutor Académico
4
ACTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi carácter de tutor de grado, el Bachiller Certelli Vivolo, Tommaso presenta la
presente investigación, para optar al título de ingeniero civil, la cual considero que reúne
los requisitos y meritos suficientes para ser sometido a la presentación pública y
evaluación por parte del jurado examinador que se designe.
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En la ciudad de Maracaibo, a los 15 días del mesE
deR
Abril del 2009.
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Ing. Xiomara Orozco
C.I. _______________
5
DEDICATORIA
A DIOS por sobre todas las cosas y a San Benito……
A mis amados padres Giuseppe Certelli y Lucia de Certelli………
A mis hermanas Francesca Certelli y Antonietta Certelli……
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A todos quienes siempre me han brindado su apoyo
ERincondicional………..
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6
AGRADECIMIENTOS
A DIOS por sobre todas las cosas y a San Benito……
A mi tutora Ing. Xiomara Orozco, por su sabiduría y por darme todo el apoyo para el
desarrollo de la presente tesis y por la experiencia de convivir junto a sus enseñanzas a
lo largo mi formación académica.
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A la Directora de la Escuela Ing. Nancy Urdaneta,
EporRescucharnos en todo momento.
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A la Secretaria deE
D laREscuela Lic. Ana Hernández, por ser tan especial con nosotros.
Al laboratorio GEOTECNIA, en especial al Lic. Angel Boscán y al Téc. Darwin Vides.
A todos muchas gracias…..
7
CERTELLI VIVOLO, TOMMASO. ANÁLISIS COMPARATIVO DEL
COMPORTAMIENTO DE UNA CAPA DE RODAMIENTO CON MEZCLA
ASFÁLTICA TIPO III MEDIDO A DIFERENTES TEMPERATURAS
AMBIENTES. TRABAJO ESPECIAL DE GRADO DE INGENIERIA CIVIL.
FACULTAD DE INGENIERIA. ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL.
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA MARACAIBO. VENEZUELA. 150 p.
RESUMEN
El objetivo principal de la presente investigación es analizar el
comportamiento de la capa de rodamiento con mezcla asfáltica tipo III
medida a diferentes temperaturas ambiente de extendido o colocación de
dicha mezcla. Este análisis fue realizado considerando las condiciones y
criterios definidos en la norma COVENIN 2000-1987, C-10.12 referida a las
mezclas de concreto asfaltico. Fue diseñada una mezcla la cual fue
extendida en el tramo vial Av. 12 ubicado en el sector Sierra Maestra.
Municipio San Francisco, Estado Zulia, a diferentes horas del día, a varias
temperaturas ambiente de colocación. Una semana después fueron extraídas
10 briquetas (5 sondeos), a las cuales se le calcularon las densidades, para
con dichos resultados determinar que hay una alta correlación negativa o
inversa (r=- 0,9562) entre la temperatura ambiente y las densidades
obtenidas concluyendo que a medida que dichas temperaturas ambientes de
colocación son menores, las densidades en las mezclas asfálticas tienden a
ser mayores.
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Palabras Claves: Concreto asfáltico, Capa de Rodamiento.
tomm1968@hotmail.com
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CERTELLI VIVOLO, TOMMASO. COMPARATIVE ANALYSIS OF THE
BEHAVIOR OF BEARINGS WITH A LAYER OF ASPHALT DIFFERENT
TYPE III MEASURED AT ROOM TEMPERATURE. SPECIAL WORK OF
CIVIL ENGINEERING DEGREE. FACULTY OF ENGINEERING. SCHOOL
OF CIVIL ENGINEERING.
UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
MARACAIBO. VENEZUELA. 150 p.
ABSTRACT
The main objective of this research is to analyze the behavior of the bearing
layer with Type III asphalt at different ambient temperatures extent of spread
or placement of the mixture. This analysis was performed considering the
conditions and criteria defined in the standard COVENIN 2000-1987, C-10.12
covering the asphalt concrete mixtures. It was designed a mixture which was
widespread in the stretch 12 Avenue Road located in Sierra Maestra, San
Francisco, Zulia State, at different times of the day at several ambient
temperatures placement. One week after 10 pellets were extracted (5
surveys), which is calculated densities, with those results to determine that
there is a high negative correlation or inverse (r =- 0.9562) between the
temperature and densities obtained concluded that as the placement of
ambient temperatures are lower, the densities in asphalt mixtures tend to be
higher.
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Key words: asphalt concrete, Bearing Layer.
tomm1968@hotmail.com
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ÍNDICE GENERAL
Pág.
FRONTISPICIO……………………………………………………………….……….
3
ACTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR….…………………………………………. 4
DEDICATORIA………………………………………………………………………...
5
AGRADECIMIENTO………………………………………………………………...... 6
RESUMEN……………………………………………………………………………..
7
ABSTRACT…………………………………………………………………………….
8
ÍNDICE GENERAL……………………………………………………………………. 9
INDICE DE TABLAS, FOTOS Y GRAFICAS………………………………………. 12
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CAPÍTULO I: EL PROBLEMA
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1.1. Planteamiento
DERdel Problema…….………………………….….…………….
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………… 13
1.2.
15
Objetivos…………………………………………………………….….………
16
Objetivo General………………………………………………………………
16
Objetivos Específicos……………………..………………….………………. 16
1.3.
Justificación de la investigación…………………….……………………….. 17
1.4.
Delimitación de la investigación.…………………………………………….
18
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
2.1.
Antecedentes de la investigación……………………………………………
20
2.2.
Fundamentación teórica……….…………………………..…………………
20
2.2.1. Pavimentos…………………………………………………………………….
22
2.2.2. Materiales de pavimentación…………………………………………………
25
2.2.2.1.
Agregados………………………………………………………………….
25
2.2.2.2.
Asfalto………………………………………………………………………
31
2.2.2.3.
Mezclas asfálticas…………………………………………………………
32
2.2.3. Calidad……………..……………………………………………………..........
35
2.2.4. Durabilidad……………………………………………………………………..
37
10
2.2.5. Método Marshall……………………………………………………………….
39
2.2.6. Concreto asfaltico……………………………………………………………..
41
2.3.
Sistema de Variables…………………………………………………………
51
2.3.1. Variable…………………………………………………………………………
51
2.3.2. Definición conceptual…………………………………………………………
51
2.3.3. Definición operacional………………………………………………………..
51
2.3.4. Cuadro de Variables………………………………………………………….
52
2.4.
53
Definición de términos básicos………….…………………………………..
CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO
3.1. Tipo de investigación…………………………………………………………….
57
3.2. Diseño de la investigación………………………………………………………
58
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3.3. Población y muestra……………………………..………………………………
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3.3.1. Población………………………………………..………………………………
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59
59
3.3.2. Muestra...………………………………………..……………………………… 59
3.4. Técnicas de recolección de datos……………………………………………… 60
3.4.1. Documental……………………………………………………………………..
60
3.4.2. Observación Documental……………………………………………………..
61
3.5. Instrumentos de recolección de datos …..……………………………..……..
61
3.6. Fases de la investigación………..…………….………………………………..
63
3.6.1. Extendido del material asfaltico en campo………………………………….
63
3.6.2. Obtención y toma de muestras en campo………………………………….
63
3.6.3. Ensayo y pruebas a las muestras en laboratorio…………...……………… 63
3.6.4. Análisis de los resultados obtenidos…………………………………………
65
CAPÍTULO IV: RESULTADOS DE LA INVESTIGACION
4. Resultados de la investigación….………………………..………………………. 67
4.1. Resultados obtenidos…...………………………………………………………
67
11
4.2. Análisis de los resultados de la investigación………………………………..
71
Conclusiones……………………...…………………………..……………………….
74
Recomendaciones…..……...…………………………………………………………
76
Bibliografía…………………….………………………..…………………………….
77
Anexos…………………..…………………………………………………………….
78
ANEXO 1 – FOTOS DE COLOCACION Y EXTENDIDO DEL MATERIAL 79
ASFALTICO
ANEXO 2 – FOTOS ENSAYOS DE LABORATORIO
86
ANEXO 3 – DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA CONCRETO ASFALTO TIPO 93
III
ANEXO 4 – RESULTADOS DE LABORATORIO
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12
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla No. 1 - Granulometría………………..……………………………….……….
28
Tabla No. 2 – Poca durabilidad del pavimento…………………………….………. 39
Tabla No. 3 – Granulometría del agregado.……………………………….……….
42
Tabla No. 4 – Mezcla de granulometría densa………………..…………………...
43
Tabla No. 5 – Mezcla de granulometría abierta……………..………………….....
43
Tabla No. 6 – Mezcla de granulometría densa………………..…………………...
44
Tabla No. 7 - Variaciones permisibles mezcla de trabajo de granulometría……
45
Tabla No. 8 - Temperatura ambiente de colocación a diferentes horas………..
68
Tabla No. 9 – Densidades reales en cada roma de muestra…………………….. 69
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HÍNDICE DE FOTOGRAFIAS
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Fotografía No. 1 – Probeta Marshall……………..……………………….……….
Pág.
40
ÍNDICE DE GRÁFICAS
Pág.
Gráfica No. 1 – Temperatura ambiente en cada instante de colocación……….
68
Gráfica No. 2 – Densidades reales en cada toma……………………….………..
70
Gráfica No. 3 – Densidades reales vs. Temperatura de colocación….…………
70
13
INTRODUCCION
El propósito fundamental de la presente investigación es determinar la relación,
si que es existe, de las variaciones de densidades en mezclas asfálticas según
especificación concreto asfaltico tipo III y las temperaturas ambiente existentes en la
colocación particular de dichas mezclas. Para tal fin la presente investigación consiste
en cuarto importantes capítulos, los cuales están desglosados de la siguiente manera:
El capítulo I manifiesta el problema de la investigación, así como la justificación e
importancia de efectuar una investigación sobre la situación particular que se plantea.
Presentados estos aspectos, se fundamentan los objetivos específicos que se traducen
S
O
D
A
V
Rconocer la teoría que fundamenta
Ede
S
El capítulo II presenta en base aR
la E
carestía
HOenSestudio, la normativa vigente al respecto, así como
C
lo concerniente aE
laR
problemática
E
D
la evaluación de investigaciones y trabajos relacionados con el tema y la respectiva
en un objetivo general, bajo un alcance y una delimitación especifica de la investigación.
operacionalización del sistema de variables.
Conjuntamente, se plantea el capítulo III en el cual se presentan los
procedimientos prácticos y metodológicos seguidos para el desarrollo firme de la
presente investigación, lo cual muestra y brinda un punto de vista de las acciones,
tareas y actividades desarrolladas con el fin de darle el cumplimiento a los objetivos
proyectados en el capítulo primero.
Consecutivamente se desarrolla el capítulo IV, que muestra el resultado obtenido
de las pruebas realizadas así como el respectivo análisis e inferencias realizadas.
14
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
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DER
CAPITULO I
EL PROBLEMA
15
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
CAPITULO I
EL PROBLEMA
1.1.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Durante muchos años en Venezuela se ha utilizado el método de diseño para
mezclas de concreto asfáltico en caliente según las especificaciones COVENIN (200087), las cuales son muy reconocidas a nivel nacional por su calidad y precisión en el
S
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A
V
No obstante, en contraposición a lo destacado
ERanteriormente, se subraya que a
S
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R
S vial ha influido notablemente en la economía
O
través de los años, la infraestructura
H
C
E
DER
momento de elaborar las mezclas.
Venezolana, el deterioro en que se encuentran las vías ha incidido en un incremento en
los costos de usuarios como también en los bienes transportados.
Además de esto se efectúan grandes desembolsos de dinero para el mantenimiento
y rehabilitación de estas vías. En este sentido es de mucha importancia que el diseño
del pavimento sea el más apropiado y homogéneo, de acuerdo a las características de
las solicitudes y de los materiales de la estructura vial enmarcadas dentro de unos
costos razonables.
El diseño de la estructura de los pavimentos se debe tener en cuenta las
características de las distintas capas que lo conforman y los espesores, de tal forma
que el pavimento mantenga un índice de servicio aceptable (PSI) para el periodo de
diseño considerado.
Sin embargo, existe un aspecto que pudiera estar afectando la calidad del
pavimento colocado, sobre todo en zonas calientes como la Ciudad de Maracaibo. Se
debe recordar que la normativa de pavimento existente nace de la tropicalización de
normas internacionales, por lo que efectos de colocación o esparcimiento de mezcla
asfáltica en zonas muy húmedas y con altas temperaturas pudiera ser un factor en el
detrimento de la calidad del pavimento colocado en el país.
16
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
Por ello, es indispensable evaluar si las altas temperaturas del ambiente inciden en
la estabilidad del pavimento, destacando que dicha estabilidad puede ser controlada por
la densidad real del pavimento. Al tener pavimentos con mayores densidades se está
ante un pavimento mas solido, más estable y por consiguiente un pavimento de mejor
calidad estructural y soporte de servicio vehicular.
De no evaluar este aspecto, sobre todo en Mezcla de concreto asfaltico de
gradación tipo III, que suele ser el más utilizado en país, no se conocerá a ciencia cierta
la influencia de las altas temperaturas del ambiente de extendido y colocación de dichas
mezclas sobre las densidades, y por ende en las estabilidades en los pavimentos
construidos.
Es por esto, necesario determinar si existe alguna relación entre las variaciones de
S
O
D
A
V
mezcla de concreto asfaltico tipo III, siendo esta
unaR
de la más utilizada en el país, para
E
S
E
R
Sproducto del aspecto determinado anteriormente.
O
inferir variaciones de las densidades
H
C
E
DER
las temperaturas de colocación de la mezcla asfáltica, muy específicamente de la
1.2.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
OBJETIVO GENERAL
Evaluar el comportamiento de la capa de rodamiento de mezcla tipo III según los
resultados de los ensayos de densidades realizados y medidos para diferentes
temperaturas ambiente.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
o Definir el diseño de la mezcla asfáltica tipo III para certificar que la homogeneidad de
la misma sea igual durante todas las colocaciones según la Norma COVENIN 20001987.
o Aplicar un patrón de compactación igual en todas las capas de rodamiento según la
Norma COVENIN 2000-1987.
17
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
o Aplicar la Mezcla Asfáltica a diferentes horas del día.
o Determinar las densidades según resultados arrojados por los ensayos practicados
por el laboratorio.
o Comparar resultados obtenidos entre las densidades de las muestras asfálticas y las
temperaturas ambiente de colocación de las mismas.
1.3.
JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
Debido al alto crecimiento demográfico de nuestra ciudad, Maracaibo, y al auge
económico de Venezuela, hemos visto el avance que conlleva la creación y
S
O
D
A
V
El problema radica prácticamente en la excesiva
ERtemperatura que reina en nuestra
S
E
R
S este análisis en el comportamiento de la capa
O
ciudad, por la cual se lleva
acabo
H
C
E
ER
asfáltica tipo D
III.
planificación de nuevas vías de penetración en nuestro estado.
La importancia de este análisis, es que una vez realizado los estudios del
comportamiento de las capas de rodamientos con mezcla asfáltica tipo III, medido a
diferentes temperaturas ambiente, las empresas privadas y organismos públicos,
podrán trazar parámetros de trabajo más apropiados al momento de la colocación de
dicha capa de rodamiento, para así obtener el punto óptimo de densidad y así evitar ser
penalizado al momento de emitir una valuación.
Con las variaciones de temperaturas ambiente de colocación es posible obtener
mezclas que puedan variar significativamente, además de que no se sabe como se
comportarían las mezclas asfálticas de concreto asfáltico tipo III ante esta situación.
Hasta el momento la manera de compactar de forma segura, a una temperatura
adecuada las mezclas asfálticas, es basándose en la experiencia del ingeniero, es aquí
donde se aprecia la importancia del presente trabajo de grado, ya que, permitirá obtener
valores de laboratorios tangibles y reales de los cuales se podrá saber cual es el rango
especifico de temperatura en el que mejor se comportan las mezclas de concreto
asfáltico tipo III, en que se cumpla de manera satisfactoria las especificaciones de la
norma vigente.
18
CAPÍTULO I. EL PROBLEMA
Como aporte metodológico, es importante acotar que la presente investigación
servirá de base y guía para el desarrollo de temas relacionados, dentro del área de la
ingeniería.
1.4.
DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
Espacial
Este estudio se realizará en las vías del tramo vial del Estado Zulia, para así
recopilar información del comportamiento de las capas de rodamiento (concreto tipo III)
según las densidades que estas arrojen luego de analizar el ensayo del laboratorio bajo
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diferentes temperaturas ambiente.
Temporal
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La evaluación se realizara durante el lapso comprendido entre septiembre 2008 a
Abril 2009.
19
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
20
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
2. MARCO TEÓRICO
2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
BETANCOURT TUDARES, Geornest Alicia; DELGADO AIZPURUA, Javier Enrique;
GIL RODRIGUEZ, Euro José (2005). “Análisis comparativo de mezclas asfálticas en
caliente, elaboradas con agregados de cantera y río”. Tesis de grado de la Universidad
del Zulia.
Este trabajo Especial de Grado, permite analizar las Mezclas Asfálticas en Caliente
Tipo III, elaboradas con agregados de Cantera y Río, el mismo tiene como finalidad
compararlas desde el punto de vista técnico y económico. El diseño de dichas mezclas
S
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A
V
ensayos respectivos a los agregados de cantera
de río; conociendo .así la influencia
Ey R
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de la abrasión, su resistencia
y comportamiento, mediante los siguientes ensayos:
C
E
DER
Desgaste de los Ángeles, Equivalente de Arena, Colorimétrico, Petrografía, Caras
se realizó mediante la Metodología Marshall. De manera particular se realizan los
Fracturadas, Peso Específico y granulometría, garantizando la calidad de éstos, para
cumplir con los objetivos propuestos por esta investigación. La metodología empleada
permite determinar la semejanza que representa el análisis técnico de ambos diseños
de mezclas. En lo referente al análisis económico, se realizó una comparación
arrojando como resultado una notable diferencia entre el agregado de río y de cantera,
siendo más costoso este último. Permitiendo recomendar el uso del agregado de río
para las mezclas en caliente por ser más económico y realizar un estudio de
disgregabilidad a los sulfatos del material empleado en las Mezclas Asfálticas en
Caliente Tipo III.
Esta investigación brindará un aporte importante a la presente investigación, ya que
ofrece una idea o una guía a seguir en la gradación que debe dársele a las mezclas
Asfáltico tipo III en caliente y los parámetros o condiciones que esta debe cumplir.
MÁRQUEZ MORONITA, José Rafael; MURGAS MAYA; Ana María (2005).
“Evaluación del comportamiento de los agregados de la cantera San Salvador en
21
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
mezclas asfálticas en caliente Tipo III, mediante la adición de cal”. Tesis de Grado de la
Universidad Rafael Urdaneta.
El presente trabajo de investigación desarrollado para optar al titulo de Ingeniero
Civil, se basa en evaluar el comportamiento de los agregados de la cantera San
Salvador en Mezclas Asfálticas Tipo III, mediante la adición de cal. Para cumplir con los
objetivos planteados en esta investigación se estudió este agregado usado como
integrante de mezclas asfálticas en caliente, en el laboratorio mediante la realización de
ensayos enmarcados en la norma venezolana COVENIN 2000-87, como los son:
Equivalente Arena, Desgaste de los Ángeles, Granulometría, Peso Específico y
Porcentaje de Caras Fracturadas y Alargadas. Por otra parte también se evaluó el
agregado desde el punto de vista geológico conociendo así su composición
la
S
O
D
VAcon o sin la adición de cal,
Metodología Marshall se realizaron una serieS
deE
Briquetas
R
E
S asíRuna comparación entre las dos mezclas bajo
O
como mineral llenante, estableciendo
H
C
DERE
mineralógica, estos ensayos se denominaron del tipo especial. Siguiendo
esta metodología, concluyendo que ante la aplicación de ensayos físicos, ensayos
especiales y la Metodología Marshall el agregado mantuvo un buen comportamiento.
Esta investigación sirve de soporte a la actual en desarrollo, ya que uno de los
ensayos realizados en la presente investigación, constituye el ensayo principal a utilizar
para obtener las densidades de las briquetas a obtener para el análisis y como
resultado de la investigación.
PRIETO, Alex; PARRA, Leidy; VERA, Ronald (2005). “Incidencia de las propiedades
químicas de los agregados en las mezclas asfálticas tipo III”. Tesis de grado de la
Universidad del Zulia.
Esta investigación permite evaluar el comportamiento de las mezclas asfálticas tipo
III, elaboradas con agregados denominados “A”, “B” y “C” procedentes de ríos y
canteras, ubicados en el Estado Zulia. La misma tiene como propósito determinar en
que magnitud inciden las propiedades químicas de los agregados en las mezclas
asfálticas mencionadas. El desarrollo de este trabajo especial de grado se ejecuta
mediante el diseño y elaboración de mezclas, aplicando la metodología Marshall. Las
propiedades químicas son determinadas mediante ensayos como el azul de methyleno,
22
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
el colorimétrico, la determinación del pH, el intemperismo acelerado, el análisis
petrográfico y la afinidad con el asfalto. El alcance y la metodología empleada para
cumplir con cada objetivo planteado, arrojan que sí existe incidencia de las propiedades
químicas, mineralogía y origen de los agregados en las mezclas asfálticas
mencionadas, pero no con una incidencia tal que exija su revisión en un estudio usual.
Se recomienda entonces continuar las investigaciones considerando este trabajo como
soporte para el desarrollo de las mismas.
2.2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
S
O
D
A
V
pavimentación y su relación con la durabilidad
EdelR concreto asfáltico, es necesario
S
E
R
Sprimero manifestar lo que son los pavimentos para
O
conocer ciertos aspectos.
EsH
preciso
C
E
DER
el apropiado entendimiento del tema en estudio.
Para el desarrollo de ésta investigación la calidad de los materiales de
2.2.1. PAVIMENTOS
Según Herbert Lynch (1980) son las estructuras de la carretera formada por una o
más capas de material granular seleccionado y colocado directamente sobre la subrasante del suelo natural, lo cual posteriormente es protegido por una capa asfáltica de
rodamiento o una de concreto de cemento Portland, con o sin armadura metálica.
También es definido como toda estructura artificialmente alisada en su superficie y
destinada a transmitir a la sub-rasante sobre la que descansa,
los efectos de la
cargas estáticas o en movimiento, resistiendo los efectos destructivos del transito y los
agentes atmosféricos, y esta formado por los capas de sub-base, base, rodamiento y
sello.
Los pavimentos se dividen en pavimentos rígidos y pavimentos flexibles. Los
pavimentos rígidos son aquellos en los cuales la capa de rodamiento esta constituida
23
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
por una losa de concreto de cemento portland con o sin armadura metálica y que
pueden o no contener una base entre ella y el terreno de fundación. Su característica
principal es la capacidad de absorber o resistir por si sola los esfuerzos producidos por
las cargas que le son aplicadas. En algunos casos, la losa de concreto es usada como
una delgada capa de rodamiento asfáltico.
Los pavimentos flexibles consisten en una o más
capas de material granular
seleccionado o procesado y colocado directamente sobre la sub-rasante del suelo
natural transmitiendo directamente sobre dicha sub-rasante las cargas que reciben solo
en las zonas próximas a la aplicación de la carga.
En la mayoría de los casos la superficie de esta capa seleccionada es protegida y
conservada por una capa asfáltica de rodamiento. Por ello, a toda estructura que
S
O
D
A
V
(sub-base, base, rodamiento y sello) puede S
denominarse
ER pavimento flexible. (Herbert
E
R
S
O
Lynch, 1980)
H
C
E
R un pavimento flexible, consiste en una serie de capa en donde
DhaEdicho,
Como ya se
descanse sobre el terreno de fundación y que esta formada por las diferentes capas
los materiales de mejor calidad se disponen de manera que se encuentran más
cercanas a la superficie. La resistencia de un pavimento flexible se obtiene entonces,
como resultado de construir espesores compactados de capas, que distribuyen la carga
sobre el terreno de fundación.
Generalmente, las capas que constituyen un pavimento son sub-base, base, capa
de rodamiento y carpeta de desgaste sello. Además de esta terminología se hace
necesario también definir terreno de fundación, sub-rasante y rasante.
Terreno de fundación
Es aquel que sirve de fundación para el pavimento, después de haber sido
terminado el movimiento de tierra y que, una vez compactado, tiene las secciones
transversales y pendientes especificadas en los planos de diseño.
Dependiendo de la calidad de este terreno se determinara el numero de capas que
poseerá el pavimento, si el terreno es malo se requerirá de una capa sub-base, pero en
caso contrario puede que no se requiera ni siquiera la capa base.
24
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
Sub-rasante
Es la parte superior del terreno de fundación o explanación, también se conoce
como la superficie limítrofe entre el terreno de fundación y la estructura de pavimentos.
Sub-base
Es la capa de material seleccionado que se coloca encima de la sub-rasante, su
función principal es servir de capa de drenaje por lo que debe consistir de materiales
granulares como arenas, granzón, piedra picada, arcilla, polvillo de carretera, etc.
Deben ser obtenibles en la localidad y poseer un valor soporte mayor al terreno de
fundación compactado sobre el cual son colocados.
Base
S
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triturada, que se coloca encima de la sub-base.
ER
S
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R
Slos esfuerzos transmitidos por las cargas de los
O
Esta tiene por finalidad
absorber
H
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E
DER
Es la capa de material pétreo, mezcla de suelo cemento, mezcla bituminosa o piedra
vehículos y además repartir uniformemente estos esfuerzos a la sub-base y al terreno
de fundación. Las bases pueden ser granulares, o bien estar formadas por mezclas
asfálticas o mezclas estabilizadas con cemento u otro material ligante.
Capa de Rodamiento
Esta colocada encima de la base y generalmente esta formada por una mezcla
bituminosa en pavimentos flexibles o por concreto en pavimentos rígidos.
Su función es impermeabilizar la base contra la penetración del agua superficial la
cual podría reducir la capacidad soporte de la base, proteger la base contra los efectos
del raimiento y desintegración ocasionados por el trafico, aumentar la capacidad
soporte de toda la estructura y proporcionar una superficie suave de rodamiento.
Sello o desgaste
Es la que se coloca encima de la capa de rodamiento y esta formada por una
mezcla bituminosa, encima de esta carpeta se coloca, a veces, un riego de arena o
piedra picada menuda. Esta tiene por objeto sellar la superficie, impermeabilizándola a
25
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
fin de evitar la infiltración de las aguas de lluvia. Además protege la capa de rodamiento
contra la acción abrasiva de las ruedas de los vehículos.
Rasante
Es la que soporta el tránsito de los vehículos.
2.2.2. MATERIALES DE PAVIMENTACIÓN
Están conformados por agregados o áridos, y cemento asfáltico, los cuales al ser
S
O
D
A
V
R en que son preparadas.
a su vez pueden ser frías o en caliente, segúnS
la E
forma
E
R
S
O
H
C
E
DER
combinados mediante distintos métodos forman las mezclas asfálticas, y estas mezclas
2.2.2.1. AGREGADOS
Según el Asphalt Institute es cualquier material mineral duro e inerte usado, en
forma de partículas graduadas o fragmentos, como parte de un pavimento de mezclas
asfálticas en caliente. Los agregados típicos incluyen arena, grava, piedra triturada,
escoria y polvo de roca. El comportamiento de la mezcla se ve altamente influenciado
por la selección apropiada del agregado, debido a que el mismo proporciona la mayoría
de las características de capacidad portante.
De acuerdo con Herbert Lynch (1980) en los concretos asfálticos, los agregados
normalmente constituyen del 90 al 95% del peso total o entre el 80 y el 85% del
volumen de la mezcla. Son los principales responsables de la capacidad de soportar las
cargas de las mezclas asfálticas; por ello se hace necesario realizar un análisis de sus
propiedades para el buen diseño y comportamiento de las mezclas asfálticas.
Los agregados para mezclas asfálticas pueden ser de tres (3) tipos:
•
Naturales.
26
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
•
Artificiales o preparados industrialmente.
•
Sintéticos.
•
Agregados naturales
Son aquellos usados en su forma natural, con muy poco o ningún procesamiento.
Ellos están constituidos por partículas producidas mediante el uso de procesos
naturales de erosión y degradación, tales como la acción del viento, el agua, el
movimiento del hielo y los químicos.
•
Agregados artificiales
Los agregados artificiales o preparados industrialmente son aquellos que han sido
triturados y tamizados antes de ser usados. Existe dos fuentes principales de
S
O
D
A
V
ER
apropiadas para pavimentos de mezclas asfálticas
y los fragmentos de lechos de rocas
S
E
R
S
HO
y piedra grandes que
deben
ser reducidos en tamaño antes de ser usados en
C
E
R
E
D
pavimentación. (Herbert Lynch, 1980)
agregados procesados: La grava natural que son trituradas para volverlas más
•
Agregados sintéticos
No existen en la naturaleza, son el producto del procesamiento físico o químico de
materiales. Algunos son sub.-productos de procesos industriales de producción, como
el refinamiento de metales. Otros son producidos mediante procesamiento de materias
primas para ser utilizados específicamente como agregados.
Según COVENIN 2000-1987, en su sección 12-10.06 los agregados deben ser
Piedra Picada, Grava Picada, Arena, Grava sin Picar y Polvillo, en diferentes
combinaciones; debe proceder de rocas duras y resistentes; no debe tener arcilla en
terrones ni como película adherida a los granos; y debe estar libre de todo material
orgánico. El agregado que se usa para la construcción de pavimentos de Concreto
Asfáltico se clasifica en: grueso, fino, polvo mineral y llenante.
27
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
a) Agregado Grueso
El agregado grueso (según COVENIN 2000-1987, sección 12-10.07) es la fracción
del Agregado que queda retenida en el tamiz Nº 8. y este debe tener las siguientes
propiedades características:
• Debe estar limpio y no debe tener más del 5%, de su peso, de trozos
alargados o planos.
• El porcentaje de desgaste, determinado según la norma COVENIN 267 no
debe ser mayor del 40% para las mezclas usadas como carpeta de
rodamiento, ni mayor del 50% para las mezclas usadas como carpeta
intermedia o como carpeta base.
• No debe tener una pérdida de peso mayor del 15% al ser sometido al Ensayo
S
O
D
A
V
como carpeta de rodamiento. ESER
R
Smezclado,
O
H
• En el momento
de
ser
el porcentaje de caras producidas por
C
RE
E
D
fractura determinado según la norma COVENIN 1124, debe ser mayor del
de Desgaste de Magnesio, 5 ciclos (MOP-E-114), para las mezclas usadas
60%.
b) Agregado Fino
El agregado fino según el apartado 12-10.08 de la norma COVENIN 2000-1987, es
la fracción del agregado que pasa por el cedazo Nº 8 y queda retenido por el Nº 200.
Debe estar constituido por arena y/o residuos de piedra picada o grava sin picar, en
forma de granos limpios y duros y de superficie áspera. El agregado fino que se use en
la preparación de las mezclas para carpetas de rodamiento, no debe tener una pérdida
de peso mayor de 15% al ser sometido al ensayo de Desgaste en Sulfato de Magnesio,
5 Ciclos (MOP-E-114).
c) Filler o Polvo Mineral
El polvo mineral es la fracción del agregado que paso por el tamiz Nº 200
(COVENIN 2000-1987, sección 12-10.09).
28
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
El agregado llenante debe estar constituido por polvillo calcáreo o cemento Pórtland.
También, si lo aprueba por escrito el Ingeniero Inspector, el agregado llenante puede
estar constituido por cualquier otro polvillo mineral, no plástico. La granulometría de
este debe estar comprendida entre:
Tabla No. 1
Granulometría
TAMIZ Nº
30
100
200
% QUE PASA
100
90 - 100
65 - 100
Fuente: (COVENIN 2000-1987)
S
O
D
A
V
EenRpilas las partículas de agregado.
S
E
R
para obtener los agregados adecuados,
y
separar
S
O
H
C
E
Los procedimientos
DER para manejar y acopiar las reservas de agregado varían en los
Según el Asphalt Institute la producción de agregados consiste en excavar las capas
de suelo (sobrecarga) encontradas sobre los depósitos de grava, trabajar los depósitos
distintos lugares, debido a que la mayoría de las agencias contratantes no tienen
especificaciones para dichos procedimientos. En vez de ello la agencia requiere,
usualmente, que el contratista cumpla con las especificaciones de graduación de los
agregados. Estas especificaciones tendrán que ser cumplidas ya sea durante la
elaboración o acopio de reservas del agregado, o cuando la mezcla de pavimento sea
producida y colocada.
El muestreo y las pruebas son los únicos medios de verificar si las especificaciones
están siendo cumplidas, aun si estas requieren que el agregado cumpla con
graduaciones durante la fabricación, acopio de reservas o producción de mezclas.
De acuerdo con el Asphalt Institute en un pavimento densamente graduado de
mezclas asfálticas en caliente, el agregado conforma del 90 a 95 por ciento, en peso, de
la mezcla de pavimentación. Esto hace que la calidad del agregado usado sea un factor
crítico en el comportamiento de pavimentos. Un agregado deberá poseer también
ciertas propiedades para poder ser considerado apropiado para pavimento asfáltico de
buena calidad. Estas propiedades son: Graduación y Tamaño Máximo de la Partícula,
29
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
Limpieza, Dureza, Forma de la Partícula, Textura de la superficie, Capacidad de
absorción, Afinidad con el asfalto, Peso específico.
•
Graduación y Tamaño Máximo de la Partícula
Todas las especificaciones de pavimento asfáltico de mezcla en caliente requieren
que las partículas de agregado estén dentro de un cierto margen de tamaños y que
cada tamaño de partículas este en ciertas proporciones. Esta distribución de varios
tamaños de partículas dentro de agregado es comúnmente llamada graduación del
agregado o graduación de la mezcla.
•
Limpieza
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
Sarcilla esquistosa, partículas blandas, terrones de
materiales indeseables (vegetación,
O
H
C
E
arcilla, etc.) D
en E
el R
agregado. Las cantidades excesivas de estos materiales pueden
Las especificaciones generalmente ponen un límite a los tipos y cantidades de
afectar desfavorablemente el comportamiento del pavimento.
•
Dureza
Los agregados deben ser capaces de resistir la abrasión (desgaste irreversivo) y
degradación durante la producción, colocación, y compactación de la mezcla de
pavimentación, y durante la vida de servicio del pavimento. Los agregados que están
en, o mas cerca de, la superficie, deben ser mas duros (tener mas resistencia) que los
agregados usados en las capas inferiores de la estructura de pavimento. Esto se debe a
que las capas superficiales reciben los mayores esfuerzos y el mayor desgaste por
parte de las cargas del tránsito.
•
Forma de la Partícula
Afecta la trabajabilidad de la mezcla de pavimentación durante su colocación, así
como la cantidad de fuerza necesaria para compactar la mezcla a la densidad
30
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
requerida. La forma de la partícula también afecta la resistencia de la estructura del
pavimento durante su vida.
Las partículas irregulares y angulares generalmente resisten el desplazamiento en el
pavimento, debido a que tienden a entrelazarse cuando son compactadas. El mejor
entrelazamiento generalmente con partículas con bordes puntiagudos y de forma
cúbica, producidas, casi siempre, por trituración.
•
Textura Superficial
Es otro factor que determina no solo la trabajabilidad y resistencia final de la mezcla
de pavimentación, sino también las características de resistencia al deslizamiento en la
superficie del pavimento. Algunos consideran que la textura superficial es más
S
O
D
A
V
R
S
aumenta la resistencia en el pavimento R
debido
aE
que evita que las partículas se muevan
E
S
O
H
C
E
unas respecto aE
otras,
y
a
la
vez
provee
un coeficiente alto de fricción superficial que
D R
importante que la forma de la partícula. Una textura áspera como la del papel de lija,
hace que el movimiento del transito sea mas seguro.
Adicionalmente, las partículas de asfalto se adhieren más fácilmente a las
superficies rugosas que a las lisas. Las gravas naturales son frecuentemente trituradas
durante su procesamiento, debido a que generalmente contienen superficies lisas. El
trituramiento produce texturas superficiales rugosas en las caras fracturadas, así como
cambios en la forma de la partícula.
•
Capacidad de Absorción
Todos los agregados son porosos, y algunos mas que otros. La cantidad de líquido
que un agregado absorbe cuando es sumergido en un baño determina su porosidad.
La capacidad de un agregado de absorber agua (o asfalto) es un elemento
importante de información. Si un agregado es altamente absorbente, entonces
continuara absorbiendo asfalto después del mezclado inicial en la planta, dejando así
menos asfalto en su superficie para ligar las demás partículas de agregado. Debido a
esto, un agregado poroso requiere cantidades muchos mayores de asfalto que las que
requiere un agregado menos poroso.
31
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
•
Afinidad por el Asfalto
Es la tendencia del agregado a aceptar y retener una capa de asfalto.
Los agregados hidrofílicos (atraen el agua) tienen poca afinidad con el asfalto. Por
consiguiente, tienden a separarse de las películas de asfalto cuando son expuestos al
agua. Los agregados silícios (cuarcita y algunos granitos) son ejemplos de agregados
susceptibles al desprendimiento y deben ser usados con precaución.
2.2.2.2. ASFALTO
Según la ASTM (American Section of the International Association for Testing
S
O
D
A
V
ER acompañadas por sus derivados
S
E
natural o pirógeno, o de ambos tipos, frecuentemente
R
S
O
H
C
E
no metálicos, los
cuales pueden ser gaseosos, líquidos, semi-sólidos y que son
DER
Materials) se define como betún o bitumen a las “mezclas de hidrocarburos de origen
completamente solubles en bisulfuro de carbono”.
Los betunes o bitumenes empleados en la construcción de carreteras son de dos
tipos a saber: Asfaltos y alquitranes.
Según Herbert Lynch (1980) el asfalto es un material aglomerante de color que varía
de pardo oscuro a negro, de consistencia sólida, semisólida o líquida, cuyos
constituyentes predominantes son betunes que se dan en la naturaleza o que se
obtienen en la destilación del petróleo y el cual entra en proporciones variables en la
constitución de la mayor parte de los crudos de petróleo.
El asfalto es un producto cuyo empleo data de la antigüedad y fue usado de muchas
formas en Mesopotamia, Siria, Egipto, etc., con fines de impermeabilización, mastic de
unión entre los elementos de construcción, momificación, etc., incluso reservorios y
piscinas fueron impermeabilizados con asfalto.
La ASTM define a los asfaltos como “materiales aglomerantes sólidos o semi-sólidos
de color que varia de negro a pardo oscuro y que se licuan gradualmente al calentarse,
cuyos constituyentes predominantes son betunes que se dan en la naturaleza en forma
32
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
sólida o semi-sólida o se obtienen de la destilación del petróleo, o combinaciones de
estos entre sí o con el petróleo o productos derivados de estas combinaciones.
Según el Asphalt Institute el asfalto es un material negro, cementante, que varia
ampliamente en consistencia, entre sólido y semisólido (sólido blando), a temperaturas
ambientales normales. Cuando se calienta lo suficiente, el asfalto se ablanda y se
vuelve líquido, lo cual le permite cubrir las partículas de agregado durante la producción
de mezcla en caliente.
Según la norma COVENIN 2000-1987, en su apartado 12-10.13, los materiales
asfálticos que se pueden utilizar para la construcción de pavimentos de concreto
asfáltico son cementos asfálticos de penetración 60-70, 85-100 y 120-150.
De acuerdo a Herbert Lynch (1980) los asfaltos líquidos se obtienen al añadir un
S
O
D
A
V
licuado mediante la adición de un fluidificanteS
(destilado
ER de petróleo ligero y volátil). El
E
R
S
O
grado de consistencia en
cada
caso depende del grado del cemento asfáltico,
H
C
E
R
E
Dsolvente y la proporción de solvente.
volatibilidad del
solvente a los cementos asfálticos; se puede definir también como un cemento asfáltico
Según Herbert Lynch (1980) los alquitranes son condensados bituminosos de color
negro o café oscuro, que llena sustancialmente cualidades de alquitrán cuando es
vaporado parcialmente o destilado fraccionalmente y el cual es producido por
destilación destructiva de materiales orgánicos, tales como carbón de piedra, petróleo,
lignito, turba y madera.
2.2.2.3. MEZCLAS ASFÁLTICAS
Las mezclas asfálticas en frío son elaboradas, extendidas y compactadas en frío
tanto en plantas como en el sitio donde se deseen colocar, requieren de un curado para
que liberen la volatibilidad.
Este tipo de mezclas solo es utilizado en vías secundarias o de poca importancia. Se
dividen en arena asfalto en frío y emulsiones.
Una mezcla en caliente de pavimento asfáltico consiste en una mezcla uniforme de
asfalto y agregado caliente. Es el tipo de mezcla de mayor protección para bases
33
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
flexibles, colocadas en caliente. Poseen una gran resistencia estructural y debidamente
diseñadas y compactadas son mucho menos penetrables por el agua que las mezclas
asfálticas en frío, por lo tanto son apropiadas para todos los tipos de tráficos.
De acuerdo con el Asphalt Institute en una mezcla asfáltica en caliente de
pavimentación, el asfalto y el agregado son combinados en proporciones exactas. Las
proporciones relativas de estos materiales determinan las propiedades físicas de la
mezcla y, eventualmente, el desempeño de la misma como pavimento terminado. Se
dividen en arena asfalto en caliente y en concretos asfálticos.
De acuerdo con Charlie Betances (2002), los concretos asfálticos consisten en una o
varias capas compactadas de una mezcla de agregados minerales y cemento asfáltico,
producido en las plantas destinadas a este fin, o en la vía. Este tipo de concreto
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
asfáltico se puede emplear como capa de rodamiento para tráfico liviano, mediano o
pesado.
ECH
R
E
D
hasta las mezclas Tipo X, dentro de las cuales las más utilizadas en las vías locales son
Existen diferentes tipos de concretos asfálticos, y estas van desde las mezclas Tipo I
las llamadas mezclas Tipo III.
En cualquier tipo de mezcla asfáltica, los materiales de pavimentación deben cumplir
con ciertas especificaciones para que las mismas sean óptimas y cumplan con los
requisitos de calidad ejercidos por las Normas COVENIN 2000-1987.
Según el Asphalt Institute una muestra de mezcla de pavimentación preparada en el
laboratorio puede ser analizada para determinar su posible desempeño en la estructura
de pavimento. El análisis esta enfocado hacia cuatro características de la mezcla, y la
influencia que estas puedan tener
en el comportamiento de la mezcla. Las cuatro
características son: Densidad de la mezcla, Vacíos de aire o simplemente vacíos,
Vacíos en el agregado mineral, Contenido de asfalto.
•
Densidad de la Mezcla
La densidad de la mezcla compactada esta definida como su peso unitario (el peso
de un volumen específico de la mezcla). La densidad es una característica muy
importante, debido a que es esencial tener una alta densidad en el pavimento terminado
para obtener un rendimiento duradero.
34
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
•
Vacíos de Aire, o simplemente vacíos
Son espacios pequeños de aire, o bolsas de aire, que están presentes entre los
agregados revestidos en la mezcla final compactada. Es necesario que todas las
mezclas densamente graduadas contengan cierto porcentaje de vacíos para permitir
alguna compactación adicional bajo el tráfico. Y proporcionar espacios a donde pueda
fluir el asfalto durante esa compactación adicional. El porcentaje permitido de vacíos
para capas de base y capas superficiales esta entre 3 y 5 por ciento, dependiendo del
diseño específico.
La durabilidad de un pavimento asfáltico es función del contenido de vacíos. La
razón de esto es que entre menor sea la cantidad de vacíos, menor va a ser la
permeabilidad de la mezcla. Un contenido demasiado alto de vacíos proporciona
S
O
D
A
V
deterioro. Por otro lado un contenido demasiado
ERbajo de vacíos puede producir
S
E
R
Sen donde el exceso de asfalto es exprimido fuera
O
exudación de asfalto; E
unaC
condición
H
DER
de la mezcla hacia la superficie.
pasajes, a través de la mezcla, por los cuales puede entrar el agua y el aire, y causar
La densidad y el contenido de vacíos están directamente relacionados. Entre mas
alta la densidad, menor es el porcentaje de vacíos de la mezcla, y viceversa. Las
especificaciones de la obra requieren, usualmente, una densidad que permita acomodar
el numero posible (en la realidad) de vacíos; preferiblemente menos del 8 por ciento.
•
Vacíos en el Agregado Mineral
Los vacíos en el agregado mineral (VMA) son los espacios de aire que existen entre
las partículas de agregado en una mezcla compactada de pavimentación, incluyendo
los espacios que están llenos de asfalto.
El VMA representa el espacio disponible para acomodar el volumen efectivo del
asfalto (todo el asfalto menos la porción que se pierde, por absorción, en el agregado) y
el volumen de vacíos necesario en la mezcla. Cuanto mayor sea el VMA, mas espacio
habrá disponible para las películas de asfalto. Existen valores mínimos para VMA los
cuales están recomendados y especificados como función del tamaño del agregado.
35
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
Estos valores se basan en el hecho de que cuanto mas gruesa sea la película de asfalto
que cubre las partículas de agregado, más durable será la mezcla.
Para que pueda lograrse un espesor durable de película de asfalto, se deben tener
los valores mínimos de VMA. Un aumento en la densidad de la graduación del
agregado, hasta el punto donde se obtengan valores de VMA por debajo del mínimo
especificado, puede resultar en películas delgadas de asfalto y en mezclas de baja
durabilidad y apariencia seca. Por lo tanto, es contraproducente y perjudicial, para la
calidad del pavimento, disminuir el VMA para economizar en el contenido de asfalto.
•
Contenido de Asfalto
La proporción de asfalto es importante y debe ser determinada exactamente en el
S
O
D
A
V
asfalto de una mezcla particular se establece S
usando
ERcriterios dictados por el método de
E
R
S
diseño seleccionado. ECHO
DER
laboratorio, y luego controlada con precisión en las plantas y en obra. El contenido de
El contenido óptimo de una mezcla depende, en gran parte, de las características
del agregado, tales como la granulometría y la capacidad de absorción. La
granulometría del agregado esta directamente relacionada con el contenido optimo de
asfalto. Entre mas finos contenga la graduación de la mezcla, mayor será el área
superficial total, y mayor será la cantidad de asfalto requerida para cubrir,
uniformemente, todas las partículas. Por otro lado, las mezclas más gruesas exigen
menos asfalto debido a que poseen menos área superficial total.
2.2.3. CALIDAD
Según Rothery (1996) la calidad es un propósito conveniente. Es satisfacer los
requerimientos. Es el producto diseñado y elaborado para cumplir con sus funciones de
manera apropiada.
36
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
Los materiales de pavimentación se consideran de calidad cuando cumple con las
especificaciones dadas por las normas. Entre las normas utilizadas en Venezuela para
el control de dichos materiales se encuentran: COVENIN, AASHTO, ASTM.
Para comprobar la calidad de los materiales de pavimentación se deben realizar
diversos ensayos establecidos según las normas mencionadas. Entre estos se puede
nombrar: Granulometría, Equivalente de Arena, Peso específico, Desgaste de los
ángeles, Estabilidad, Fluencia, Densidad, Porcentaje de Vacíos, Porcentaje de asfalto,
Caras Fracturadas.
Según el Asphalt Institute la granulometría es determinada por un análisis de
tamices efectuado sobre las muestras de agregado. El análisis consiste en pasar la
muestra por una serie de tamices, cada uno de los cuales tiene aberturas de un tamaño
S
O
D
A
V
El ensayo de equivalente de arena es un
método
R para determinar la proporción
E
S
E
R
S
O
indeseable de polvo finoC
y H
arcilla
en la fracción de agregado que pasa por el tamiz
E
R
E
D(4.75 mm).
número cuatro
específico.
El peso específico de un agregado es la proporción entre el peso de un volumen
dado y el peso de un volumen igual de agua. Este es una forma de expresar las
características de peso y volumen de los materiales. Estas características. Son
especialmente importantes en la producción de mezclas de pavimentación debido a que
el agregado y el asfalto son proporcionados, en la mezcla, de acuerdo al peso. Con este
ensayo también se obtiene el porcentaje de absorción, el cual indica la capacidad de
absorción del agregado grueso y fino.
El ensayo de desgaste de los ángeles mide la resistencia de un agregado al
desgaste y a la abrasión.
El ensayo de estabilidad está dirigido a medir la resistencia a la deformación de la
mezcla. El valor de estabilidad Marshall es una medida de la carga bajo la cuál una
probeta sede o falla totalmente.
La fluencia mide la deformación, bajo la carga, que ocurre en la mezcla. La fluencia
Marshall representa la deformación de la briqueta medida en centésimas de pulgadas.
Una vez que se completa los ensayos de estabilidad y fluencia se procede a
efectuar un análisis de densidad y vacíos para cada serie de probetas de prueba. El
37
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
propósito del análisis es el de determinar el porcentaje de vacíos de la mezcla
compactada.
Las partículas con cara fracturadas resisten el desplazamiento en el pavimento,
debido a que tienden a entrelazarse cuando son compactadas. Este ensayo se realiza
observando las caras fracturadas que posee el agregado grueso y relacionando su peso
con el de las partículas que no poseen dicha fractura.
El porcentaje de asfalto se efectúa mediante el ensayo de extracción y este se
realiza para obtener la cantidad de asfalto que posee una mezcla.
2.2.4. DURABILIDAD
S
O
D
A
V
Es la habilidad de una mezcla asfáltica deS
resistir
ERla desintegración ocasionada por
E
R
S
O
los agentes atmosféricos
yH
por
los esfuerzos abrasivos del tráfico. El factor más
C
E
DER
importante de esta propiedad es el asfalto el cual debe ser incorporado a la mezcla para
proveer propiedades ligantes adecuadas que permitan resistir las fuerzas de tracción o
abrasivas producidas por tráfico.
Es la propiedad de la mezcla asfáltica que describe su capacidad para resistir los
efectos perjudiciales del aire, agua, temperatura y tránsito que pueden provocar
envejecimiento del asfalto, desintegración del agregado y desprendimiento de la
película de asfalto del agregado. Una buena mezcla asfáltica no debe sufrir
envejecimiento excesivo durante la vida en servicio. Esta propiedad se relaciona con el
espesor de la película de asfalto, y con los vacíos de aire.
Características de la Durabilidad del Asfalto:
-
Envejecimiento o Endurecimiento: se considera que la durabilidad de un asfalto
es la resistencia a cambiar las propiedades cuando es sometido
a
procesamiento (Mezclas con Agregados) y a los agentes climáticos, y es
manifestada por una resistencia al endurecimiento con el tiempo. Existen
38
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
diferentes factores que contribuyen al envejecimiento o endurecimiento, estos
son:
o Oxidación: es la reacción del oxígeno con el asfalto, la rata depende al
carácter del asfalto y de la temperatura. A temperaturas normales la reacción
del oxígeno con el asfalto es un proceso lento, y el oxígeno es totalmente
absorbido por el asfalto.
o Volatilización: es la evaporización de los constituyentes más livianos del
asfalto, el cual como ya se ha dicho, es una mezcla de hidrocarburos. Al
aumentar la temperatura se acelera este fenómeno; por eso el proceso de
mezclado, donde una alta temperatura se combina con una violenta agitación,
es una de las causas principales del endurecimiento del asfalto.
S
O
D
A
V
mayores. En el caso de los asfaltos
esto
ERes explicado como la combinación
S
E
R
S molecular mayor. Este cambio puede ser
de hidrocarburos
deOpeso
H
C
E
DER ya que tiende a hacer el asfalto frágil y por lo tanto más
detrimental,
o Polimerización: es una combinación de moléculas para formar moléculas
susceptible al agrietamiento.
Según el Asphalt Institute, estos factores pueden ser el resultado de la acción del
clima, el tránsito, o una combinación de ambos. Generalmente, la durabilidad de una
mezcla asfáltica puede ser mejorada de tres formas. Estas son: usando la mayor
cantidad posible de asfalto, usando gradación densa de agregado resistente a la
separación, y diseñando y compactando la mezcla para obtener la máxima
permeabilidad.
La mayor cantidad posible de asfalto aumenta la durabilidad porque las películas
gruesas de asfalto no se envejecen o endurecen tan rápido como lo hacen las películas
delgadas. En consecuencia, el asfalto retiene, por más tiempo, sus características
originales. Además, el máximo contenido posible de asfalto sella eficazmente un gran
porcentaje de vacíos interconectados en el pavimento, haciendo difícil la penetración
del aire y del agua. Por supuesto, se debe dejar un cierto porcentaje de vacíos en el
pavimento para permitir la expansión del asfalto en los tiempos cálidos.
Una gradación densa de agregado firme, duro y resistente a la separación,
contribuye, de tres maneras a la durabilidad del pavimento. Una gradación densa
39
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
proporciona un contacto más cercano entre las partículas de agregado, lo cual mejora
la impermeabilidad de la mezcla. Un agregado firme y duro resiste la desintegración
bajo las cargas de tránsito. Un agregado resistente a la separación soporta la acción del
agua y el tránsito, las cuales tienden a separar la película de asfalto de las partículas de
agregado, conduciendo a la separación del pavimento.
La resistencia de una mezcla a la separación puede ser mejorada, bajo ciertas
condiciones, mediante el uso de compuestos adhesivos, o rellenos minerales como la
cal hidratada.
La intrusión de aire y agua en el pavimento puede minimizarse si se diseña y
compacta la mezcla para darle al pavimento la máxima impermeabilidad posible.
Existen muchas causas y efectos asociados con una poca durabilidad del pavimento.
S
O
D
A
V
R
E
S
Tabla
No.
2
E
R
OS
H
DERECPoca durabilidad del Pavimento
POCA DURABILIDAD
CAUSAS
Bajo contenido de asfaltos.
EFECTOS
Endurecimiento rápido del asfalto y
desintegración por pérdida y agregado
Alto contenido de vacíos debido al
diseño o a la falta de compactación.
Endurecimiento temprano del asfalto
seguido por agrietamiento y
desintegración.
Películas de asfalto se desprenden del
agregado dejando un pavimento
desgastado, o desintegrado.
Agregados susceptibles al agua
(hidrofilicos).
Fuente: Alphast Institute.
2.2.5. MÉTODO MARSHALL.
El método Marshall es aplicable solo a mezclas en caliente con cementos asfálticos
que contengan agregados con tamaño máximo igual o inferior a 25 mm. El método
puede usarse tanto para el diseño en laboratorio como en el control en obra
(http://icc.ucv.cl, 2009).
40
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
Previo
a
la ejecución del método se deben tener en cuenta los siguientes
aspectos:
- Los materiales a usar deben cumplir
con
las
especificaciones
del
proyecto.
- La mezcla de agregados debe cumplir con las especificaciones granulométricas del
proyecto.
- Se deben determinar las densidades reales secas de todos los agregados y las del
asfalto para ser usados en el análisis de huecos de la mezcla.
Procedimiento (ASTM D- 1559):
1. El asfalto y los agregados se calientan y mezclan completamente hasta que todas
S
O
D
A
V
2. Las mezclas se colocan en moldes precalentados.
ER
S
E
R
S mediante golpes del martillo Marshall (35, 50, 75
O
3. Las briquetas son compactadas
H
C
E
DER
las partículas de agregados estén revestidos.
golpes) en ambas caras. Después de compactadas se dejan enfriar y son extraídas de
la probeta Marshall.
Foto No. 1
Probeta Marshall
Fuente: (http://icc.ucv.cl, 2009).
41
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
4. Determinación del Peso Específico total.
5. Determinación de la Estabilidad y Fluencia Marshall.
6. Análisis de densidad y vacíos.
7. Análisis de Peso Unitario.
8. Análisis de V.M.A (vacios en el agregado mineral).
9. Análisis de V.F.A (vacios llenos de asfalto).
10. Gráfica de Resultados obtenidos.
2.2.6. CONCRETO ASFÁLTICO
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
MATERIALES
Agregado
H
DEREC
El agregado debe ser piedra picada, grava picada, arena, grava sin picar y polvillo,
en diferentes combinaciones: debe proceder de rocas duras y resistentes; no debe
tener arcilla en terrones ni como película adherida a los granos; y debe estar libre de
todo material orgánico. El agregado que se use para la construcción de pavimentos de
concreto asfáltico se clasifica en: grueso, fino, polvo mineral y llenante.
El agregado grueso es la fracción del agregado que queda retenida en el Cedazo
No.8. El agregado grueso debe tener las propiedades características siguientes:
a) Debe estar limpio y no debe tener más del 5%, de su peso, de trozos alargados o
planos.
b) El porcentaje de desgaste, determinado según la norma COVENIN 267 no debe
ser mayor del 40% para las mezclas usadas como carpeta de rodamiento, ni mayor del
50% para las mezclas usadas como carpeta intermedia o como carpeta base.
c) No debe tener una pérdida de peso mayor del 15% al ser sometido al ensayo
MOP-E-114 (Desgaste en sulfato de magnesio. 5 ciclos), para las mezclas usadas
como carpeta de rodamiento.
d) En el momento de ser mezclado, el porcentaje de caras producidas por fractura
determinado según la norma COVENIN 1124, debe ser mayor del 60%.
42
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
El agregado fino es la fracción del agregado que pasa el cedazo N° 8 y queda
retenido en el Cedazo N° 200. Debe estar constituido por arena y/o residuos de piedra
picada o grava sin picar, en forma de granos limpios y duros y de superficie áspera. El
agregado fino que se use en la preparación de las mezclas para carpetas de
rodamiento, no debe tener una pérdida de peso mayor de 15% al ser sometido al
Ensayo MOP-E-114 (Desgaste en sulfato de magnesio. 5 Ciclos).
El polvo mineral es la fracción del agregado que pasa el cedazo N° 200. El agregado
llenante debe estar constituido por polvillo calcáreo o cemento Portland. También, si lo
aprueba por escrito el Ingeniero Inspector, el agregado llenante puede estar constituido
por cualquier otro polvillo mineral, no plástico. La granulometría del agregado llenante
debe estar comprendida dentro de los límites siguientes:
S
O
D
A
V
E3R
S
Tabla
No.
E
R
OS
H
DEREC Granulometría del Agregado
Fuente: COVENIN 2000-1987
La granulometría del agregado en el momento de ser mezclado debe estar
comprendida entre los límites indicados en la tabla siguiente:
a) Mezclas de granulometría densa
43
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
Tabla No. 4
Mezcla de granulometría densa
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
H
DEREC
Fuente: COVENIN 2000-1987
b) Mezclas de granulometría abierta.
Tabla No. 5
Mezcla de granulometría abierta
Fuente: COVENIN 2000-1987
44
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
El agregado está sujeto a aprobación previa, por escrito de "El Ministerio”.
Materiales asfálticos
Los materiales asfálticos que se pueden utilizar para la construcción de pavimentos
de concreto asfálticos son cementos asfálticos de penetración 60 - 70, 85 - 100 y 120 150.
Con suficiente anticipación al comienzo de los trabajos de construcción de
pavimentos de concreto asfáltico "El Contratista" debe someter a la aprobación de "El
Ministerio" muestra(s) del material asfáltico del tipo seleccionado. No se deben iniciar
dichos trabajos sin la previa aprobación por escrito de dicho material por "El Ministerio".
S
O
D
A
V
R
E
S
E
R
y COVENIN 1105 (Penetración)O
haciendo
S el muestreo del material asfáltico según el
H
C
E
ER en el Ensayo MOP-E-201. La utilización del material asfáltico
procedimientoD
indicado
El material asfáltico de cada despacho antes de ser depositado en los tanques de
almacenamiento debe ser sometido a los ensayos: COVENIN 372 (punto de inflamación
sólo debe ser autorizada por el Ingeniero Inspector, si los resultados de esos ensayos
son satisfactorios.
Mezcla asfáltica
"El Ministerio" debe seleccionar el tipo de granulometría del agregado (12-10.2) y el
porcentaje de cemento asfáltico que se usen para la preparación de la mezcla asfáltica.
Las mezclas asfálticas deben satisfacer los requisitos siguientes:
a) Mezclas de granulometría densa
Tabla No. 6
Mezcla de granulometría densa
Fuente: COVENIN 2000-1987
45
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
b) Mezclas de granulometría abierta
Las mezclas de granulometría abierta, deben cumplir los mismos requisitos de
Estabilidad Marshall (en lb.), establecidos para las mezclas de granulometría densa.
Los ensayos para determinar el porcentaje de asfalto y demás requisitos que debe
satisfacer la mezcla asfáltica, se deben hacer siguiendo los procedimientos indicados
en el Ensayo MOP-E-301.
Los materiales, en el momento de ser mezclados, deben satisfacer los requisitos
siguientes:
a) El Agregado debe presentar un valor de equivalente de arena igual a, o mayor de
45%. La determinación del valor de equivalente de arena se debe hacer según el
Ensayo MOP-E108.
S
O
D
A
V
determinación de esta propiedad se debe hacer
según
ER el Ensayo MOP-E-308.
S
E
R
S
O
H
C
E
DER
b) La adherencia entre el agregado y el material asfáltico debe ser buena. La
Mezcla de trabajo
a) Después de la aprobación de los materiales, el Ingeniero Inspector debe
establecer de común acuerdo con "El Contratista", la mezcla más adecuada. Una vez
establecida esa mezcla de trabajo, las variaciones permisibles en la granulometría son:
Tabla No. 7
Variaciones permisibles mezcla de trabajo de granulometría
Fuente: COVENIN 2000-1987
b) El contenido de material asfáltico de la mezcla de trabajo no debe variar, por
exceso o por defecto, en más de 0,3% del peso unitario de la mezcla asfáltica. El no
46
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
cumplimiento de esta condición es suficiente para que el Ingeniero Inspector rechace la
mezcla asfáltica obtenida.
c) Si hay cambio en la procedencia de cualquiera de los materiales se debe
establecer una nueva mezcla de trabajo antes de usar el nuevo material.
EQUIPO
El equipo mínimo para la construcción de pavimentos de concreto asfáltico debe
estar de acuerdo con lo establecido en el Programa de Obra que apruebe "El
Ministerio". El equipo para la ejecución de dicha construcción debe estar constituido
por:
- Planta de trituración de agregados, si se requiere
- Planta mezcladora fija
- Máquina pavimentadora
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
ECH
R
E
D
- Aplanadora de ruedas lisas de acero, tipo Tandem
- Aplanadora de ruedas neumáticas, autopropulsada
- Aplanadora de ruedas lisas de acero, tipo tres ruedas
- Tanque de alimentación
- Camiones volteo
Todo el equipo debe estar sujeto a la aprobación de "El Ministerio" mediante
prueba(s) de campo.
La planta mezcladora debe ser calibrada antes de hacerla funcionar. Dicha
calibración debe estar sujeta a la aprobación del Ingeniero Inspector. Se debe ejercer
estricto control sobre el buen funcionamiento de la Planta Mezcladora. Los posibles
defectos que se produzcan durante su operación deben ser corregidos inmediatamente.
El sitio de ubicación en obra de la planta mezcladora fija, debe disponer de
facilidades para el almacenamiento del agregado. Se deben preferir los sitios que
permitan mantener separadas, de acuerdo con su granulometría, las diferentes pilas del
agregado. Cuando lo exija el Ingeniero Inspector, la separación entre las diferentes pilas
del agregado, se debe hacer mediante tabiques apropiados. El patio de almacenaje se
debe mantener limpio y bien drenado.
47
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
Para la construcción de pavimentos de concreto asfáltico se debe disponer en obra
de una cantidad tal de máquinas pavimentadoras que permita la colocación de la
mezcla asfáltica sobre la superficie de apoyo sin demoras perjudiciales.
El equipo de compactación requerido por cada máquina pavimentadora debe estar
compuesto por:
- Una aplanadora de ruedas lisas de acero, tipo tres ruedas, con peso entre 10 y 12
t. (NOTA: El uso de aplanadoras vibratorias está sujeto a la aprobación de "El
Ministerio").
- Una aplanadora de ruedas neumáticas autopropulsada.
- Una aplanadora de ruedas lisas de acero, tipo Tandem, con dos o tres ejes, y con
peso entre 10 y 12 t.
PERSONAL
S
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D
A
V
ER
S
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R
OS
ECH
R
E
D
suficiente y debe estar
El personal que se emplee para la construcción de pavimentos de concreto asfáltico
debe ser
debidamente calificado para ejecutar el trabajo
requerido, en un todo de acuerdo con lo establecido, y en el programa de obra que
apruebe "El Ministerio".
PROCEDIMIENTO PARA LA EJECUCIÓN
El Ingeniero Inspector debe autorizar, por escrito, el inicio de los trabajos de
construcción de pavimentos de concreto asfáltico, luego de constatar que han sido
satisfechos los requisitos establecidos.
Los trabajos se deben iniciar limpiando la superficie de apoyo con barredoras
mecánicas o barredoras de aire a presión, si así lo ordena el Ingeniero Inspector. A
continuación, si la superficie de apoyo es una carpeta asfáltica o pavimento de concreto
de cemento Portland se debe aplicar un riego de adherencia. Si la superficie de apoyo
no ha sido tratada previamente con material asfáltico y no es una carpeta asfáltica ni
pavimento de concreto de cemento Portland se debe aplicar si "El Ministerio" lo
considera conveniente, un riego de imprimación asfáltica.
48
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
Preparación de la mezcla
La temperatura del material asfáltico en el momento de ser mezclado debe ser
aquella a la cual dicho material asfáltico tenga una viscosidad aproximada de 100 SSF.
En todo caso la viscosidad del material asfáltico debe estar comprendida entre 75 SSF
y 150 SSF, y la temperatura máxima permisible es de 163 ºC.
El material asfáltico debe ser calentado en tanques apropiados que produzcan un
calentamiento uniforme de su contenido.
El Ingeniero Inspector debe determinar, de acuerdo al tipo de planta mezcladora que
se use:
- La cantidad de material asfáltico para cada operación de mezcla por terceos.
- La descarga calibrada de material asfáltico por unidad de tiempo en las
S
O
D
A
V
El agregado que se use para la preparación
de
ElaRmezcla asfáltica se debe depositar
S
E
R
S la uniformidad de su granulometría durante
O
y manejar de manera queC
esté
garantizada
H
E
ER
el mezclado. D
Se debe evitar la segregación y/o contaminación del agregado. Si para la
mezcladoras continuas.
preparación de la mezcla asfáltica se utilizan agregados picados y agregados sin picar,
dichos agregados se deben depositar en pilas separadas. El agregado grueso se debe
separar en, al menos, dos pilas con granulometría diferente.
El contenido de humedad del agregado en el momento de efectuarse el mezclado no
debe ser mayor de 1% de su peso.
Antes de ser introducido en la mezcladora el agregado se debe calentar hasta una
temperatura no mayor de 163 ºC; se debe depositar de acuerdo con su tamaño en
compartimientos separados; y se debe dosificar exactamente, por peso o por volumen,
para obtener la mezcla de trabajo.
La temperatura de la mezcla al salir de la mezcladora no debe tener una variación
mayor de 8 ºC, por exceso o por defecto, de la temperatura adoptada para el material
asfáltico, pero en ningún caso dicha temperatura debe ser menor de 135 ºC ni mayor
de 163 ºC.
49
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
Tiempo de mezclado
Cuando la mezcla asfáltica se prepare en planta de terceos las diferentes partes que
componen el agregado se deben mezclar en la mezcladora, durante un tiempo
comprendido entre 3 y 15 segundos antes de añadir el material asfáltico. Después de
añadir el material asfáltico la mezcla se debe mezclar durante un tiempo comprendido
entre 20 y 60 segundos.
Cuando la mezcla asfáltica se prepare en planta de mezclado continuo el tiempo de
mezclado debe ser el necesario para que todas las partículas del agregado queden
cubiertas con el material asfáltico. Dicho tiempo de mezclado debe estar comprendido
entre 20 y 70 segundos.
S
O
D
A
V
La mezcla se debe transportar en camiones
R desde la Planta de Mezclado
Evolteo
S
E
R
S tolvas de los camiones volteo se deben limpiar
O
hasta el lugar de su utilización.
Las
H
C
E
DER
Transporte y colocación
cuidadosamente para evitar materias extrañas en la mezcla. Las tolvas de los camiones
volteo deben estar provistas de una lona o de un encerado con qué cubrir la mezcla
desde el momento de su carga hasta el momento de su utilización.
La mezcla asfáltica se debe descargar en la máquina pavimentadora, a la
temperatura especificada.
La superficie de apoyo debe estar limpia y seca en el momento de colocar la mezcla
asfáltica.
El extendido de la mezcla asfáltica se debe hacer por medio de máquinas
pavimentadoras, sin que se produzcan arrastres o desgarramientos de la capa que se
está extendiendo. No se debe permitir el palear la mezcla asfáltica sobre el pavimento
recién colocado.
Sólo en las áreas inaccesibles a las máquinas pavimentadoras y previa autorización
por escrito del Ingeniero Inspector, se pueden utilizar otros métodos para la colocación
de la mezcla asfáltica.
Antes de colocar la mezcla asfáltica contra superficies de contacto tales como:
juntas, brocales, cunetas, colectores, bocas de visita, etc., dichas superficies de
50
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
contacto se deben limpiar y se deben pintar con una capa delgada y uniforme de
cemento asfáltico caliente o de asfalto líquido.
Compactación
Durante el proceso de compactación se deben satisfacer los requisitos siguientes:
a) Las ruedas de las aplanadoras se deben mantener suficientemente húmedas para
evitar que la mezcla asfáltica se les adhiera.
b) Las aplanadoras se deben mover lenta y uniformemente con las ruedas de
tracción hacia la máquina pavimentadora.
c) La velocidad de las aplanadoras no debe exceder de 5 km/h para las de ruedas
lisas de acero, ni de 9 km/h las de ruedas neumáticas.
S
O
D
A
V
que se produzcan desplazamientos en la mezcla
R colocada. Cualquier variación
Easfáltica
S
E
R
Sdebe hacer sobre la mezcla ya compactada.
O
de la dirección de la compactación
se
H
C
E
DER
e) Si durante
la compactación se producen desplazamientos del material ya
d) La dirección de la compactación no se debe cambiar bruscamente, para evitar
colocado las áreas afectadas se deben remover inmediatamente con rastrillos y se
deben conformar al nivel original con material suelto. El material suelto se debe
compactar nuevamente.
f) El equipo pesado, incluyendo las aplanadoras, no debe descansar sobre la
superficie compactada antes de que dicha superficie se haya enfriado completamente.
Cuando se esté compactando una sola franja, el proceso de compactación debe
seguir el orden siguiente:
1 - Juntas transversales
2 - Bordes laterales
3 - Compactación inicial de la franja
4 - Compactación intermedia de la franja
5 - Compactación final de la franja
Cuando la mezcla asfáltica se coloca simultáneamente con dos o más máquinas
pavimentadoras en franjas adyacentes y se hace la compactación en forma escalonada
o bien, cuando se compacta la franja adyacente a una colocada previamente, el
proceso de compactación debe seguir el orden siguiente:
51
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
1 - Juntas transversales
2 - Juntas longitudinales
3 - Borde exterior
4 - Compactación inicial de la franja
5 - Compactación intermedia de la franja
6 - Compactación final de la franja
En el proceso de compactación escalonada se debe dejar sin compactar un ancho
de unos 7 cm a todo lo largo de la junta longitudinal de la primera franja, para
compactarlo durante la compactación de la franja siguiente. Los bordes y las juntas en
estos casos no deben permanecer más de quince minutos sin ser compactados.
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
2.3 SISTEMA DE VARIABLES
2.3.1 VARIABLE
H
DEREC
Capa de Rodamiento con Mezcla Tipo III.
2.3.2 DEFINICION CONCEPTUAL
Esta colocada encima de la base y generalmente esta formada por una mezcla
bituminosa en pavimentos flexibles o por concreto en pavimentos rígidos en base a una
mezcla asfáltica con gradación y características tipo III (Herbert Lynch, 1980)
2.3.3 DEFINICION OPERACIONAL
Esta colocada encima de la base y generalmente está formada por una mezcla
bituminosa en pavimentos flexibles o por concreto en pavimentos rígidos en base a una
mezcla asfáltica con gradación y características tipo III extendida en un eje vial en la
Ciudad de Maracaibo, a diferentes horas del día, a variables temperaturas del día con el
fin determinar la incidencia de dicho aspecto sobre las densidades reales del pavimento
extendido.
52
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
2.3.4 CUADRO DE VARIABLES
OBJETIVO GENERAL:
Evaluar el comportamiento según el resultado de los ensayos de densidad efectuado a la capa de
rodamiento con mezcla tipo III, medido a diferente temperatura ambientes.
Objetivo
Definir el diseño de la
mezcla asfáltica tipo III
para certificar que la
homogeneidad de la
misma sea igual durante
todas las colocaciones
según la Norma COVENIN
2000-1987.
Variable
Aplicar la Mezcla Asfáltica
a diferentes horas del día.
Determinar las densidades
según resultados arrojados
por los ensayos
practicados por el
laboratorio.
Comparar resultados
obtenidos entre las
densidades de las
muestras asfálticas y las
temperaturas ambiente de
colocación de la misma
Indicadores
Ensayos:
• Granulometría.
• Adherencia
• Equivalente de Arena.
• Peso Específico.
• Desgaste de los ángeles.
• Desgaste en sulfato de
Especificaciones
magnesio.
para Diseño de
•
Caras Fracturadas.
mezclas tipo III.
• Estabilidad.
• Fluencia.
• Densidad.
• Porcentaje de Vacíos.
• Porcentaje de Asfalto.
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
HCapa
de Rodamiento
DEREC
con Mezcla
Aplicar un patrón de
compactación igual en
todas las capas de
rodamiento según la
Norma COVENIN 20001987.
Dimensión
Asfáltica tipo III.
Ensayos:
• Granulometría.
Especificaciones
• Estabilidad.
para Diseño de
• Fluencia.
patrón de
• Porcentaje de Asfalto.
compactación.
• Densidad.
Especificaciones
para la
colocación de la
mezcla asfáltica
tipo III
Especificaciones
para la obtención
de las
densidades de
las muestras
asfálticas
•
Metodología para la
colocación de la mezcla
asfáltica tipo III.
•
Densidad de la muestra
Como resultado de la investigación.
Fuente: Certelli (2008)
53
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
2.4. DEFINICION DE TERMINOS BASICOS
Aglomerante: Material capaz de unir fragmentos de una o varias sustancias y dar
cohesión al conjunto, por efectos de tipo exclusivamente físico (Herbert Lynch,1980)
Agregados: Se definen como cualquier material inerte y duro. Las mezclas que
obtenemos de agregados al combinarse con diferentes tipos de asfaltos tienen como
resultado mezclas asfálticas utilizadas para la pavimentación (Herbert Lynch,1980)
Arcillas: Son partículas sólidas con diámetro menor a 0.005 mm. y cuya masa tiene la
propiedad plástica al ser mezclada con agua. Algunas entidades consideran como
arcillas las partículas menores de 0.002 mm (Herbert Lynch, 1980)
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
Asfalto: Mezcla de hidrocarburos de color oscuro, negro, pardo, etc., con aspecto de
betún, a veces blando, pero en ocasiones duro y de fractura concoidea (Norma Covenin
2000-1987).
H
DEREC
Bituminoso: Sustancia que contiene o de la que se puede extraer por destilación,
betunes o breas (Norma Covenin 2000-1987).
Briquetas: Es un vocablo con el cual se denomina al molde o probeta de 4” (10,16
cms.) de diámetro y 2.5” (6.35 cms.) de altura, elaboradas empleando procedimientos
de compactación especificados. (Herbert Lynch, 1980)
Compactación: Es un proceso mecánico con el cual se logra una densificación del
suelo por expulsión del aire de sus espacios vacíos, para mejorar ciertas características
mecánicas del suelo que va a ser utilizado en obras de tierra (rellenos, carreteras,
pistas, aeropistas, etc.) (Herbert Lynch ,1980).
Dosificar: Distribuir una cantidad en porciones. (Herbert Lynch, 1980)
Estabilidad: Capacidad que tienen los pavimentos para resistir la deformación ante el
efecto de las cargas impuestas por los vehículos. En el laboratorio se calcula como la
máxima resistencia en libras en el cual una briqueta estándar a 60 ºC falla al aplicarle
una carga, a una velocidad de 2” por minuto. Esta falla ocurre cuando la presión medida
en el dial del reloj micrométrico llega al máximo (Norma Covenin 2000-1987).
54
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
Exudación: Capacidad de salir un líquido fuera de sus vasos o de quien lo contiene
(Herbert Lynch ,1980)
Flujo: Es el movimiento o deformación total que se produce en la mezcla entre el
comienzo del ensayo y la carga máxima durante el ensayo de estabilidad, expresado en
centésimas de pulgada (Herbert Lynch, 1980)
Gradación: Serie de piezas ordenadas gradualmente (Herbert Lynch, 1980)
Granulometría: Proceso mediante el cual se separa los diferentes tamaños de los
granos en el suelo (Herbert Lynch, 1980)
Grava: Conjunto de cantos rodados de formas y tamaños variados que se encuentran
en depósitos naturales y que pueden contener alguna proporción de materiales más
finos al límite establecido, suele denominarse así a los tamaños superiores a 25 mm
S
O
D
A
V
Impermeabilizar: Impenetrable al agua o a otro
fluido
ER (Herbert Lynch, 1980)
S
E
R
S se extrae del petróleo y el alquitrán.
O
Parafina: Compuesto químico
que
H
C
E
ER
hidrocarburo D
acíclico saturado (Herbert Lynch, 1980)
(Herbert Lynch, 1980)
Es un
Pavimento: Es una estructura cuya función fundamental es distribuir suficientemente
las cargas concentradas de las ruedas de los vehículos de manera que el suelo
subyacente pueda soportarlas sin fallas o deformaciones excesivas. (Norma Covenin
2000-1987).
Picnómetro: Aparato de vidrio de forma cónica o cilíndrica con un tapón de vidrio de 22
a 26 mm. de diámetro, el cual se utiliza para obtener la gravedad específica de
materiales bituminosos (Herbert Lynch, 1980).
Probeta: Tubo o vaso de cristal, generalmente, graduado, que se usa en los
laboratorios para medir líquidos o gases (Herbert Lynch, 1980).
Tamiz: Instrumento compuesto de un aro y una red, que sirve para separar las partes
sutiles de las gruesas (Herbert Lynch, 1980)
Temperatura: es una de las magnitudes que miden el estado de la materia (otras son
la presión, densidad, etc.). Cuando un pedazo de materia (cuerpo) intercambia calor
con el ambiente, generalmente cambia su temperatura. La temperatura causa,
sensaciones de calor y frío, aumenta y disminuye el tamaño de los cuerpos (por
55
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
ejemplo, el mercurio de los
termómetros) y emisión de radiación por los cuerpos
(Norma Covenin 2000-1987).
Viscosidad: Propiedad de los fluidos debido al frotamiento de sus moléculas que se
gradúa por la velocidad de salida de aquellos a través de tubos capilares (Norma
Covenin 2000-1987).
H
DEREC
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
56 CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO H
DEREC
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
57 CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO.
En el desarrollo de cualquier investigación es necesario seleccionar un diseño
metodológico que permita alcanzar cada uno de los objetivos planteados y al mismo
tiempo visualizar el alcance del estudio a efectuar. Por esta razón, en este capítulo se
presenta la metodología considerada en la resolución del problema que es objeto de
S
O
D
A
V
ER
S
igual que los procedimientos de investigación.
E
R
S
O
H
C
E
DER
investigación: tipo, diseño, población y muestra, técnicas de recolección de datos, al
3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN.
Esta investigación está establecida como una investigación del tipo descriptiva
desde el punto de vista metodológico. Estos tipos de estudios miden, evalúan,
dimensionan y caracterizan los elementos del fenómeno en específico o del conjunto a
estudiar. Los estudios descriptivos no verifican hipótesis y teorías, sino hechos
concretos de modelos teóricos.
Los estudios descriptivos dan como resultado un diagnóstico, por esto es
importante poseer un alto conocimiento y discernimiento sobre el tema en cuestión. De
acuerdo con Arias (1999) los estudios descriptivos miden y evalúan diversos aspectos,
dimensiones y componentes de fenómenos a investigar, trabaja sobre realidades de
hechos, y su característica fundamental es la de presentar una definición correcta de
dicho hecho o fenómeno. En un estudio descriptivo se selecciona una serie de
argumentos o condiciones y se mide cada una de ellos independientemente, para así
describir lo que se investiga.
58 CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO Según Dankhe (1986) “Los trabajos descriptivos buscan especificar las
propiedades importantes de personas, grupos, comunidades o cualquier otro fenómeno
que sea sometido a análisis”.
“La investigación descriptiva, requiere considerable conocimiento del área que se
investiga para formular las preguntas específicas que se buscan responder. No se
ocupan de la verificación de hipótesis, sino de la verificación de hechos a partir de un
criterio o modelo teórico previamente definido” (Sabino, 1987).
Se considera descriptivo el presente trabajo especial de grado, debido a que en
el mismo se describen los procesos tanto de control o verificación de los materiales en
cuanto a la densidad se refiere, que componen las mezclas asfálticas como los de
S
O
D
A
V
R
E
S
E
R
Igualmente, el tipo de investigación
S realizada es una investigación de campo, ya
O
H
C
E
ER es obtenida directamente en el sitio de colocación del
toda la D
información
diseño de las mezclas y los de las compactaciones a diferentes horas del día, utilizando
la temperatura ambiente de colocación como parámetro de comparación.
que
pavimento. En tal sentido Tamayo y Tamayo (2001) plantea que cuando los datos se
recogen directamente de la realidad, cerciorándose de las verdaderas condiciones en
que se han obtenido los mismos, facilitado la revisión o modificación en caso de surgir
dudas, por lo que en tal sentido se considera una investigación de campo.
3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
El diseño de la investigación se caracteriza por ser de tipo no-experimental,
motivado a que no se manipuló las diferentes muestras tomadas en campo para ser
estudiadas en laboratorios geotécnicos y de estudio de pavimentos. Esta consideración
está caracterizada porque en la vía donde fue colocado el pavimento a diferentes horas
del día, con variaciones en la temperatura ambiente de colocación, el material colocado
fue imperturbado, es decir, no se modificó ninguno de sus componentes y el
investigador no varió ninguno de las características tanto en la preparación de la mezcla
asfáltica, como en la colocación y en la obtención de las muestras en campo.
59 CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO En tal sentido, Hernández, y otros (1999, p. 184) señalan que un diseño es de
tipo no-experimental, cuando no se realiza deliberadamente manipulaciones a las
variables,
observando fenómenos tal y como se dan en su contexto natural, para
después analizarlos.
Además, considerando la dimensión temporal dentro de la clasificación de los
experimentales es del tipo tranversal o transeccional, debido a que la muestra es
tomada en campo en un solo momento, en una sola oportunidad, y no en varios
momentos como podría ser el caso contrario, para luego analizar y describir los
hallazgos de la medición realizada.
S
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D
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S
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R
OS
3.3. POBLACIÓN Y MUESTRA.
H
DEREC
3.3.1. POBLACIÓN.
Según Chávez (1994) la población está definida como el universo de la
investigación sobre el cual se pretende generalizar los resultados de la misma y está
constituida, por características y estratos que le permiten distinguir los sujetos uno de
otros. Tal como lo explica Tamayo (1992), la población es la totalidad del fenómeno a
estudiar, en donde las unidades de población poseen características comunes,
susceptibles de observación, lo cual da origen a los datos de la investigación.
Para tal efecto, la población que define el presente trabajo especial de grado,
está dada por las mezclas asfálticas para las normas vigentes (Tipo III), aplicadas en el
tramo vial Av. 12 ubicado en el sector Sierra Maestra. Municipio San Francisco, Estado
Zulia.
3.3.2. MUESTRA.
La muestra de la presente investigación, esta dada mediante la toma de 10
briquetas en campo a diferentes horas del día (2 tomas por vez) y temperaturas
60 CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO ambiente de colocación.
Por otro lado, se puede decir que el universo quedo distribuido en la forma como
se indicó. En cuanto a la técnica de recolección de la muestra, se determina que se
encuentra en un muestro probabilístico simple, debido a que el tomador no tenía
posibilidad de discernir o decidir en que punto debía tomar para de alguna manera
forzar un resultado o simplemente una preferencia en especifica. El tomador
simplemente tomo 10 muestras al azar a lo largo de la vía pavimentada. Esto determina
que las muestras no fueron tomadas de manera intencional.
Las muestras recolectadas fueron posteriormente ensayadas en el laboratorio de
pavimentos, para determinar las densidades de cada una y tener suficiente información
S
O
D
A
V
R
E
S
E
R
3.4. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN
S DE DATOS.
O
H
C
E
DER
para discernir en los resultados obtenidos.
Es de observar que esta etapa consistió en recolectar los datos pertinentes sobre
la variable involucrada en esta investigación Según Chávez (1994, p. 173) las técnicas
son los medios que utiliza el investigador para medir el comportamiento o atributos de
las variables.
Por otra parte, según Bavaresco (1994), estas técnicas conducen a la
verificación de problemas planteados. Cada tipo de investigación determinará las
técnicas a utilizar y cada técnica establece sus herramientas, instrumentos o medios
que serán empleados.
3.4.1. DOCUMENTAL
Dado a que la investigación requiere la formulación de planteamientos técnicos y
normativos de importancia, se considera que la observación documental es considerada
en la presente tesis como elementos indispensables en la recolección de datos. Bajo
los patrones descritos en estos documentos, la presente investigación formulará el
procedimiento a seguir para la recolección, procesamientos y análisis de las muestras
61 CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO tomadas, y por ende, el razonamiento preciso de los resultados obtenidos.
En el presente caso, la metodología a utilizar en cuanto a la obtención de las
muestra, es considerada válida y confiable ya que se está empleando procedimientos
técnicos y normativos de aplicación general en el país.
3.4.2. OBSERVACION DIRECTA
Otra técnica de recolección de datos, además del análisis documental,
fue
utilizada la observación directa, dado a los diversos estudios a los cuales serán
sometidas las muestras.
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
3.5. INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS.
H
DEREC
Los instrumento de recolección de datos de la presente investigación, están
integrados por las diferentes normas utilizadas para el desarrollo cabal de la
investigación (Método Marshall). Estos instrumentos son considerados válidos y
confiables ya que se está empleando procedimientos técnicos y normativos de
aplicación general en el país.
62 CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO CUADRO DE OPERACIONALIZACION DE LA VARIABLE
Objetivo
Variable
Dimensión
Indicadores
Ensayos:
Especificaciones
para Diseño de
mezclas tipo III.
Capa de
Rodamiento
con Mezcla
Asfáltica tipo III
Determinar las
densidades según
resultados arrojados por
los ensayos practicados
por el laboratorio.
Comparar resultados
obtenidos entre las
densidades de las
muestras asfálticas y las
temperaturas ambiente
de colocación de la
misma
Granulometría.
Adherencia
Equivalente de
Arena.
•
Peso Específico.
•
Desgaste de los
ángeles.
•
Desgaste en
sulfato de
magnesio.
•
Caras
Fracturadas.
•
Estabilidad.
•
Fluencia.
•
Densidad.
•
Porcentaje de
Vacíos.
•
Porcentaje de
Asfalto.
Ensayos:
•
•
•
Ensayo MOP-E-108.
Ensayo MOP-E-308.
Ensayo MOP-E-108.
•
•
COVENIN 2000-87
COVENIN 267
•
Ensayo MOP-E-114
•
COVENIN 1124
•
•
•
•
Método Marshall.
COVENIN 2000-87
COVENIN 2000-87
COVENIN 2000-87
•
Ensayo MOP-E-301.
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
H
DEREC
Aplicar la Mezcla Asfáltica
a diferentes horas del día.
Normas:
•
•
•
Definir el diseño de la
mezcla asfáltica tipo III
para certificar que la
homogeneidad de la
misma sea igual durante
todas las colocaciones
según norma COVENIN
2000-1987.
Aplicar un patrón de
compactación igual en
todas las capas de
rodamiento según norma
COVENIN 2000-1987.
Instrumentos
Especificaciones
para Diseño de
patrón de
compactación.
Especificaciones
para la colocación
de la mezcla
asfáltica tipo III.
Especificaciones
para la obtención de
las densidades de
las muestras
asfálticas
•
•
•
•
•
•
Granulometría.
Estabilidad.
Fluencia.
Porcentaje de
Asfalto.
Densidad.
Metodología para
la colocación de la
mezcla asfáltica
tipo III.
Normas:
•
•
•
•
Ensayo MOP-E-108.
Método Marshall.
COVENIN 2000-87
Ensayo MOP-E-301.
•
Método Marshall.
Normas:
•
COVENIN 2000-87
Normas:
•
Densidad de la
muestra
Como resultado de la investigación
Fuente: Certelli (2009)
•
Método Marshall.
63 CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO 3.6. FASES DE LA INVESTIGACION.
La presente investigación está dividida en 4 fases importantes:
1) Extendido y compactación del material asfáltico en campo (ver fotos en
anexo).
2) Obtención y toma de muestras en campo.
3) Ensayos y pruebas a las muestras en laboratorio.
4) Análisis de los resultados obtenidos.
3.6.1. EXTENDIDO DEL MATERIAL ASFALTICO EN CAMPO.
S
O
D
A
V
R
E
S
E
R
diseño de mezcla en Anexos) aO
utilizar
S con el fin de obtener el porcentaje óptimo de
H
C
E
R la elaboración de dicha mezcla. Para la preparación, transporte y
asfalto necesario
DEpara
Para el extendido del material en campo, fue necesario diseñar la mezcla (Ver
colocación de la muestra se debieron utilizar los criterios descritos en el capitulo C.1210 de la norma COVENIN 2000-1987 (Concreto Asfáltico).
3.6.2. OBTENCION Y TOMAS DE MUESTRAS EN CAMPO.
La toma de la muestra en campo estuvo supeditada a la obtención de briquetas.
De manera que la altura de la briqueta estuviera dentro de los límites especificados, la
altura deseada de la briqueta era 6,35 ± 0,32 cms.
3.6.3. ENSAYOS Y PRUEBAS A LAS MUESTRAS EN LABORATORIO.
A continuación, se describen los ensayos realizados a las briquetas, destinados a
obtener las densidades de las mismas.
Una vez elaboradas las briquetas, se midió su altura con el vernier en tres partes
para sacar un promedio de dicha altura y hacerle la correspondiente corrección en la
estabilidad.
64 CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO Se pesaron al aire y se obtuvo el valor como peso de la briqueta al aire. Cada
briqueta fue pasada por talco para rellenar todos los agujeros o espacios vacíos Se
calentó la parafina a una temperatura de 40 ºC y se cubrió cada una de las briquetas
con una capa de ésta. Una vez que las briquetas parafinadas se enfriaron, se pesaron
nuevamente y se obtuvo como peso al aire + parafina. Se pesaron las briquetas
parafinadas en la balanza hidrostática y se obtuvo como peso en agua + parafina.
Obtenidos estos datos, se calculó la densidad real de la briqueta, según la siguiente
fórmula:
Wa
DR = --------------------------------------------
S
O
D
A
V
ER
S
W – W -RE------------S
O
H
C
P
E
DER
Wap - Wa
ap
wp
ep
Donde:
DR = Densidad Real de la briqueta (grs./cm3)
Wa = Peso de la briqueta al aire (grs.).
Wap = Peso de la briqueta + parafina al aire.
Wwp = Peso de la briqueta + parafina en agua.
Pep = Peso especifico de la parafina (0,89).
Determinada la densidad real de las briquetas, se realizaron los ensayos de
estabilidad y flujo de la siguiente forma:
Se eliminó la parafina y el talco a las briquetas para sumergirlas en un baño
térmico a 60 ºC ± 0,5 ºC, durante un tiempo no inferior a 30 minutos, ni mayor de 40
minutos. Se limpió la superficie interior de la mordaza y se lubricaron las varillas guías
con aceite, de tal forma que la mordaza superior deslizara suavemente sin pegarse. Se
sacó cada briqueta del baño térmico y se secaron. Se colocó la briqueta entre las
mordazas y se centró el conjunto en la prensa Marshall. El medidor de flujo se colocó
65 CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO sobre la varilla guía marcada para mantener la posición adecuada durante el proceso
de ensayo. Se le aplicó carga a la briqueta hasta que se produjo una deformación a
velocidad constante de 2 pulgadas por minuto hasta el momento que falló.
Mientras se realizó el ensayo de estabilidad, se mantuvo firmemente el medidor
de flujo en posición sobre la varilla guía marcada y se quitó cuando se obtuvo la carga
máxima, se leyó y se obtuvo esta lectura como el valor del flujo de la briqueta.
3.6.4. ANALISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS.
Con el fin de darle cumplimiento al objetivo general, el análisis de resultados
S
O
D
A
V
SER
E
obtenidas en campo, mediante S
la R
extracción
de briquetas de pruebas, y las
O
H
C
temperaturasD
ambiente
EREde colocación o extendido de material asfaltico en el tramo vial
consistirá en la preparación de curvas de comparación entre las diversas densidades
seleccionado para el desarrollo de la investigación, así como el respectivo análisis
estadístico e inferencias importantes.
66 CAPÍTULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN H
DEREC
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
67 CAPÍTULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN CAPÍTULO IV
RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN.
4.- RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
A continuación se presenta el análisis y resultado obtenidos en los ensayos de
laboratorio aplicados a la muestra tomada en campo, en el tramo vial Av. 12 ubicado en
el sector Sierra Maestra. Municipio San Francisco, Estado Zulia.
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
4.1.- RESULTADOS OBTENIDOS.
H
DEREC
Inicialmente, es necesario destacar que la mezcla asfáltica tipo III que se utilizó
fue suministrado por la planta de asfalto IMPOSECA, usando agregados provenientes
del RIO PALMAR. En
los resultados obtenidos de los ensayos realizados en el
laboratorio de control de calidad GEOTECNIA, se puede apreciar que es un buen
material con el cual se puede trabajar ya que cumple con las especificaciones exigidas
por la normativa (Ver anexo Diseño de mezcla).
En primera instancia, una vez realizada la colocación o extendido del material
asfáltico, el cual fue efectuado el 28 de enero del 2009, se tomaron las muestras
(briquetas) el 5 de febrero del mismo año a las 9:10 am. En tal sentido, es necesario
indicar que se determinó la temperatura ambiente en grados Centígrados (°C), en cada
momento de extendido de dicho material asfáltico en las horas del día representadas en
la tabla No. 8 mostrada a continuación.
68 CAPÍTULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN TABLA NO. 8
TEMPERATURA AMBIENTE DE COLOCACIÓN A DIFERENTES HORAS
HORAS DE
TEMPERATURA
COLOCACION
AMBIENTE
09:10 a.m
30,1 ºC
11:20 a.m
32,3 ºC
-2,2 °C
01:30 p.m
34,6 ºC
-2,3 °C
03:20 p.m
33,9 ºC
0,7 °C
05:25 p.m
Δ TEMP
H
DEREC
S
O
D
A
V
31,3 ºC
2,6 °C
ER
S
E
R
S
O
Fuente: Certelli (2009)
La siguiente grafica manifiesta que en el proceso de 5 tomas de muestras (2
briquetas por toma), a medida que se acercaba a las horas del mediodía, la
temperatura ambiente en la colocación aumentaba. Una vez se hacía más tarde, ya
hacia el final de la misma, esta temperatura volvía a descender como puede apreciarse
en la gráfica adjunta.
GRÁFICA NO. 1
TEMPERATURA AMBIENTE EN CADA INSTANTE DE COLOCACIÓN
Fuente: Certelli (2009)
69 CAPÍTULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN Una vez tomada la temperatura ambiente en cada mezcla asfáltica extendida, se
muestran a continuación las densidades reales obtenidas en cada momento o instante
de toma de los 5 sondeos, representados en las diferentes porciones de mezcla
extendida y en bases a los resultados derivados de las pruebas realizadas.
TABLA NO. 9
DENSIDADES REALES EN CADA TOMA DE MUESTRA
HORAS DE
TEMPERATURA
COLOCACION
AMBIENTE
09:10 a.m
30,1 ºC
2.382
S
O
D
A
V
ER
EºCS
R
S
32,3
O
RECH
11:20 a.m
DE
DENSIDAD REAL
2.285
01:30 p.m
34,6 ºC
2.158
03:20 p.m
33,9 ºC
2.258
05:25 p.m
31,3 ºC
2.337
Fuente: Certelli (2009)
En la siguiente gráfica se podrá detallar que las densidades disminuían a medida
que se acercaba la hora del mediodía, una vez se alejaba de esta hora pico, las
densidades aumentaban.
70 CAPÍTULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN GRÁFICA NO. 2
DENSIDADES REALES EN CADA TOMA
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
Fuente: Certelli (2009)
RECH
E
D
momento de la colocación como parámetro importante de comparación, se muestra a
Mostrando un análisis más global, y utilizando a la temperatura ambiente en el
continuación los resultados que determinan que las densidades disminuyen en el
momento que aumentan las temperaturas, y viceversa. Esto determina una correlación
inversa o negativa, correlación que será calculada posteriormente.
GRÁFICA NO. 3
DENSIDADES REALES VS. TEMPERATURA DE COLOCACIÓN
Fuente: Certelli (2009)
71 CAPÍTULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 4.2.- ANALISIS DE LOS RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN.
Una vez presentado los resultados, se dispone a realizar el respectivo análisis de
dichos resultados. Para tal efecto se pueden presentar las siguientes consideraciones
realizadas a continuación.
Se determina que las densidades disminuyen conformen se acerca la hora del
mediodía, una vez se alejaba de esta hora pico, las densidades aumentaban. Esto
determina que a mayores temperaturas ambiente de colocación, la densidad de la
mezcla asfáltica tiende a disminuir.
Como se puede apreciar en la grafica No. 3, el comportamiento de la relación
S
O
D
A
V
ERfácilmente mediante el cálculo de
S
campo denotan un comportamiento lineal
ajustable
E
R
S
O
H
C
E
los parámetros que
integran
una
ecuación
típica presentada a continuación.
DER
entre la temperatura de colocación de la mezcla asfáltica y las densidades obtenidas en
X
30,1
32,3
34,6
33,9
31,3
162,2
Y
2382,00
2285,00
2158,00
2258,00
2337,00
11420
ni
1
1
1
1
1
5
X^2
Y^2
906,01 5673924
1043,29 5221225
1197,16 4656964
1149,21 5098564
979,69 5461569
5275,36 26112246
XY
71698,2
73805,5
74666,8
76546,2
73148,1
369864,8
X^3
27270,9
33698,27
41421,74
38958,22
30664,3
172013,4
X^4
820854,1
1088454
1433192
1320684
959792,5
5622976
X^2Y
2158115,82
2383917,65
2583471,28
2594916,18
2289535,53
12009956,5
X*
44,1436139
Y=a+b*X
N=
MediaX
MediaY
5
32,44
2284
Var(X)
Var(Y)
Cov(X,Y)
La recta de regresión es
El coeficiente de correlación lineal
vale
X
2330
2214
Y
31,40
34,04
95%
2,7184 desv(x)
5793,2 desv(y)
-120
Y=
1,648757
76,11307
3716,0188 +
0,9562365
Y3716,0188
=
Y84,180213
=
44,14361
0,0226533 Y +
X=
X*
X*
84,18021
44,1436139
72 CAPÍTULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN Entre varios parámetros estadísticos calculados, se determina que la ecuación
en regresión lineal que mejor representa esta relación (densidad vs. Temperatura
ambiente) es la siguiente:
Y=a+bx
Donde; “y” representa la densidad y “x” la temperatura ambiente.
Quedando entonces la ecuación representada de la siguiente manera una vez
sustituidos los valores de “a” y “b”=
Y = 3716,02 – 44,14 x
Esta ecuación, denota que al bajar el valor de “x”, es decir, que la temperatura
disminuye, igualmente se incrementa en proporción de 44,14:1 por cada grado de
S
O
D
A
V
ER a un 95 % menor de este valor
S
E
R
teóricas o densidades ideales no deben
ser
menores
S
O
H
C
E
perfecto.
DER
temperatura de variación.
Es importante acotar además, que la variación a disminución de las densidades
Entonces, mediante un ejercicio interesante, se realiza el siguiente análisis:
Se tiene la ecuación obtenida:
Y = 3716,02 – 44,14 x
Se despeja x =
X = 0,0226533 Y + 84,18021
Para ajustar valor de temperatura, se considera una densidad de 2330 kg/m3
(obtenido en el diseño de mezcla ver anexos)
X = 0,0226533 (2330) + 84,18021
Para ajustar valor de temperatura considerando una densidad del 95 % de 2330
kg/m3 = 2213,5 kg/m3
X = 0,0226533 (2213,5) + 84,18021
Variación de temperatura máxima aceptada =
=
31,40 ° C - 34,04 ° C =
Variación 2,64 ° C
Las densidades obtenidas en campo determinan que son optimas ya que
algunas muestras incluso son mayores a la densidad obtenida en el diseño de mezcla,
solo una de las muestras es ligeramente menor al 95% del valor considerado como
73 CAPÍTULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN ideal. Esto ocurrió debido a que la temperatura ambiente de colocación de esta porción
de mezcla asfáltica fue la mayor a lo largo de la extensión total de la capa de
rodamiento.
Esto determina que la mejor temperatura ambiente de colocación de mezcla
asfáltica bajo la clasificación de Concreto Asfáltico tipo III, bajo las condiciones dadas,
es de 31,40 ° C en base a una densidad ideal de 2330 kg/m3. El máximo incremento
permitido de temperatura de colocación es de + 2,64 ° C.
Otro aspecto, a considerar es que se tiene un coeficiente negativo de correlación
casi perfecto (muy cercano a la unidad) de r = - 0,9562, lo que determina una alta
variación de las densidades de la mezcla asfáltica ya compactada, en correspondencia
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
con la temperatura ambiente de colocación o extendido de dicho material.
H
DEREC
74
CONCLUSIONES
Con el fin de dar respuesta a los objetivos específicos planteados, se emiten las
siguientes conclusiones:
o Para el desarrollo de la presente investigación fue necesario definir un diseño de la
mezcla asfáltica (concreto asfáltico) tipo III para certificar que la homogeneidad de la
misma fuese igual durante todas las colocaciones o extendidos de material, según
lo determina la Norma COVENIN 2000-1987. Para tal fin se puede apreciar dicho
diseño en los anexos de la presente investigación.
S
O
D
A
V
ER 2000-1987.
S
rodamiento según lo indicado en la Norma
COVENIN
E
R
SMezcla Asfáltica, fue realizada a diferentes horas
O
H
C
Esta aplicación
o
extendido
de
la
E
DER
o Posteriormente se aplicó un patrón de compactación igual en todas las capas de
o
del día, y por ende, a diferentes temperaturas ambiente de colocación.
o Una vez densificada significativamente la mezcla, se determinó las densidades
según resultados arrojados por los ensayos practicados por el laboratorio, mediante
la extracción de briquetas de estudio.
o Comparando y analizados resultados obtenidos entre las densidades de las
muestras a diferentes temperaturas ambiente de colocación se determino que las
densidades disminuyen conformen se acerca la hora del mediodía, una vez se
alejaba de esta hora pico, las densidades aumentaban. Esto determina que a
mayores temperaturas ambiente de colocación, la densidad de la mezcla asfáltica
tiende a disminuir.
o La mejor temperatura ambiente de colocación de mezcla asfáltica bajo la
clasificación de Concreto Asfáltico tipo III, bajo las condiciones dadas, es de 31,40 °
C en base a una densidad ideal de 2330 kg/m3. El máximo incremento permitido de
temperatura de colocación es de + 2,64 ° C.
o Otro aspecto, a considerar es que se tiene un coeficiente negativo de correlación
casi perfecto (muy cercano a la unidad) de r = - 0,9562, lo que determina una alta
75
variación de las densidades de la mezcla asfáltica ya compactada, en
correspondencia con la temperatura ambiente de colocación extendido de dicho
material.
.
H
DEREC
S
O
D
A
V
ER
S
E
R
OS
76
RECOMENDACIONES
Entre las recomendaciones que se pueden emitir al respecto están
las siguientes:
1) Determinar la incidencia de la temperatura ambiente de colocación
del material asfaltico sobre otros parámetros diferentes a la
densidad de la muestra compactada, para reforzar o simplemente
sustentar los resultados obtenidos en la presente investigación.
2) Determinar incidencias de paralizar extendido de material cuando
se tienen altas temperaturas en obras de pavimentación.
3) Establecer planificaciones de extendido de material a diferentes
OS
D
A
V
R
RESE
horas del día considerando importantemente la temperatura
ambiente.
S
O
H
C
E
ER considerada en el diseño.
D
y sub-base
4) Realizar esta investigación a otros diseños de mezclas y a la base
5) Presentar los resultados obtenidos de la presente investigación a
las empresas contratistas encargadas de la pavimentación en el
país, con el fin de que desarrollen sus extensiones de pavimentos
alejándose de las horas del mediodía, lapso considerado como
menos beneficioso para la estabilidad y las densidades del
material.
77
BIBLIOGRAFIA
• ARIAS, F. (1999). Guía de Proyecto de Investigación. Editorial Episteme,
Tercera Edición. 1999.
• BAVARESCO, A. (2001). Proceso Metodológico en la Investigación. Editorial
LUZ. Maracaibo. Edo. Zulia.
• CHÁVEZ, N. (2001). Introducción a la investigación educativa. Maracaibo.
Venezuela.
• DANKHE, G. L. (1989). Investigación y comunicación", McGraw-Hill, México.
• HERNÁNDEZ, ARMANDO; OVIEDO, GUSTAVO. “Manual de asfalto.
Ensayos físicos. Diseño y control”. Universidad del Zulia. Facultad de
ingeniería. 2ª, Edición. Maracaibo. Venezuela. 1977.
Construcción.
OSEspecificaciones.
D
A
V
R
SE
codificación y mediciones. ParteR
1:E
Carreteras.
S
HElOProceso de la Investigación. Caracas Venezuela.
C
E
SABINO,EC.
(1987)
R
D
• NORMAS
•
COVENIN
2000-87.
Sector
Editorial Panapo.
• TAMAYO Y TAMAYO, C. (2001) El Proceso de Investigación Científica.
México. Editorial Limusa.
• Wikipedia: www.wikipedia.org
S
O
H
C
E
ANEXOSER
D
OS
D
A
V
R
RESE
78
OS
D
A
V
R
RESE
S
O
H
C
E
ANEXO 1E
R DE COLOCACION Y EXTENDIDO DEL MATERIAL
D – FOTOS
ASFALTICO
79
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
80
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
81
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
82
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
83
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
84
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
85
ANEXO 2 – FOTOS ENSAYOS DE LABORATORIO
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
86
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
87
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
88
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
89
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
90
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
91
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
92
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
ANEXO 3 – DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA CONCRETO ASFALTO
TIPO III
93
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
94
ANEXO 4 – RESULTADOS DE LABORATORIO
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
95
S
O
H
C
E
DER
OS
D
A
V
R
RESE
96