universidad tÉcnica particular de lojadspace.utpl.edu.ec/bitstream/123456789/19725/1/gualpa guzman...

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

La Universidad Católica de Loja

ÁREA TÉCNICA

TÍTULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL

Evaluación de la influencia del espesor de una carpeta asfáltica porosa, en la

infiltración del agua superficial de una vía.

TRABAJO DE TITULACIÓN

AUTOR: Gualpa Guzmán, Guido Giuliano

DIRECTOR: Zúñiga Suárez, Alonso Rodrigo Mgs

LOJA - ECUADOR

2017

Esta versión digital, ha sido acreditada bajo la licencia Creative Commons 4.0, CC BY-NY-SA: Reconocimiento-No comercial-Compartir igual; la cual permite copiar, distribuir y comunicar públicamente la obra, mientras se reconozca la autoría original, no se utilice con fines comerciales y se permiten obras derivadas, siempre que mantenga la misma licencia al ser divulgada. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.es

Septiembre, 2017

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.es

ii

APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

Máster

Alonso Rodrigo Zúñiga Suárez

DOCENTE DE LA TITULACIÓN

De mi consideración:

El presente trabajo de titulación, denominado: Evaluación de la influencia del espesor de una

carpeta asfáltica porosa, en la infiltración del agua superficial de una vía realizado por Gualpa

Guzmán Guido Giuliano, ha sido orientado y revisado durante su ejecución, por cuanto se

aprueba la presentación del mismo.

Loja, junio de 2017

f)..............................

iii

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS

“Yo Gualpa Guzmán Guido Giuliano declaro ser autor del presente trabajo de titulación:

Evaluación de la influencia del espesor de una carpeta asfáltica porosa, en la infiltración del agua

superficial de una vía, de la Maestría en Ingeniería Vial, siendo Alonso Rodrigo Zúñiga Suárez

director del presente trabajo; y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja

y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones legales. Además, certifico que

las ideas, conceptos, procedimientos y resultados vertidos en el presente trabajo investigativo,

son de mi exclusiva responsabilidad.

Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 88 del Estatuto Orgánico de la

Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente textualmente dice: “Forman

parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos

científicos o técnicos y tesis de grado o trabajos de titulación que se realicen con el apoyo

financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad”

f. ............................................................... Autor: Gualpa Guzmán Guido Giuliano Cédula: 0916679483

iv

DEDICATORIA

El presente trabajo de investigación se lo dedico a Dios por brindarme la fuerza y la opción de

superarme cada día, a mi Papá Guido Gualpa Cavero porque a pesar de no tenerte aquí

físicamente a mi lado, siento que espiritualmente siempre me guías, a mi Mamá Sonia Gualpa

Cavero que siempre me has brindado tus conocimientos tus consejos, todo el cariño y ejemplo

para poder salir adelante, a mi tutor MSc. Alonso Zúñiga por ser una excelente guía y apoyo para

el desarrollo de la tesis y por siempre aportarme con conocimientos para avanzar como persona,

a mis hermanos Carlos Verdesoto G y Paola Gualpa G por siempre darme todo el cariño,

consejos, confianza y felicidad para guiarme en cada paso que he hado, a mi esposa Berenice

Zúñiga quien me ha brindado todo el amor, la colaboración para completar esta meta y quien es

mi felicidad y soporte.

Guido Giuliano Gualpa G.

v

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por brindarme la ayuda e inteligencia para poder cumplir una meta más en mi

vida, por permitirle a mi Padre Guido Gualpa Cavero ser mi ángel y ayudarme en los momentos

difíciles.

Agradezco a mi familia a mi Mamá Irma Sonia Gualpa por siempre estar conmigo siendo mi guía

mi ejemplo a seguir, a mis hermanos Carlo Verdesoto y Paola Gualpa, a mi esposa Berenice

Zúñiga T por brindarme todo el apoyo y el amor para cumplir con este nuevo paso, a mis padres

políticos MSc. Alonso Zúñiga y Econ. Cecilia Torres por brindarme el soporte para cumplir con mi

meta.

A mis profesores por impartir nuevos conocimientos, a mi Tutor Msc. Alonso Zúñiga S. que

siempre me supo guiar y despejar mis dudas en el desarrollo de este proyecto.

Guido Giuliano Gualpa G.

vi

ÍNDICE DE CONTENIDOS

CARÁTULA……………………………………………………………………………………………….i

APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN ......................................... ii

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS ..................................................... iii

DEDICATORIA .......................................................................................................................... iv

AGRADECIMIENTO ................................................................................................................... v

ÍNDICE DE CONTENIDOS ........................................................................................................ vi

ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................. ix

ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................. x

RESUMEN .................................................................................................................................. 1

ABSTRACT ................................................................................................................................ 2

INTRODUCCION ........................................................................................................................ 3

1.1 Pavimentos ................................................................................................................... 6

1.1.2. Pavimento flexible ................................................................................................. 6

1.1.2.1. Efectos del agua en la carpeta asfáltica........................................................ 7

1.2. Pavimentos permeables ............................................................................................... 8

1.2.1. Métodos elaboración de pavimentos permeables .................................................... 11

1.2.1.1. Método cántabro ........................................................................................... 11

1.2.1.2. Método australiano ....................................................................................... 11

1.2.1.3. Método RP ................................................................................................... 12

1.2.1.4. Método tracción indirecta .............................................................................. 12

1.3. Dinámica de fluidos computacional ................................................................................ 12

2.1. Metodologías para mezclas drenantes ....................................................................... 15

2.2. Caracterización de los áridos ...................................................................................... 16

2.2.1. Muestreo de agregados ....................................................................................... 16

2.2.2. Ensayo de caracterización de materiales pétreos ................................................ 18

2.2.2.1. Ensayo de granulometría de los áridos ......................................................... 18

vii

2.2.2.2. Ensayo de Abrasión en los áridos................................................................. 19

2.2.2.3. Partículas alargadas y achatadas ................................................................. 20

2.2.2.4. Determinación de caras fracturadas ............................................................. 20

2.2.2.5. Recubrimiento y peladura de mezclas bituminosas ...................................... 21

2.2.2.6. Peso específico de los agregados y filler ...................................................... 21

2.2.2.7. Resistencia a los sulfatos ............................................................................. 21

2.3. Resultados de caracterización de los agregados. ....................................................... 22

2.4. Betún Asfaltico ............................................................................................................ 22

2.4.1. Caracterización del cemento asfáltico.................................................................. 23

2.4.1.1. Determinación de a viscosidad cinemática del betún asfáltico ...................... 23

2.4.1.2. Punto de inflamación y combustión mediante la copa abierta de cleveland .. 23

2.4.1.3. Penetración de materiales bituminosos ........................................................ 23

2.4.1.4. Punto de ablandamiento de asfaltos ............................................................. 24

2.4.1.5. Ductilidad ...................................................................................................... 24

2.5. Diseño de la mezcla ................................................................................................... 25

2.5.1. Volumen de Vacío ............................................................................................... 28

2.5.2. Determinación de la Densidad Bulk ..................................................................... 28

2.5.3. Densidad máxima teórica .................................................................................... 30

2.5.4. Desgaste de la mezcla en estado seco................................................................ 31

2.5.5. Desgaste de la mezcla en estado húmedo .......................................................... 33

2.6. Permeabilidad ............................................................................................................. 34

2.6.1. Porcentaje de asfalto óptimo ............................................................................... 35

3. Análisis de permeabilidad .............................................................................................. 39

3.1. Preparación de Materiales. ......................................................................................... 39

3.1.1. Temperatura de la mezcla ................................................................................... 40

3.2. Elaboración y compactación de las losetas................................................................. 40

3.3. Evaluación de permeabilidad ...................................................................................... 41

viii

3.4. Análisis de resultados ................................................................................................. 42

3.5. Dinámica de fluidos computacional (CFD) .................................................................. 45

CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 49

RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 50

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 51

ANEXOS .................................................................................................................................. 56

ix

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Coordenadas de Mina ................................................................................................. 16

Tabla 2. Granulometría de Mezcla Drenante ............................................................................ 19

Tabla 3. Resultado de Ensayos. ............................................................................................... 22

Tabla 4. Ensayos realizados sobre el cemento asfáltico AC-20 ................................................ 24

Tabla 5. Distribución Granulométrica ........................................................................................ 25

Tabla 6. Porcentaje de distribución del árido y filler .................................................................. 26

Tabla 7. Densidad Bulk ............................................................................................................. 29

Tabla 8. Densidad Rice ............................................................................................................. 30

Tabla 9. Cálculo de Vacío ......................................................................................................... 31

Tabla 10. Desgaste en estado Seco ......................................................................................... 33

Tabla 11. Desgaste en Estado Húmedo.................................................................................... 34

Tabla 12. Permeabilidad en Briquetas ...................................................................................... 35

Tabla 13. Especificación para mezcla drenante. ....................................................................... 37

Tabla 14. Dosificación de la mezcla drenante ........................................................................... 40

Tabla 15. Resultados de permeabilidad .................................................................................... 44

x

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Efecto splash vía Panamericana Loja – Quito .............................................................. 7

Figura 2. Deterioro estructural de la carpeta asfáltica – Ciudad de Loja ..................................... 8

Figura 3. Mapa de ubicación cantera Catamayito II .................................................................. 17

Figura 4. Muestreo del árido grueso Figura 5. Muestreo del árido fino ............................ 17

Figura 6. Curva de especificaciones de granulometría para mezcla drenante........................... 19

Figura 7. Máquina de abrasión de los Ángeles ......................................................................... 20

Figura 8. Cemento asfáltico ...................................................................................................... 22

Figura 9. Faja granulométrica ................................................................................................... 25

Figura 10. Equipo viscosímetro ................................................................................................. 26

Figura 11. Temperatura, compactación y mezclado - Curva reológica del asfalto ..................... 27

Figura 12. Horno para calentar los materiales........................................................................... 27

Figura 13. Compactador automático para briquetas ................................................................. 28

Figura 14. Briquetas de asfalto ................................................................................................. 32

Figura 15. Desgaste de briquetas en estado seco .................................................................... 32

Figura 16. Desgaste de briquetas en estado húmedo ............................................................... 33

Figura 17. Saturación de las briquetas ...................................................................................... 35

Figura 18. Porcentaje de vacío Vs porcentaje de asfalto .......................................................... 36

Figura 19. Desgaste en estado seco Vs porcentaje de asfalto .................................................. 36

Figura 20. Desgaste en estado húmero Vs porcentaje de asfalto ............................................. 37

Figura 21. Porcentaje de permeabilidad Vs porcentaje de asfalto ............................................. 37

Figura 22. Moldes para elaboración de losetas de 2”, 3” y 4”. ................................................... 39

Figura 23. Compactación de Losetas con rodillo. ...................................................................... 41

Figura 24. Permeámetro LCS. .................................................................................................. 41

Figura 25. Loseta de 2” de espesor Figura 26. Loseta de 3” de espesor ................................ 42

Figura 27. Loseta de 4” de espesor .......................................................................................... 42

Figura 28. Infiltración Vs espesor de loseta .............................................................................. 45

Figura 29. Coeficiente K de Permeabilidad ............................................................................... 45

Figura 30. Sección típica de loseta ........................................................................................... 46

Figura 31. Sección A-A distribución de los áridos ..................................................................... 47

Figura 32. Sección B-B y C-C de distribución de los áridos ...................................................... 47

Figura 33. Resultados del programa CFD ................................................................................. 48

Figura 34. Grafica de Velocidades internas .............................................................................. 48

1

RESUMEN

El deterioro que sufren los pavimentos asfálticos producto de las intensas lluvias, es causal de

accidentes de tránsito y daños a la calzada, por lo que nuevas tecnologías constructivas

promueven el uso de los pavimentos de mezclas asfálticas drenantes, que proporcionan una

eficaz evacuación de agua en la calzada por medio de la permeabilidad, a fin de brindar a los

usuarios una buena estabilidad entre el neumático y la calzada, evitando el splash y el

hidroplaneo.

El presente estudio busca evaluar la incidencia del espesor de la carpeta asfáltica drenante en la

evacuación del agua mediante la elaboración de losetas de 50x40 cm con espesores de 2”, 3” y

4” y el uso del permeámetro de carga variable LCS, obteniendo como resultados el tiempo de

infiltración, coeficiente de permeabilidad K, velocidad de infiltración y cálculo del número de

Reynolds. Así mismo se utilizó un programa de dinámica de fluidos computacional (CFD) para

modelar una sección de la mezcla drenante de espesor de 4¨, y validar la velocidad media de

infiltración.

Palabras clave: pavimento de mezcla asfáltica drenante, permeámetro de carga varibales LCS,

dinámica de fluidos computacional CFD.

2

ABSTRACT

The deterioration that suffer the pavements asphaltic is caused by heavy rainfall that cause of

traffic accidents and damage to the road, so new construction technologies promote the use of

drainage asphalt pavement, which provide an efficient evacuation of water in the road by means

of the permeability, providing to the users a good stability between the tire and the road, avoiding

the splash and the hydroplane.

The present study aims to evaluate the incidence of the thickness of the drainage asphalt layer

during the evacuation rainwater, through the elaboration of tiles of 50x40 cm with thicknesses of

2 ", 3" and 4 "and the use of variable load permeameter LCS, obtaining as results the time of

infiltration, coefficient of permeability K, infiltration rate and calculation of the Reynolds number. It

was also used a computational fluid dynamics (CFD) program modeling a section of the drainage

mixture of thickness of 4¨, validating the average velocity of infiltration.

Key words: Drainage asphalt pavement, varibal loading permeameter LCS, computational fluid

dynamics CFD.

3

INTRODUCCION

El rápido desarrollo de las ciudades ha generado la construcción de redes viales que permite una

conectividad idónea entre los pueblos, aportando al crecimiento socio económico de un país. En

tal virtud es importante para los especialistas en pavimentos construir carreteras seguras,

estables y duraderas. La infraestructura vial debe mantenerse en buen estado a fin de evitar

sobrecostos de mantenimiento y operación en el transporte (Macea-Mercado Luis Fernando,

Morales Luis, 2016), de acuerdo a (Bull, 2003) la falta de mantenimiento o control de deterioro de

la infraestructura vial generará anualmente sobrecostos en la operación vehicular en un rango de

1 a 3% del producto interno bruto de un país.

De acuerdo a (Padilla, 2003) el deterioro de los pavimentos asfálticos es el producto de factores

como el tráfico debido a las cargas por eje, intensidad de circulación y presión de inflado de los

neumáticos. Otro de los factores son la aplicación de materiales inadecuados, deficientes técnicas

de construcción y medioambientales con los cambios de temperatura y presencia de agua en las

mezclas asfálticas (Caro-Spinel & Alvarez-Lugo, 2011).

Kiggundu & Roberts, 1988 definen el daño por presencia de agua en una mezcla asfáltica como

el deterioro de la capacidad estructural de la mezclas al interior de su microestructura debido a la

perdida de rigidez, disminución de cohesión y adhesión (Morea, 2011).

Ante la influencia en la seguridad y comodidad que tienen las características superficiales del

firme en una carretera, se ha considerado a los pavimentos permeables como una alternativa

eficaz en la evacuación de las aguas pluviales.

La principal función de los pavimentos permeables debido a sus elevadas tasas de infiltración

superficial es reducir el volumen de escorrentía producto de precipitaciones o caudales que se

generen durante periodos de retorno de 10 años. Además la colación de tuberías de desagüe

bajo la carpeta asfáltica permeable aporta en la reducción y conducción del agua de la calzada

(Collins, Hunt, & Hathaway, 2010).

Eisenberg, Collins, & Smith, 2015 definen a los pavimentos permeables como una herramienta

que facilita la filtración de aguas pluviales a través de los huecos o vacíos, además de ser

diseñada para cargas de tráfico vehicular. En la actualidad, existen varios tipos de pavimentos

permeables entre los que se destacan: asfalto poroso, adoquines y concreto permeables; el

diseño de cada uno de estos materiales puede variar, sin embargo, su estructura es similar, la

cual radica en una capa de agregado subyacente y una capa de pavimento en la superficie.

4

El porcentaje de vacíos en una mezcla asfáltica drenante, utilizada como carpeta de rodadura

varía entre 18% a 25%, Esta interconexión de vacíos, genera una evacuación rápida de agua

superficial hacia las zonas laterales de la vía. Este porcentaje de huecos se logra por la presencia

de alrededor del 85% de áridos gruesos en la granulometría, poco fino y filler.

El presente proyecto tiene como objetivo evaluar la incidencia del espesor de una carpeta

asfáltica porosa en la infiltración del agua superficial, para lograr este objetivo se realizó la

caracterización de los materiales pétreos de la mina Catamayito II y caracterización del betún

asfaltico siguiendo la normativa AASHTO y ASTM.

Para determinar el porcentaje óptimo de la mezcla asfáltica drenante se diseña con porcentajes

de asfalto de 3.5%, 4%. 4.5%, 5% y 5.5%, haciendo uso del método cántabro se evalúa el

volumen de vacíos de la mezcla, el porcentaje de desgaste de la mezcla en estado seco y estado

húmedo y el análisis inicial de permeabilidad, obtenido como porcentaje óptimo 4.5%.

Con el porcentaje óptimo de asfalto se elaboran dos losetas (50cm x40cm) por cada espesor de

2¨, 3¨y 4¨ se utilizó un rodillo de tambor liso y se dio cinco pasadas por cada capa, con esto

proceso se simula la compactación en campo. A estas losetas se evalúa la capacidad de

infiltración mediante el permeámetro de carga variable LCS y se vierte un caudal de 920ml,

obteniendo como resultados el tiempo de infiltración, coeficiente de permeabilidad K, velocidad

de infiltración y cálculo del número de Reynolds.

Así mismo se utilizó un programa de dinámica de fluidos computacional (CFD) para modelar una

sección de la mezcla drenante de espesor de 4¨, a fin de validar la velocidad media de infiltración

de 0.033m/s.

5

CAPÍTULO I

MARCO TEORICO

6

1.1 Pavimentos

El rápido desarrollo de las ciudades ha generado la construcción de redes viales que permite

una conectividad idónea entre los pueblos, aportando al crecimiento socio económico de un

país. En tal virtud es importante para los especialistas en pavimentos construir carreteras

seguras, estables y duraderas. La infraestructura vial debe mantenerse en buen estado a fin

de evitar sobrecostos de mantenimiento y operación en el transporte (Macea-Mercado Luis

Fernando, Morales Luis, 2016), de acuerdo a (Bull, 2003) la falta de mantenimiento o control

de deterioro de la infraestructura vial generará anualmente sobrecostos en la operación

vehicular en un rango de 1 a 3% del producto interno bruto de un país.

La construcción de una carretera se realiza en base al diseño de una estructura de pavimento,

el mismo que está conformado por capas que deben poseer la resistencia suficiente para

soportar las solicitaciones de carga producida por el tráfico, y a su vez deberán brindar el

confort a los usuarios. (Montejo Fonseca, 2006) define al pavimento como el conjunto de

capas superpuestas (subrasante, subbase, base y capa de rodadura), compactadas de forma

adecuada a fin de que resistan los esfuerzos de las cargas de tránsito para el periodo que fue

diseñada. Así mismo clasifica los pavimentos en: flexibles, semi-rígidos o semi flexibles,

rígidos y articulados. Los pavimentos comúnmente utilizados en la red vial principal son los

rígidos y flexibles.

1.1.2. Pavimento flexible

El pavimento flexible se caracteriza por poseer una carpeta de rodadura a base de cemento

asfáltico. Su estructura posee la capacidad de distribuir las cargas generadas por el paso de

los vehículos a través de las diversas capas de material granular, conformadas por base,

subbase y mejoramiento. Las cargas actúan en una forma oscilatoria, produciendo así carga

y descarga a la estructura, lo cual al paso del tiempo produce fatiga, y deterioro en la

calzada(Universidad Mayor De San Simón, 2004) .

El asfalto presenta condiciones de consistencia y elasticidad que aporta características

cementantes lo cual hace estable y durable a un pavimento. En una mezcla asfáltica se debe

optimizar las propiedades de estabilidad, durabilidad, resistencia a la fatiga, permeabilidad

adecuada, sonoridad, resistencia al deslizamiento entre otras.

La mezcla con los agregados y filler se realiza en forma líquida; existen tres métodos para

este procedimiento (Bruno Milton Burgos Vasquez, 2014):

Mediante Temperatura

7

Por disolución del asfalto en solventes derivados del petróleo

Por emulsión del asfalto con agua

1.1.2.1. Efectos del agua en la carpeta asfáltica

La construcción de nuevos proyectos habitacionales que incluyen la pavimentación de vías

ha hecho que existan cada vez mayor cantidad de superficies impermeables, lo que genera

un impacto negativo en la infiltración del agua en el terreno, lo que ocasiona aumento de los

volúmenes de escorrentía y dificultad para evacuar el agua de precipitaciones (Solminihac,

Videla, Fernández, & Castro, 2007).

De acuerdo a (Padilla, 2003) el deterioro de los pavimentos asfálticos es el producto de

factores como el tráfico debido a las cargas por eje, intensidad de circulación y presión de

inflado de los neumáticos. Otro de los factores son la aplicación de materiales inadecuados,

deficientes técnicas de construcción y medioambientales con los cambios de temperatura y

presencia de agua en las mezclas asfálticas (Caro-Spinel & Alvarez-Lugo, 2011).

Kiggundu & Roberts, 1988 definen el daño por presencia de agua en una mezcla asfáltica

como el deterioro de la capacidad estructural de la mezclas al interior de su microestructura

debido a la perdida de rigidez, disminución de cohesión y adhesión (Morea, 2011).

Las características mecánicas de los materiales que se utilizan para la elaboración de mezclas

asfálticas, al igual que el acabado que se le da a la calzada tanto en bombeo lateral como la

rugosidad, influyen directamente en la durabilidad de la carpeta asfáltica, adherencia de los

neumáticos a la vía, características que ayudan a contrarrestar el fenómeno de hidroplaneo,

ruido en el pavimento entre otros (Miró, 2006) (Figura 1).

Figura 1: Efecto splash vía Panamericana Loja – Quito Fuente: El Autor

Elaboración: Guido Gualpa G.

8

Reyes Ortiz et al 2013 indica que la humedad disminuye la resistencia y durabilidad en las

mezclas asfálticas, producto de la separación entre el agregado y el asfalto por el

debilitamiento de la película de asfalto ante la presencia de agua. Este efecto es notorio por

la presencia de repetición de cargas (figura 2).

Figura 2. Deterioro estructural de la carpeta asfáltica – Ciudad de Loja Fuente: El Autor Elaboración: Guido Gualpa G.

El fenómeno de hidroplaneo se produce con la presencia de agua sobre el pavimento al

dificultar el contacto de las llantas del vehículo con el firme, lo que ocasiona el deslizamiento

y vuelco de los vehículos (López, 2013). Se conocen dos tipos de hidroplaneos, el hidroplaneo

viscoso y el hidroplaneo dinámico.

El hidroplaneo viscoso sucede a bajas velocidades debido a la inercia y viscosidad que posee

el agua, esto evita que exista el contacto entre el neumático y la calzada, este fenómeno se

genera cuando existe exudación o pulimento en los agregados, es decir, en superficies semi

lisas y lisas; por otro lado, se conoce como hidroplaneo dinámico a la acumulación de agua

en la calzada, que choca contra el neumático formando una cuña que ingresa en el área de

contacto. (Munizaga & Muñoz, 2008).

Otro factor que afecta al pavimento es el ruido que se genera en la circulación de los vehículos,

la contaminación acústica generada por el tránsito de vehículos es uno de los principales

problemas que se generan a diario. (González & Calle, 2011) indica que el ruido vehicular en

varias ciudades alcanza valores entre 80 y 90 decibeles (dBA), mientras que el sonido de una

conversación es de 55 dBA.

1.2. Pavimentos permeables

Desde la década de los 80 en Estados Unidos y Reino Unido se dio inicio a la aplicación de

mezclas drenantes, cuyas obras permitían la infiltración y almacenamiento del exceso de

9

precipitación, contribuyendo al control hidrológico y de las aguas lluvias. En España este

proceso empezó a partir de 1985, con el diseño de mezclas con un contenido de vacíos entre

15 y 18%, sin embargo, se observaba procesos de colmatación demasiado rápidos,

actualmente el porcentaje mínimo es de 20% (Ruiz A, S. a).

Munizaga & Muñoz, 2008 manifiesta que las mezclas drenantes se dieron inicio en Chile en

el año de 1996 con la construcción de un tramo de 1500m2 el mismo que tuvo un buen

comportamiento por lo que en el año 2000 se construyó un tramo de 10000 m2 con un espesor

de 5cm sobre un pavimento existente previamente tratado.

Debido a la importancia para los responsables de la gestión vial, en introducir innovaciones

de materiales en la ejecución de obras y ante la influencia en la seguridad y comodidad que

tienen las características superficiales del firme en una carretera, se ha considerado a los

pavimentos permeables como una alternativa eficaz en la evacuación de las aguas pluviales.

La principal función de los pavimentos permeables debido a sus elevadas tasas de infiltración

superficial es reducir el volumen de escorrentía producto de precipitaciones o caudales que

se generen durante periodos de retorno de 10 años. Además la colación de tuberías de

desagüe bajo la carpeta asfáltica permeable aporta en la reducción y conducción del agua de

la calzada (Collins, Hunt, & Hathaway, 2010).

Eisenberg, Collins, & Smith, 2015 definen a los pavimentos permeables como una herramienta

que facilita la filtración de aguas pluviales a través de los huecos o vacíos, además de ser

diseñada para cargas de tráfico vehicular. En la actualidad, existen varios tipos de pavimentos

permeables entre los que se destacan: asfalto poroso, adoquines y concreto permeables; el

diseño de cada uno de estos materiales puede variar, sin embargo, su estructura es similar,

la cual radica en una capa de agregado subyacente y una capa de pavimento en la superficie.

Sección Típica de pavimento permeable

Fuente: El Autor Elaboración: Guido Gualpa G.

C

Subbase

L

Tubería

perforada

Carpeta Drenante Bordillo Cuneta

Basedrenante

10

Una de las características que presentan las carpetas asfálticas drenantes es su superficie

lisa, es decir, sin resaltos pero con numerosas oquedades. Estas oquedades se encuentran

en un rango de profundidad de 1.5 a 2.5mm, confiriendo al pavimento una alta macrotextura

que eleva la adherencia del neumático a la calzada a altas velocidades y que puede ser

medida mediante el ensayo de macha de arena.

Las afectaciones de la presencia de lluvia en la calzada es la reflexión de la luz sobre el

pavimento impermeable y liso, por tanto, los pavimentos permeables mejoran la visibilidad del

conductor y sus oquedades resaltan la señalización horizontal, de esta manera la

permeabilidad en la carpeta asfáltica evita las salpicaduras con el paso de los vehículos y

contribuye a la seguridad del conductor.

Otro de los problemas que se presentan en los pavimentos asfálticos es la contaminación

acústica, siendo este un problema ambiental grave por la presencia de excesivo ruido que se

traduce en problemas de salud mental y física. La generación de ruido es producto del efecto

aerodinámico entre el pavimento y el neumático, en tal razón una de las soluciones es el uso

de hormigón asfáltico poroso que puede reducir significativamente el ruido en comparación

con la mezcla de asfalto graduada densa (Wang, Ding, Liao, & Ai, 2016).

El porcentaje de vacíos en una mezcla asfáltica drenante, utilizada como carpeta de rodadura

varía entre 18% a 25%, Esta interconexión de vacíos, genera una evacuación rápida de agua

superficial hacia las zonas laterales de la vía. Este porcentaje de huecos se logra por la

presencia de alrededor del 85% de áridos gruesos en la granulometría, poco fino y filler.

Así mismo las mezclas porosas protegen la capa inferior ante los efectos negativos que

produce la presencia de agua, en relación a un pavimento tradicional, sin embargo, es

importante contar con un buen diseño geométrico que asegure el escurrimiento del agua al

sistema de drenaje de la calzada (Rojas & Rodrigo, 1999).

Xing, Chen, Wang, & Wei, 2010 indican que la relación de vacíos de aire en los pavimentos

porosos permite mejorar la resistencia al deslizamiento y la reducción del hidroplaneo. Por

otro lado el asfalto poroso puede ser utilizado como un sistema de drenaje sostenible en el

desarrollo de las ciudades (Hernandez, Fresno, Barrera, Zamanillo, & Ángel, 2012).

Por tanto Miró, 2006 manifiesta que el fácil deslizamiento del neumático sobre la calzada

aumenta la probabilidad de que se produzcan vuelcos de los vehículos que circulan a altas

velocidades ante la presencia de agua sobre el pavimento.

Para el estudio de los pavimentos permeables (Pérez Jiménez et al. 1985) realizaron ensayos

de laboratorio a las mezclas asfálticas bituminosas porosas con el uso del permeámetro de

11

carga variable concluyendo en su investigación que los valores de permeabilidad son similares

con mezclas con igual porcentaje de vacíos.

Otro de los ensayos que se aplican en la evaluación de una mezcla drenante es el método del

Cántabro que simula el efecto abrasivo del tránsito y la influencia del agua en estado seco

como en húmedo, de esta manera se valora indirectamente la resistencia a la disgregación

de la mezcla, como también la cohesión y acomodo del agregado (Rebollo, González, &

Botasso, 2014).

1.2.1. Métodos elaboración de pavimentos permeables

Las mezclas drenantes poseen un método de diseño diferente al Marshall, debido a su

estructura de poros abiertos, es indispensable medir la capacidad que posee a los diversos

impactos abrasivos, para el diseño de este tipo de mezclas se han establecido cuatro tipos de

metodologías:

Método Cántabro

Método Australiano

Método RP

Método de Tracción indirecta

1.2.1.1. Método cántabro

Desarrollado en España, denominado método de ensayos por desgastes, es realizado para

evaluar la resistencia de la mezcla a acciones abrasivas que se generan por la circulación del

tránsito y por agentes ambientales. Para determinar el porcentaje óptimo de la mezcla se

realiza el ensayo de perdida por desgaste, mediante el uso del equipo de abrasión de los

ángeles, tanto en estado seco como en estado húmedo, también se efectúa un estudio de la

permeabilidad para varias cargas, conociendo el porcentaje de vacío (Fonseca, Serment, &

Villalobos, 2011).

1.2.1.2. Método australiano

Es un método racional iterativo, el cual evalúa las características de los materiales, el tráfico

al cual va a estar sometida la calzada, las condiciones ambientales, etc. Para este método se

realizan briquetas con varios porcentajes de ligante asfáltico, se evalúa el factor daño de la

calzada para diversas solicitaciones de cargas y descargas. El porcentaje óptimo se determina

12

al analizar el nivel de tráfico permitido y con la comparación del tráfico solicitado (Rodríguez,

2007).

1.2.1.3. Método RP

Metodología desarrollada en Chile, consiste en medir la resistencia a la penetración, para esto

se debe procurar tener una temperatura y velocidad controlada, con esto se miden los

esfuerzos que se generan en briquetas con diversos porcentajes de contenido asfáltico, y se

determinará el contenido óptimo en aquella mezcla que tenga una mayor resistencia a la

penetración. Los resultados deben ser graficados lo cual nos dará una curva de esfuerzo y

porcentaje de asfalto (Rioja, 2010).

1.2.1.4. Método tracción indirecta

Consiste en determinar un parámetro mecánico en base al ensayo de tracción indirecta que

se efectúa a la mezcla asfáltica elaborada con diversos porcentajes de asfalto, lo que genera

compresión diametral a las briquetas, con este ensayo podemos controlar la calidad de la

mezcla en situ (Barreto, 2010).

1.3. Dinámica de fluidos computacional

La dinámica de fluidos computacional (CFD) nace en los primeros años del siglo XX como una

herramienta que modela matemáticamente la solución de ecuaciones de flujo de fluidos, para

esto se utiliza métodos numéricos en la resolución de ecuaciones de las variables de masa,

momento y energía del fluido (Ojeda, López, Farah, & Ramirez, 2009),

En la actualidad los CFD se han convertido en una técnica viable para resolver eficientemente

el diseño de materiales o productos dentro de la industria y la ciencia (Ojeda et al., 2009), así

como también el desarrollo de fenómenos de turbulencia en una geometría especifica por la

aplicación de una malla que soluciona las ecuaciones de Navier-Stokes y la mejora de la

potencialidad de la computación (Mirade & Daudin, 2006).

Los CFD permiten estimar con detalle las propiedades de los materiales como una ayuda a la

toma de decisiones y con el fin de evitar ensayos costosos para su evaluación (Salcedo, Bay,

& Chueca, 2016). De acuerdo Silletta, 2015 la dinámica de fluidos computacional CFD puede

ser utilizado como una representación asimétrica bidimensional o como una representación

de celda completa en un modelo tri-dimensional.

13

Las técnicas de CFD son utilizadas para predecir la velocidad del aire, composición de la

atmósfera entre otros parámetros dentro de las plantas de procesamiento de alimentos

(Mirade, Kondjoyan, & Daudin, 2002). Otras de las aplicaciones es la modelación del flujo de

los monolitos, al evaluar la velocidad de circulación del fluido en condiciones de entrada,

medio poroso y salida en una malla de aproximadamente 12.3millonres de células poliédricas

(Jungreuthmayer et al., 2015)

Con la simulación detallada del flujo de fluido también se obtiene los valores medios de

velocidad, temperatura y caudal en cualquier punto de la sección porosa analizada (Guardo,

Coussirat, Larrayoz, Recasens, & Egusquiza, 2005)

En cuanto a materiales porosos, estos presentan estructuras aleatorias (Silletta, 2015), es

importante realizar la modelación en medios porosos ya que permite evaluar daños y prevenir

posibles accidentes (Berrocal, 2014).

Dentro de la modelación en medios porosos se ha investigado los fenómenos físicos de caída

de presión en espumas de celdas abiertas, basándose en microestructuras ideales con una

simulación inestable del flujo a fin de evaluar los regímenes de flujo laminar a turbulento (Della

Torre, Montenegro, Tabor, & Wears, 2014)

14

CAPITULO II

METODOLOGÍA

15

2.1. Metodologías para mezclas drenantes

Para esta investigación se ha aplicado el método cántabro, debido a su alto grado de

confiabilidad, dado que las metodologías de RP y tracción indirecta en varios estudios

realizados indican que por la rápida metodología de evaluación para obtener el porcentaje

óptimo de asfalto generan un grado de incertidumbre; en el caso del método australiano su

confiabilidad es alta, pero requiere de un tránsito de ejes equivalentes y el factor daño que

generaría las solicitaciones de carga.

En el siguiente flujograma se muestra la metodología realizado para el presente estudio.

Determinar permeabilidad

respecto a espesores

Toma de muestra

Caracterización de

materiales

Granulometría material de ½” , ¾”, arena

triturada y filler

Abrasión

Partículas alargadas

Caras fracturadas

Adherencia

Peso específico del material ½”, ¾”, filler

Resistencia a los sulfatos

Establecer faja

granulométrica de trabajo

Metodología

Implementación del método

cántabro

Calculo del volumen de vacío de la mezcla

Desgaste de la mezcla en estado seco

Desgaste de la mezcla en estado húmedo

Permeabilidad inicial

Determinación de porcentaje

óptimo de asfalto

Elaboración de losetas de

espesores 2”,3” y 4”

16

2.2. Caracterización de los áridos

El presente proyecto presenta la evaluación de carpetas asfálticas porosas, fabricadas en

laboratorio, tomando en cuenta el grado de compactación de la mezcla y la variación de

espesores en 2”, 3” y 4”; a fin de conocer la capacidad hidráulica de infiltración del agua, de

tal forma que se contribuya a la durabilidad del pavimento y seguridad de los conductores en

la vía.

Esta investigación posee una metodología cuantitativa, para lo cual se realizó un diseño de

investigación experimental de tipo longitudinal.

Elaboración de la mezcla de asfalto poroso con la aplicación del método de cántabro,

y la verificación de la calidad de los materiales en base a las normas ASTM.

Elaboración de losetas de 50 x 40 cm y espesores variables de 2”, 3” y 4”

Aplicación de ensayos de infiltración mediante el uso del Permeámetro de carga y

determinación la conectividad que existe entre los espacios de vacío de la mezcla,

además de aplicar un análisis dinámico de fluido computacional (CFD).

2.2.1. Muestreo de agregados

Los materiales para la elaboración de la mezcla asfáltica de estudio, han sido obtenidos de la

mina Catamayito II ubicada en la Ciudad de Catamayo, cuyas coordenadas se muestran en

la Tabla 1 y Figura 3, en esta mina se observa la clasificación adecuada que los áridos.

Tabla 1. Coordenadas de Mina

MINA COORDENADA ESTE COORDENADA SUR

CATAMAYITO 679184.30 m E 9553315.90 m S

Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G

17

Figura 3. Mapa de ubicación cantera Catamayito II Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

El muestreo de agregados se lo efectúa de acuerdo a la norma ASTM D 75, 2012 para material

granular grueso y fino, evitando tomar muestras en lugares donde se ha producido

segregación de material, para esto se deben recopilar muestra desde la parte alta, media y

baja de la pila de almacenamiento, obteniéndose una muestra representativa del material.

El material muestreado se los transportó en sacos debidamente etiquetados y sellados, con

la finalidad de evitar que sea contaminado y que se produzca perdida del mismo (Figura 4 y

5).

Figura 4. Muestreo del árido grueso Figura 5. Muestreo del árido fino Fuente: El Autor Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G. Elaborado por: Guido Gualpa G.

18

2.2.2. Ensayo de caracterización de materiales pétreos

Con la finalidad de conocer los diversos parámetros físicos y mecánicos de los materiales a

emplear para el diseño de la mezcla permeable, se ha procedido a realizar varios ensayos

siguiendo la normativa AASHTO y ASTM, para lo cual se ha utilizado equipos del laboratorio

calibrados a fin de contar con resultados fiables.

A continuación, se describen los ensayos realizados:

Granulometría material de ½”, ¾”, arena triturada y filler

Abrasión

Partículas alargadas

Caras fracturadas

Adherencia

Peso específico del material ½”, ¾”, filler


2.2.2.1. Ensayo de granulometría de los áridos

La Norma AASHTO T27, 2012 y AASHTO T 11, 2012 describe el procedimiento a seguir para

realizar la caracterización granulométrica de los materiales, este proceso determina la

distribución de las partículas usadas en el diseño, dicha distribución se representa en una

carta logarítmica la cual debe cumplir con las normas de diseño.

Los materiales ½”, ¾”, arena triturada y Filler implementados en el diseño de la mezcla son

obtenidos de la mina CATAMAYITO; previo a la realización de este ensayo se procede a lavar

el material con la finalidad de realizar un diseño óptimo, ya que la presencia de material

arcilloso en los agregados afecta directamente en la adherencia del cemento asfáltico.

Los resultados de este ensayo servirán para efectuar el diseño de la mezcla asfáltica

permeable, y permitirá controlar que la distribución del material se encuentre dentro de la faja

granulométrica de las especificaciones por norma INVÍAS 2013 (artículo 453-13), que se

muestra en la Tabla2 y Figura6.

19

Tabla 2. Granulometría de Mezcla Drenante

TAMIZ PORCENTAJE QUE PASA MD-1

NORMAL ALTERNO INFERIOR SUPERIOR

PORCENTAJE DE MEZCLA

19.00 mm 3/4" 100 100

12.50 mm 1/2" 70 100

9.50 mm 3/8" 50 75

4.75 mm No. 4 15 32

2.00 mm No. 10 9 20

0.425 um No. 40 5 12

0.075 um No. 200 3 7

Fuente: Norma INVIAS 2013 Elaborador por: Norma INVIAS 2013

Figura 6. Curva de especificaciones de granulometría para mezcla drenante

Fuente: Norma INVIAS 2013

Elaborado por: Guido Gualpa G.

2.2.2.2. Ensayo de Abrasión en los áridos

Norma AASHTO T96, 2012 este método describe el procedimiento para determinar la

resistencia al desgaste de agregado grueso, natural o triturado, más pequeños que 37.5 mm

usando la máquina de los ángeles

Haciendo uso de la máquina de abrasión de los ángeles (Figura 7) con un juego de esferas

de acero que poseen un peso establecido, las que impactan con las muestras de agregados,

este parámetro también nos indica cuan resistente es el agregado al aplastamiento, ya que el

pavimento está sometido constantemente a efectos de carga y descarga que da como

resultado el impacto de las partículas; la norma del Ministerio de Transporte y Obras Públicas

(MTOP-001-F 2002, 2002), considera que los agregados no deben tener un degaste mayor

del 25%.

20

Figura 7. Máquina de abrasión de los Ángeles

Fuente: Certificación Vial Grado I Elaborado por: MSc. Alonso Zúñiga S.

2.2.2.3. Partículas alargadas y achatadas

Este ensayo permite establecer los porcentajes de partículas alargadas, planas o partículas

alargadas planas que se encuentran en los materiales pétreos con los que se trabaja, para

este proyecto se hace uso materiales de ¾” y ½”, el ensayo se realiza en base a la Norma

ASTM D4791, 2012 haciendo uso de un dispositivo llamado Caliper proporcional, con

aberturas calibradas, se debe tener en cuenta que las normas del Ministerio de Transporte y

Obras Públicas (MTOP-001-F 2002, 2002) indica que el máximo porcentaje de partículas

alargadas permitido es de 10%.

2.2.2.4. Determinación de caras fracturadas

Se realiza el ensayo siguiendo la Norma ASTM D5821, 2012 el cual determina el porcentaje

de caras fracturadas que existe en una muestra de agregado grueso, un beneficio de las caras

fracturadas en una partícula es maximizar la resistencia al cortante.

En el momento que las partículas entran en contacto entre si producen un intercambio de

energía y las aristas del agregado genera un efecto de entrabado entre sí, en tal virtud este

este parámetro es de suma importancia en mezclas abiertas. Las normas del Ministerio de

Transporte y Obras Públicas (MTOP-001-F 2002, 2002) indican que los agregados deben

tener más de dos caras fracturadas.

21

2.2.2.5. Recubrimiento y peladura de mezclas bituminosas

Estos métodos de ensayo determinan la fracción de un barniz que no es volátil a la

temperatura de la prueba mientras que los disolventes volátiles son expulsados. A veces es

una medida aproximada de la materia de formación de película en un barniz.

El parámetro que se obtiene en este ensayo es muy indispensable ya que si el cemento

asfaltico no recubre en su totalidad a la partícula, el agua podría ingresar entre la unión del

cemento asfaltico y el agregado, produciendo una separación entre sí, y en el momento que

circule un vehículo se producirá un desprendimiento generándose el envejecimiento de la

carpeta asfáltica, las normas del Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP-001-F

2002, 2002) establecen que la adherencia se debe comprobar aplicando un ensayo de

recubrimiento y peladura AASHTO T182, 2012.

2.2.2.6. Peso específico de los agregados y filler

Para la determinación del peso específico se utilizó la norma ASTM C127, 2012 para agregado

grueso y ASTM C128, 2012 para agregado fino este método de ensayo cubre la determinación

de la densidad relativa (gravedad específica) y la absorción de agregados gruesos. La

densidad relativa (gravedad específica), una cantidad sin dimensiones, se expresa como

secado en horno (OD), (SSD), o la densidad relativa como aparente (peso específico

aparente) de superficie seca saturada. La densidad relativa OD se determina después de

secar el agregado. La densidad relativa SSD y la absorción se determinan después de remojar

el agregado en agua para una duración prescrita.

La absorción de los agregados pétreos en aquellos que posean un bajo peso específico indica

una baja capacidad de absorción, lo que demandaría la utilización de más asfalto para

compensar el porcentaje que absorbe el agregado.

2.2.2.7. Resistencia a los sulfatos

Se determina mediante la norma AASHTO T104, 2012 este método sirve para conocer la

solidez de los agregados cuando están sujetos a la acción de desgaste, además da

información útil para juzgar la solidez de los agregados cuando no hay disponible información

en los registros de servicio de los materiales expuestos a condiciones de desgaste reales.

Se realiza sometiendo a la muestras a cinco ciclos de pruebas de durabilidad, se debe tener

en consideración que el desgaste no debe superar el 12% en base a la normativa del

Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP-001-F 2002, 2002).

22

2.3. Resultados de caracterización de los agregados.

En la tabla 3 se pueden observar los resultados de los ensayos realizados:

Tabla 3. Resultado de Ensayos.

NOMBRE NORMA LIMITES RESULTADO OBSERVACION

Abrasión de los áridos AASHTO T96 Max 40.00% 27.95% SI CUMPLE

Partículas alargadas y achatadas

ASTM D4791 Max 10.00% 6.99% SI CUMPLE

Caras fracturadas

1 cara ASTM D5821

Min 85.00% 98.66% SI CUMPLE

2 caras Min 80.00% 95.73% SI CUMPLE

Recubrimiento y peladura de mezclas bituminosas

AASHTO T182-84.

95.00% SI CUMPLE

Peso específico del material

3/4" ASTM C127

1.43% SI CUMPLE

1/2" 1.57% SI CUMPLE

Filler ASTM C128 9.88% SI CUMPLE


Grueso AASHTO T104 Máx 12%

1.60% SI CUMPLE

Fino 1.90% SI CUMPLE Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

2.4. Betún Asfaltico

El asfalto posee características fundamentales de resistencia y de adhesión que es

fundamental en el diseño de carpeta asfáltica flexible, ya que es un agente viscoso y elástico

que posee durabilidad y resistencia a los ácidos y sales que son agentes agresivos producidos

por el ambiente. El asfalto es una sustancia que, a pesar de ser semisólida al ambiente, en el

momento que se le aplica calor, éste se vuelve fluido y trabajable, lo que hace que el asfalto

sea un material ideal para la calzada (Figura 8).

Figura 8. Cemento asfáltico Fuente: Certificación Vial Grado I Elaborado por: MSc. Alonso Zúñiga S.

23

El asfalto que se emplea para la elaboración de este proyecto de tesis, es tipo AC-20, el mismo

que se obtiene de la Planta de Petro Ecuador que se encuentra en la ciudad de Esmeraldas,

también se ha considerado trabajar con el betún en características naturales, sin la

implementación de polímeros.

2.4.1. Caracterización del cemento asfáltico

Para la caracterización y determinación de la calidad del betún se ha procedido a realizar los

ensayos correspondientes en base a las normas AASHTO y el reglamento del Ministerio de

Transporte y Obras Públicas (MTOP-001-F 2002, 2002).

2.4.1.1. Determinación de a viscosidad cinemática del betún asfáltico

El ensayo se efectúa siguiendo la norma AASHTO T201, 2012 la misma que describe el

procedimiento para determinar la viscosidad cinemática de los asfaltos líquidos a 60°C y de

cementos asfalticos a 135°C, en el rango de 6 a 100.000 mm2/s

La viscosidad absoluta a 60°C permite evaluar las características del betún y determinar

rangos de temperaturas para la producción de la mezcla asfáltica.

Así mismo la viscosidad cinemática a 135°C avala el sitio de almacenamiento y es un indicador

de temperatura para el transporte del fluido asfaltico y el bombeo del mismo, otro aspecto

importante que nos proporciona este ensayo es la temperatura de mezclado y de colocación

de la mezcla asfáltica a fin de evitar fisuramiento.

2.4.1.2. Punto de inflamación y combustión mediante la copa abierta de cleveland

Este método describe el procedimiento para determinar el punto de inflamación y combustión

de productos de petróleo mediante a copa abierta de Cleveland

Podemos determinar a que temperatura el asfalto comienza a generar gases inflamables, lo

cual generaría fuego y riesgos de incendio, así mismo permite conocer la temperatura de

almacenaje y transporte el betún este ensayo se realiza siguiendo la norma AASHTO T48,

2012.

2.4.1.3. Penetración de materiales bituminosos

La norma AASHTO T49, 2012 describe el procedimiento para determinar la penetración o

consistencia de materiales bituminosos sólidos y semisólidos.

24

Además, se conoce la dureza del cemento asfaltico o betún, de esta manera se pueden evitar

los agrietamientos que se producen en la calzada y realizar una clasificación del betún en

base a su dureza ya que aquellos que sean más rígidos poseerán menos penetración y estos

serían más susceptibles a producir agrietamientos.

2.4.1.4. Punto de ablandamiento de asfaltos

La norma AASHTO T53, 2012 describe el procedimiento para la determinación del punto de

ablandamiento de betunes asfalticos y alquitranes que tengan un rango de ablandamiento de

30 a 157°C con el uso del aparato de anillo y esfera.

El punto de ablandamiento determina la temperatura en la cual el material pasa de un estado

semisólido a líquido, es importante realizar este ensayo ya que el punto de ablandamiento

varía dependiendo del material.

2.4.1.5. Ductilidad

Este método de ensayo describe el procedimiento para determinar la ductilidad de un material

bituminoso mide por la distancia a la que se alargará antes de romper cuando dos extremos

de un espécimen de briquetas del material se separan a una velocidad especificada y a una

temperatura especificada, el ensayo se lo realiza en base a la norma ASTM D113, 2012.

Una vez realizados los ensayos descritos se compran con los rangos establecidos en la

norma, cuyos valores se encuentran descritos en la siguiente Tabla 4, y como se puede

observar el betún cumple con todos los parámetros establecidos.

Tabla 4. Ensayos realizados sobre el cemento asfáltico AC-20

Características de ensayo Unidad Especificación Resultados

Sobre muestra Original

Viscosidad Absoluta (60 ᵒC) Pa.s 160 - 240 210

Viscosidad Cinemática (135 ᵒC) Pa.s 300 mín. 353

Punto de Inflamación (ᵒC) ° C 232 mín. 295

Densidad Relativa (25 ᵒC) g/cm3 1.00 1.0218

Índice de Penetración - -1,5 a 1 -1.0

Penetración (25ᵒC) mm/10 60 -70 70

Punto de Ablandamiento ᵒC ° C 47 - 58 48

25

Sobre residuo del (TFOT. 5 horas a 163 °C)

Viscosidad Absoluta (60 ᵒC) Pa.s 800 máx. 888

Cambio de Masa (%) % 1.0 máx. -0.32

Ductilidad (25 ᵒC) Cm 50 mín. 42

Fuente: Pincay Jhony (2017) Elaborado por: Pincay Jhony (2017)

2.5. Diseño de la mezcla

Para realizar el diseño de la mezcla asfáltica drenante, se elabora la curva granulométrica

óptima con el uso de los resultados de laboratorio y siguiendo las especificaciones de la norma

INVIAS 2013 (artículo 453-13) tal como se muestra en la Tabla 5 y Figura 9.

Tabla 5. Distribución Granulométrica


Figura 9. Faja granulométrica


En la Tabla 6 se presentan los porcentajes de distribución del árido y filler para la elaboración

de la mezcla permeable.

%

NORMAL ALTERNO 3/4" 1/2" ARENA FILLER

22 52 18 8

19.00 mm 3/4" 100 100 98.82 100.00 100 100 99.74

12.50 mm 1/2" 70 100 26.72 99.19 99.95 100.00 83.45

9.50 mm 3/8" 50 75 4.81 64.72 99.38 100.00 60.60

4.75 mm No. 4 15 32 2.25 1.74 63.41 100.00 20.81

2.00 mm No. 10 9 20 1.75 1.07 32.03 100.00 14.71

0.425 um No. 40 5 12 1.67 0.99 16.64 94.01 11.40

0.075 um No. 200 3 7 1.25 0.61 5.91 37.21 4.63

MEZCLA

TAMIZ PORCENTAJE QUE PASA MD-1 DISTRIBUCION DE MEZCLA

PORCENTAJE DE MEZCLAINFERIOR SUPERIOR

26

Tabla 6. Porcentaje de distribución del árido y filler

¾ 22 %

½ 52 %

ARENA 18 %

FILLER 8 %


Con la aplicación de los porcentajes de distribución se procede a elaborar la briquetas

siguiendo la metodología Marshall, a las cuales se efectúa 50 golpes de compactación por

cada cara de la briqueta, ya que la aplicación de 75 golpes como indica la norma AASHTO T-

245, 2012 y ASTM D-1559, 1989 cerrarían los espacios de vacíos; luego con la aplicación

del método de cántabro se procede a determinar el porcentaje óptimo de asfalto, sometiendo

a las briquetas a ensayos de desgaste con el uso el equipo de abrasión de los ángeles y a su

vez se medirá el volumen de vacío que posean las briquetas para luego medir la permeabilidad

inicial como parámetro de diseño.

Para el diseño se ha procedido a la elaboración de seis briquetas siguiendo el procedimiento

Marshall, para esto se varió el porcentaje de asfalto en múltiplos de 0.50 % es decir 3.50%,

4.00%, 4.50%, 5.00%, 5.50%, los materiales pétreos se proceden a calentar a 110°C como lo

establece la norma AASHTO T-245, 2012 y ASTM D-1559, 1989 y el cemento asfáltico se

calienta a 145°C.

Partiendo de los resultados del ensayo de viscosidad (Figura 10) y del trazado de la curva

reológica del cemento asfáltico se determinó las temperaturas de mezclado y de

compactación en laboratorio en base a los criterios de 170 ± 20 Pa.s y 280 ± 30 Pa.s

respectivamente.

Figura 10. Equipo viscosímetro Fuente: Pincay Jhony (2017) Elaborado por: Pincay Jhony (2017)

27

En la Figura 11 se muestran los valores obtenidos mediante la aplicación del nomograma de

Heukelom, con una variación de temperatura de mezclado entre 149 y 154°C y una

compactación entre 138 y 144°C.

Figura 11. Temperatura, compactación y mezclado - Curva reológica del asfalto

Fuente: Pincay Jhony (2017) Elaborado por: Pincay Jhony (2017)

Del mismo modo el equipo empleado para el calentamiento de los áridos, moldes, y martillo

de compactación es un horno con temperatura controlada, tal como se muestra en la Figura12.

Figura 12. Horno para calentar los materiales


Así mismo se ha utilizado el compactador automático del laboratorio para la elaboración de

las briquetas como se observa en la Figura 13.

y = 0.1416x2 - 51.649x + 4746.4R² = 0.9934

0

50

100

150

200

250

300

350

400

130,0 140,0 150,0 160,0 170,0 180,0 190,0

Vis

co

sid

ad

Pa.s

Temperatura °C

28

Figura 13. Compactador automático para briquetas Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

2.5.1. Volumen de Vacío

Para determinar el volumen de vacío se aplica la norma AASHTO T 269, 2012 la cual

establece realizar la densidad Bulk y densidad Rice, como parámetros a utilizar en la ecuación

1, es importante indicar que una mezcla abierta posee un volumen de vacíos mayor al 10%.

𝑉𝑎𝑐í𝑜𝑠 =𝐺𝑒𝑚−𝐺𝑒𝑏

𝐺𝑒𝑚𝑥100 Ecuación 1

Donde:

Gem= Gravedad específica máxima teórica

Geb= Gravedad específica Bulk (valor promedio)

2.5.2. Determinación de la Densidad Bulk

La densidad Para determinar la densidad Bulk se pesa la probeta en estado seco (gr), se

mide el diámetro (cm) y altura (cm); este procedimiento se ha realizado a las seis briquetas,

la densidad se la establece mediante la ecuación 2:

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =𝑚𝑎𝑠𝑎

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 Ecuación 2

29

En la Tabla 7 se muestra el cálculo de la densidad Bulk de las briquetas de asfalto.

Tabla 7. Densidad Bulk

PORCENTAJE DE

ASFALTO

NUMERO DE

BRIQUETA

AREA

cm2

VOLUMEN

cm3

VOLUMEN

PROM cm3

MASA

gr

DENSIDAD

gr/cm3

DENSIDAD DEL

AGUA (gr/cm3)

DENSDAD BULK

Geb

d1= 10,10 h1= 7,40 80,12 592,88

d2= 10,12 h2= 7,35 80,44 591,21

d3= 10,11 h3= 7,42 80,28 595,66

d4= 10,17 h4= 7,40 81,23 601,12

d1= 10,20 h1= 5,90 81,71 482,11

d2= 10,15 h2= 5,90 80,91 477,39

d3= 10,17 h3= 5,90 81,23 479,27

d4= 10,15 h4= 5,90 80,91 477,39

d1= 10,20 h1= 5,75 81,71 469,85

d2= 10,20 h2= 5,70 81,71 465,76

d3= 10,19 h3= 5,75 81,55 468,93

d4= 10,18 h4= 5,70 81,39 463,94

3,50% 1,949

d1= 10,20 h1= 5,75 81,71 469,85

d2= 10,20 h2= 5,79 81,71 473,12

d3= 10,15 h3= 5,85 80,91 473,35

d4= 10,18 h4= 7,78 81,39 633,24

d1= 10,15 h1= 6,20 80,91 501,66

d2= 10,18 h2= 6,20 81,39 504,63

d3= 10,15 h3= 6,22 80,91 503,28

d4= 10,15 h4= 6,20 80,91 501,66

d1= 10,15 h1= 6,75 80,91 546,17

d2= 10,10 h2= 6,75 80,12 540,80

d3= 10,20 h3= 6,75 81,71 551,56

d4= 10,11 h4= 6,75 80,28 541,87

4,00% 1,953

d1= 10,20 h1= 6,23 81,71 509,07

d2= 10,20 h2= 6,24 81,71 509,89

d3= 10,15 h3= 6,25 80,91 505,71

d4= 10,15 h4= 6,23 80,91 504,09

d1= 10,20 h1= 5,66 81,71 462,49

d2= 10,20 h2= 5,67 81,71 463,31

d3= 10,15 h3= 5,67 80,91 458,78

d4= 10,20 h4= 5,68 81,71 464,13

d1= 10,20 h1= 5,66 81,71 462,49

d2= 10,20 h2= 5,67 81,71 463,31

d3= 10,20 h3= 5,67 81,71 463,31

d4= 10,20 h4= 5,67 81,71 463,31

4,50% 1,956

d1= 10,10 h1= 5,94 80,12 475,90

d2= 10,20 h2= 5,95 81,71 486,19

d3= 10,20 h3= 5,93 81,71 484,56

d4= 10,15 h4= 5,96 80,91 482,25

d1= 10,11 h1= 5,97 80,28 479,25

d2= 10,11 h2= 5,96 80,28 478,45

d3= 10,11 h3= 5,96 80,28 478,45

d4= 10,11 h4= 5,95 80,28 477,65

d1= 10,10 h1= 5,95 80,12 476,70

d2= 10,10 h2= 5,97 80,12 478,31

d3= 10,10 h3= 5,96 80,12 477,51

d4= 10,10 h4= 5,97 80,12 478,31

5,00% 1,994

DIAMETRO

cm

ALTURA

cm

1

2

3

3,50% 479,04 923,43 1,93

467,12 912,09 1,95

1,95595,22 1160,8

512,39 963,25 1,88

4,00%

1

2 502,81 1027,56 2,04

3 545,10 1045,67 1,92

4,50%

1

2 462,18 927,16 2,01

3 463,11 932,71 2,01

507,19 928,69

5,00%

3 477,71 957,19 2,00

1 482,22 942,08 1,95

0,99707

1,83

2 478,45 960,38 2,01

0,99707

0,99707

1,956

1,933

1,958

1,885

2,050

0,99707

0,99707

0,99707

0,99707

0,99707

0,99707

0,99707

0,99707

0,99707

1,924

1,836

DENSIDAD BULK PROMEDIO PARA PORCENTAJE DE ASFALTO

DENSIDAD BULK




1,959

2,013

2,010

2,012

2,020

30

Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

2.5.3. Densidad máxima teórica

Para determinar la densidad máxima teórica se realiza el ensayo rice, siguiendo la norma

ASTM D 2041, 2003 en base a la mezcla asfáltica preparada con el fin de controlar la

discrepancia entre la granulometría de la mezcla y el contenido asfáltico, en la Tabla 8 se

muestran los resultados obtenidos, observándose una homogeneidad para los diversos

porcentajes de asfaltos.

Tabla 8. Densidad Rice

PORCENTAJE DE

ASFALTO

NUMERO DE

BRIQUETA

AREA

cm2

VOLUMEN

cm3

VOLUMEN

PROM cm3

MASA

gr

DENSIDAD

gr/cm3

DENSIDAD DEL

AGUA (gr/cm3)

DENSDAD BULK

Geb

d1= 10,10 h1= 6,40 80,12 512,76

d2= 10,10 h2= 6,60 80,12 528,78

d3= 10,15 h3= 6,45 80,91 521,89

d4= 10,10 h4= 6,40 80,12 512,76

d1= 10,50 h1= 6,60 86,59 571,49

d2= 10,50 h2= 6,70 86,59 580,15

d3= 10,25 h3= 6,60 82,52 544,60

d4= 10,20 h4= 6,50 81,71 531,13

d1= 10,20 h1= 6,30 81,71 514,79

d2= 10,15 h2= 6,25 80,91 505,71

d3= 10,15 h3= 6,30 80,91 509,76

d4= 10,05 h4= 6,25 79,33 495,79

5,50% 2,004

DIAMETRO

cm

ALTURA

cm

1 519,05 1044,07 2,01

2 556,85 1106,5 1,99


DENSIDAD BULK

2,017

1,993

3 495,77 989,5 2,00 0,99707 2,002

5,50%

0,99707

0,99707

PORCENTAJE DE

ASFALTO

502,21

1247,03

1548,57

200,67

2,503

508,5

1247,03

1550,87

204,66

2,485

509,53

1247,03

1550,2

206,36

2,469

GRAVEDAD ESPECIFICA MAXIMA TEORICA (Gem)

GRAVEDAD ESPECIFICA MAXMA TEORICA (RICE)

3,50%

4,00%

PESO DE LA MUESTRA EN EL AIRE (gr)

PESO DEL PICNOMETRO + AGUA (gr)

PESO DEL PICNOMETRO + AGUA + MUESTRA (gr)

PESO DE MUESTRA CON SUP. SAT. SECA


ASTM D2041





4,50%






31


Una vez obtenidos los valores de la densidad Bulk y la densidad Rice, se procede con el

cálculo de vacío de cada mezcla realizada, siguiendo la ecuación 1, los resultados se

muestran en la Tabla 9, en la cual se observa que los porcentajes de asfalto de 3.5, 4 y 4.5

superan el 20% de vacíos que establece la norma para ser considerados mezcla drenante.

Tabla 9. Cálculo de Vacío


2.5.4. Desgaste de la mezcla en estado seco

El desgaste en la calzada permeable es un parámetro fundamental ya que de ello depende la

durabilidad de la misma, para la determinación del desgaste de la mezcla se aplica la norma

AASHTO T 96, 2012 Y ASTM C 131, 2006 la cual establece que para mezclas abiertas se

debe utilizar la máquina de abrasión de los ángeles, omitiendo la colocación de las esferas ya

que se requiere determinar bajo qué porcentaje de asfalto la mezcla es más resistente.

Para la realización del ensayo se han preparado tres briquetas de cada contenido de asfalto,

a una temperatura controlada de entre 15° y 30°C, las briquetas se las pesa en una balanza

de precisión de 0.1g previo a ser ingresadas en la máquina de abrasión como se observa en

la Figura 14.

PORCENTAJE DE

ASFALTO

507,54

1247,03

1547,73

206,84

2,454

501,4

1248,4

1543,83

205,97

2,434

GRAVEDAD ESPECIFICA MAXMA TEORICA (RICE)

ASTM D2041

5,00%






5,50%






PORCENTAJE

DE ASFALTOGem Geb VACÍO

3.50% 1.949 2.503 22.12%

4.00% 1.953 2.485 21.40%

4.50% 1.956 2.469 20.78%

5.00% 1.994 2.454 18.74%

5.50% 2.004 2.434 17.68%

FORMULA DE APLICACIÓN

32

Figura 14. Briquetas de asfalto


Las muestras se transportan cuidadosamente hacia la máquina de abrasión, y se ajusta el

equipo de 30 a 31 revoluciones por minuto lo que representa de 3.1 a 3.5 rad/s, dando 300

vueltas que producen impacto de la muestra.

Luego de cumplido el ciclo establecido se retiran las briquetas y se procede a obtener el peso

de las mismas, con lo cual se calcula el porcentaje de abrasión, en la Figura 15 se observa el

grado de desgaste que toleraron las briquetas.

Figura 15. Desgaste de briquetas en estado seco Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

El porcentaje de desgaste se calcula en base a la siguiente expresión:

𝑝 =𝑤1−𝑤2

𝑤1𝑥100 Ecuación 3

Donde:

P = valor de perdida de desgaste en porcentaje

W1 = peso inicial antes de ensayo

W2 = peso después de ensayo

33

En la Tabla 10 se muestra los porcentajes promedios de desgaste de cada una de las

briquetas de acuerdo al porcentaje de asfalto, así mismo mediante la gráfica se obtiene el

porcentaje óptimo de asfalto, por lo que se concluye que para porcentajes de asfaltos bajos

3.50%, 4.00% el desgaste es mayor lo cual no es recomendable para mezclas drenantes.

Tabla 10. Desgaste en estado Seco


2.5.5. Desgaste de la mezcla en estado húmedo

Para determinar el desgaste en estado húmedo se han elaborado tres briquetas con diversos

porcentajes de asfaltos, luego se sumergen en baño maría a 60°C durante 24 horas, para

determinar el desgaste de las briquetas de igual manera se utiliza la máquina de abrasión de

los ángeles y se aplica la ecuación 3 (Figura 16).

Figura 16. Desgaste de briquetas en estado húmedo Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

PORCENTAJE DE

ASFALTO

NUMERO DE

BRIQUETA

PESO INICIAL

(gr)

PESO FINAL

(gr)% DE DESGASTE

% DESGASTE

PROMEDIO

1 1055.05 793.41 24.80%

2 1160.8 589.49 49.22%

3 934.7 549.32 41.23%

1 963.25 793.99 17.57%

2 1027.56 800.16 22.13%

3 939.08 693.02 26.20%

1 1119.31 964.69 13.81%

2 1054.22 903.78 14.27%

3 928.69 837.13 9.86%

1 1082.79 1011.79 6.56%

2 1027.25 902.06 12.19%

3 1049.96 959.31 8.63%

1 1044.07 957.69 8.27%

2 1106.5 1000.77 9.56%

3 1033.02 937.32 9.26%

9.03%

3.50%

4.00%

4.50%

5.00%

5.50%

ANALISIS DESGASTE DE MUESTRAS EN SECO

38.42%

21.97%

12.65%

9.13%

34

Los resultados del ensayo de desgaste en húmedo se muestran en la Tabla 11, observándose

que el mayor porcentaje promedio de desgaste se da en los porcentajes de asfalto 3.5 y 4%.

Tabla 11. Desgaste en Estado Húmedo


2.6. Permeabilidad

Otro parámetro fundamental para determinar el porcentaje óptimo de asfalto es la evaluación

de la permeabilidad de acuerdo a la norma colombiana INVIAS, dado que en el Ecuador aún

no se establece la metodología para pavimentos permeables.

El análisis de la permeabilidad permite evaluar y determinar si los poros se encuentran

interconectados, de acuerdo a la norma INVIAS las briquetas deben tener las paredes

laterales impermeabilizadas, para proceder a verter sobre la cara superior 100ml de agua,

misma que debe ser desalojada en menos de 15 segundos, para esto es necesario saturar

las briquetas, sumergiéndolas por 4 minutos en agua a una temperatura de 25°C (Figura 17).

PORCENTAJE DE

ASFALTO

NUMERO DE

BRIQUETA

PESO INICIAL

SECO

(gr)

PESO LUEGO

DE BAÑO

MARÍA

(gr)

PESO FINAL

(gr)% DE DESGASTE

% DESGASTE

PROMEDIO

4 968.63 985.51 365.83 62.88%

5 923.43 940.18 172.71 81.63%

6 912.09 932.25 167.55 82.03%

4 979.70 999.49 522.63 47.71%

5 1012.35 1036.23 562.32 45.73%

6 1045.67 1063.11 530.63 50.09%

4 962.37 980.63 703.16 28.30%

5 927.16 997.91 698.63 29.99%

6 932.71 1017.88 695.32 31.69%

4 942.08 997.72 714.77 28.36%

5 960.38 1018.74 722.65 29.06%

6 957.19 1009.03 752.64 25.41%

4 998.57 1044.01 925.47 11.35%

5 988.65 1026.60 916.54 10.72%

6 989.50 1033.30 943.48 8.69%

5.00% 27.61%

5.50% 10.26%

ANALISIS DESGASTE DE MUESTRAS HUMEDO

3.50% 75.51%

4.00% 47.84%

4.50% 29.99%

35

Figura 17. Saturación de las briquetas


En la Tabla 12 se muestran los resultados del ensayo, indicando que para porcentajes de

asfalto de 5 y 5.50% los valores de permeabilidad son bajos, debido a la cantidad de asfalto

que obstruye los poros.

Tabla 12. Permeabilidad en Briquetas


2.6.1. Porcentaje de asfalto óptimo

Una vez realizado los ensayos que se requieren para el diseño, por medio del método de

cántabro, se procede a determinar gráficamente el porcentaje óptimo de asfalto, mediante el

uso de los diagramas del volumen de vacío, desgaste en estado seco, desgaste húmedo y el

porcentaje de permeabilidad.

PORCENTAJE DE

ASFALTO

NUMERO DE

BRIQUETA

PESO INICIAL SECO

(gr)

VOLUMEN DE

AGUA

ml

TEMPERATURA DEL

AGUA

°C

TIEMPO DE

PERMEABILIDAD

t(s)

TIEMPO PROM.

t(s)

4 968.63 100 25.00 6.74

5 923.43 100 25.00 5.78

6 912.09 100 25.00 6.44

4 979.7 100 24.98 12.36

5 1012.35 100 24.96 9.76

6 1045.67 100 25.00 10.43

4 962.37 100 25.20 9.17

5 927.16 100 25.60 11.54

6 932.71 100 25.00 9.18

4 942.08 100 25.20 11.97

5 960.38 100 25.60 14.5

6 957.19 100 25.00 10.95

4 998.57 100 25.00 31.36

5 988.65 100 25.30 12.81

6 989.50 100 25.00 21.53

5.00% 12.47

5.50% 21.90

ANALISIS PERMEABILIDAD

3.50% 6.32

4.00% 10.85

4.50% 9.96

36

De este modo se escoge el porcentaje de asfalto de 4.5% y se determina el porcentaje de

vacíos del 20.02% mediante la Figura 18.

Figura 18. Porcentaje de vacío Vs porcentaje de asfalto


Así mismo se con el porcentaje de asfalto escogido se determina mediante las Figuras 19 y

20 el porcentaje de desgaste tanto estado seco como en estado húmedo con valor de 17.95

y 38.50% respectivamente.

Figura 19. Desgaste en estado seco Vs porcentaje de asfalto Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

R² = 0,9559

16,00%

17,00%

18,00%

19,00%

20,00%

21,00%

22,00%

23,00%

3,00% 3,50% 4,00% 4,50% 5,00% 5,50% 6,00%

PO

RC

ENTA

JE D

E V

AC

IO

% ASFALTO

% VACIO VS % ASFALTO

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

25,00%

30,00%

35,00%

40,00%

45,00%

3,00% 3,50% 4,00% 4,50% 5,00% 5,50% 6,00%

% D

ESG

AST

E

% ASFALTO

DESGASTE EN ESTADO SECO

37

Figura 20. Desgaste en estado húmero Vs porcentaje de asfalto


De acuerdo al análisis realizado a la Figura 21 y tomando en cuenta un porcentaje de asfalto

de 4.5% el porcentaje de permeabilidad es de 11.20%

Figura 21. Porcentaje de permeabilidad Vs porcentaje de asfalto


De esta manera se cumple con las especificaciones para el diseño de una mezcla drenante

de acuerdo al método del cántabro Tabla 13.

Tabla 13. Especificación para mezcla drenante.

CONTENIDO OPTIMO DE ASFALTO= 4.50%

ENSAYOS NORMA RESULTADO

VACÍOS 20% < vacíos <

25% 20.20%

PERMEABILIDAD 100 ml en 15 s 11.20%

PERDIDA DE CANTABRO EN SECO < 25 % 17.95%

PERDIDO DE CANTABRO EN HUMEDO < 40 % 38.50% Fuente: Método Cántabro Elaborado por: Guido Gualpa G

R² = 0,92920,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

3,00% 3,50% 4,00% 4,50% 5,00% 5,50% 6,00%

% D

ESG

AST

E

% ASFALTO

DESGASTE EN ESTADO HUMEDO

y = 1,0671e52,499x

R² = 0,8584

5,00

7,00

9,00

11,00

13,00

15,00

17,00

19,00

21,00

23,00

3,00% 3,50% 4,00% 4,50% 5,00% 5,50% 6,00%

% P

ERM

EAB

ILID

AD

% DE ASFALTO


38

CAPITULO III


39

3. Análisis de permeabilidad

Realizar el desalojo de las aguas lluvias de la calzada en un tiempo corto, resulta beneficioso

para la seguridad de los usuarios y la vida útil de la vía, por lo que el propósito de este capítulo

es simular el comportamiento de la calzada de mezcla drenante al contacto con el agua.

Conociendo el contenido óptimo de asfalto se procede a elaborar losetas de 50 x 40 cm y

espesores de 2”, 3” y 4”, para lo cual se ha utilizado moldes metálicos como se observa en la

Figura 22.

MOLDE 2” MOLDE 3”

MOLDE 4”

Figura 22. Moldes para elaboración de losetas de 2”, 3” y 4”. Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

3.1. Preparación de Materiales.

Para la elaboración de las losetas se procede a realizar el pesaje de material de acuerdo a la

curva granulométrica Tabla 14.

40

Tabla 14. Dosificación de la mezcla drenante

DOSIFICACION / LOSETA 2" gr

3" gr

4" gr

ASFALTO 4.50% 924.75 1381.50 1840.50

MATERIAL 3/4" 22% 4521.00 6754.00 8998.00

MATERIAL 1/2" 52% 10686.00 15964.00 21268.00

ARENA 18% 3699.00 5526.00 7362.00

FILLER 8% 1644.00 2456.00 3272.00

TOTAL 20550.00 30700.00 40900.00 Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

3.1.1. Temperatura de la mezcla

La temperatura en una mezcla asfáltica es un factor fundamental ya que de ello depende la

vida útil de la calzada, se debe tener en cuenta de no sobre calentar la mezcla asfáltica ya

que esto produciría escurrimiento del asfalto.

Conociendo la distribución de los pesos de los materiales pétreo se procede calentar a 110°C

de temperatura; así mismo el betún se calentará a 145°C, la cual se controla haciendo uso de

un termómetro digital de precisión 0.01°C, los materiales se mezclan homogéneamente

recubriendo todas las partículas de asfalto.

3.2. Elaboración y compactación de las losetas

La compactación en mezclas asfálticas es otro factor fundamental, de esto depende su

estabilidad y el porcentaje de vacío en ella, las mezclas asfálticas permeables deben ser

compactadas con menor energía de compactación en relación a una mezcla densa, ya que si

se aplica demasiada energía de compactación disminuirían los volúmenes de vacío (Sanchez

de Guzman, 2001).

Para la compactación de la mezcla permeable es recomendable realizarla con un rodillo de

tambor liso sin aplicar vibración ya que esta afectaría tanto en el volumen de vacío y alteraría

la granulometría inicial, por lo tanto para la elaboración de las losetas se ha procedido a usar

un rodillo liso de dimensiones 600mm de longitud por 300mm de diámetro un peso aproximado

de 114 kg, con lo cual se realizó 5 pasadas del rodillo de doble ciclo, es decir, ida y vuelta se

cuenta un ciclo tal como se muestra en las Figura 23.

41

Figura 23. Compactación de Losetas con rodillo. Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

La mezcla asfáltica es colocada de manera homogénea y siguiendo los espesores

recomendados por la normativa del Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP- 001 F-

2002), lo cual establece que el espesor mínimo para realizar la compactación es de 2” y

máximo 3”, para el caso de espesores de carpetas de 4” se deben realizar en dos capas.

Las losetas se dejan enfriar durante 24 horas y se protege con plástico para evitar su

contaminación en el proceso de secado y así establecer un parámetro preciso de infiltración;

para cada espesor se han elaborado dos losetas.

3.3. Evaluación de permeabilidad

Para la evaluación de la permeabilidad en función del espesor de la loseta se utiliza el

Permeámetro LCS (Figura 24) siguiendo la normativa NLT-327/88, para lo cual se satura

previamente el sitio de la prueba llenando de agua la probeta hasta 15 cm sobre la marca

superior de medidas a fin de evitar que los vacíos que se encuentran dentro del área de

estudio afecten en la toma de medida ya que el caudal de entrada debe ser el mismo de salida.

Figura 24. Permeámetro LCS.


Para la ejecución del ensayo fue necesario mantener impermeabilizadas las paredes laterales

de las losetas así que estas no fueron desmoldadas, así mismo a fin de evitar que la loseta

se fleje por el peso de la base del permeámetro (20kg) se colocó una base granular con

42

material ¾, la misma que también ayudará a que el agua del ensayo se filtre (figuras25, 26 y

27).

Figura 25. Loseta de 2” de espesor Figura 26. Loseta de 3” de espesor

Fuente: El Autor Fuente: Autor Elaborado por: Guido Gualpa G. Elaborado por: Guido Gualpa G.

Figura 27. Loseta de 4” de espesor Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

3.4. Análisis de resultados

Luego de efectuar la toma de los tiempos de evacuación del agua que se encuentra en la

superficie de las losetas se procede a tabular y realizar un análisis de los resultados obtenidos,

para ello es indispensable determinar el coeficiente de permeabilidad, ya que esto nos ayuda

a establecer la eficiencia que poseen las losetas de 2”, 3” y 4”.

El coeficiente de permeabilidad se lo determina en base a la deducción del permeámetro LCS

(Zúñiga A, et al, 2013), ecuación 4:

43

K = 2.3025 ∗𝐴𝑡𝑢𝑏𝑜∗𝑛∗𝐿∗𝛾

𝐴𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜∗𝑡∗𝛾20∗ log(

ℎ1

ℎ2) Ecuación 4

Donde:

K= coeficiente de permeabilidad

Atubo = área de tubo (cm2)

Asuelo = área de contacto o suelo (cm2)

n = porosidad (%)

L = longitud del flujo (cm)

γ = viscosidad del agua (°C)

γ20 = viscosidad del agua a 20°C

t = tiempo

h1= altura inicial

h2=altura final

Finalmente los resultados de laboratorio se muestran en la Tabla 15, cual indica que en un los

de 2¨el coeficiente de permeabilidad es de 2.59E-02 con una velocidad de infiltración de 1.31

lts/s es un tiempo de 11.54 s, mientras que en la loseta de 3¨ el coeficiente de permeabilidad

es de 5.74E-02 con una velocidad de infiltración de 1.93 lts/s en un tiempo de 7.81s y

finalmente en la loseta de 4¨ en un tiempo de 5.01s el coeficiente de permeabilidad es de

1.19E-01 permitiendo que la velocidad de infiltración sea de 3 lts/s, este último presentó el

mejor desempeño. Es importante indicar que el análisis de infiltración se realizó con 0% de

bombeo ya que al ser aplicado esto afectaría en los resultados, y lo que se busca es que el

análisis del rendimiento de la mezcla este sometido bajo la fuerza gravitacional.

44

Tabla 15. Resultados de permeabilidad


De la misma forma en la figura 28 se representan los resultados del ensayo de permeabilidad,

la cual indica que el mayor espesor de la loseta (4¨) genera una infiltración en menor tiempo

(s), cuyo coeficiente de correlación es de 0.99.

920 ml 94.00 mm

0.00092 m3 9.40 cm

ALTURA PIESOMETRICA 15 cm DENSIDAD AGUA 1.00 g/cm3

4.50 % 0.001003 kg/(m.s)

50 X 40 cm 0.01003 g/(cm.s)

25 cmVISCOSIDAD

AGUA(16°C)9.79E-04 kg/(m.s)

10 cm AREA DEL TUBO 69.40 cm2

20.20% % AREA DE CONTACTO 213.82 cm2

ESPESOR

(pul)

LOSETA

N°

PERMEABILIDAD

(seg)

PERMEABILIDAD

PROMEDIO

(seg)

COEFICIENTE DE

PERMEABILIDAD

COEFICIENTE K

PROMEDIO

VELOCIDAD DE

PERMEABILIDAD

(cm/seg)

VELOCIDAD

PROMEDIO

(cm/Seg)

CAUDAL

q

cm3/seg

NUMERO DE

REYNOLDS

(Re)

12.32 0.024 1.22 7.468E+01 1141.06

12.34 0.024 1.22 7.455E+01 1139.21

12.31 0.024 1.22 7.474E+01 1141.98

10.76 0.028 1.39 8.550E+01 1306.49

10.73 0.028 1.40 8.574E+01 1310.14

10.75 0.028 1.40 8.558E+01 1307.70

8.32 0.054 1.80 1.106E+02 1689.64

8.28 0.054 1.81 1.111E+02 1697.81

8.33 0.054 1.80 1.104E+02 1687.61

7.31 0.061 2.05 1.259E+02 1923.10

7.35 0.061 2.04 1.252E+02 1912.63

7.29 0.061 2.06 1.262E+02 1928.37

4.78 0.125 3.14 1.925E+02 2940.97

4.80 0.124 3.13 1.917E+02 2928.71

4.77 0.125 3.14 1.929E+02 2947.13

5.24 0.114 2.86 1.756E+02 2682.79

5.24 0.114 2.86 1.756E+02 2682.79

5.22 0.114 2.87 1.762E+02 2693.07

ANALISIS DE PERMEABILIDAD

DIAMETRO

PERMEAMETRO

1.31

1.93

3.00

VISCOSIDAD

AGUA(20°C)

PORCENTAJE DE ASFALTO

4

3

2 11.54

7.81

5.01

2

1

1

2

1

2

VOLUMEN

DIMENSIONES DE LOSETAS

h1

h2

2.59E-02

5.74E-02

1.19E-01

POROSIDAD n

45

Figura 28. Infiltración Vs espesor de loseta


Así mismo en la figura 29 se observa que el coeficiente de correlación es de 0.99, para el

coeficiente K de permeabilidad versus el espesor de las losetas elaboradas con mezcla

drenante.

Figura 29. Coeficiente K de Permeabilidad Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

3.5. Dinámica de fluidos computacional (CFD)

La dinámica de fluidos computacional (CFD), es una herramienta que permite modelar el flujo

de fluidos en medios porosos, en base a características del material se pueden evaluar

resistencia, porosidad, velocidad del fluido, capacidad de permeabilidad entre otras.

Los programas de modelación de fluidos están gobernados por las ecuaciones de Navier

Stokes, que reflejan un análisis del flujo de un líquido o gas en medios porosos, considerando

que el fluido posee propiedades constantes, incompresible y en estado estacionario.

y = -9,4ln(x) + 18,077R² = 0,9997

3,00

5,00

7,00

9,00

11,00

13,00

1 2 3 4 5

INFI

LTR

AC

ION

(se

g)

ESPESOR (pul)

PERMEABILIDAD

y = 0,0057e0,7624x

R² = 0,9994

0,00E+00

2,00E-02

4,00E-02

6,00E-02

8,00E-02

1,00E-01

1,20E-01

1,40E-01

1 2 3 4 5

Ln k

CO

EF. P

ERM

E.

ESPESOR (PUL)

COEFICIENTE PERMEABILIDAD

46

Inicialmente se conoce que el medio poroso a ser analizado no posee una sección homogénea

y uniforme por lo que se recomienda realizar un empaquetamiento con esferas o cilindros con

la finalidad de poder representar el elemento de estudio, y así obtener el flujo teórico a través

de él.

Para el presente proyecto se ha considerado la aplicación de un software CFD que permita

evaluar una las características permeables de la carpeta porosa, para esto se inició con un

modelo esquemático realizado en Autocad de la porosidad interna de la loseta de 4¨cuyo

espesor indica los mejores valores de infiltración del agua superficial Figura 30.

Figura 30. Sección típica de loseta Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

En el programa se realizan la distribución granulométrica tal como se observa en la Figura 31

y 32, para lo cual se realiza un mallado rectangular de 1000x1000 celdas, para esto se inicia

con la colación de una entrada de 5mm de espesor, condiciones de frontera en el medio

poroso de una sección de 4¨de espesor y una zona de salida de igualmente 5mm de espesor.

PÉTREO

SECCIÓN TÍPICA

POROS

0,1

00

0,094

47

Figura 31. Sección A-A distribución de los áridos Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

Figura 32. Sección B-B y C-C de distribución de los áridos Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

El resultado de la modelación en el CFD valida el parámetro de la velocidad media de

infiltración del fluido en el medio poroso en un total de 47 interacciones, además demuestra

el comportamiento del fluido en la parte interna de la loseta asfáltica permeable.

En la Figura 33 se observa la escala de colores de velocidad interna del fluido la misma que

varía en un rango de 0 m/s a 0.925 m/s, siendo las fluctuaciones de velocidad media del fluido

en un rango 0.066m/s y 0.033m/s.

48

Figura 33. Resultados del programa CFD Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

En la Figura 34 se muestra que las velocidades promedio en una sección transversal del

interior de la geometría de la mezcla asfáltica drenante modelada varían de acuerdo al

espaciamiento, obteniendo valores mínimos de 0.014m/s y máximos de 0.033m/s

Figura 34. Grafica de Velocidades internas Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.

Al realizar la comparación de la velocidad media obtenida mediante la aplicación del modelo

dinámico de fluidos computacional (CFD) y el permeámetro de carga variable LCS, se

comprueba que existe similitud en los resultados obtenidos, dando 0.033m/s para la aplicación

CFD y 0.030 m/s con el permeámetro de carga.

0,1000,1200,1400,1600,1800,2000,2200,2400,2600,2800,3000,3200,3400,360

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

VEL

OC

IDA

D (

M/S

)

ESPACIO (MM)

49

CONCLUSIONES

Para medir la mejor capacidad de infiltración de aguas superficiales mediante el uso

del permeámetro de carga variable LCS se fabricaron losetas de mezclas asfálticas

drenantes de espesores 2”, 3” y 4¨.

Para el diseño de la mezcla asfáltica drenante se caracterizaron los materiales pétreos

y el betún asfáltico siguiendo las normas AASHTO y ASTM, cumpliendo con las

especificaciones técnicas.

Son consideran mezclas abiertas o drenantes aquellas que superar el 20% de vacíos,

dentro de la presente investigación y de acuerdo a los contenidos asfalticos de 3.5%,

4% y 4.5% se llegó a obtener valores de 22.12%, 21.40% y 20.78% respectivamente,

por lo tanto, se concluye que estas mezclas se encuentran dentro de los parámetros

consideradas así mezclas permeables.

La evaluación de permeabilidad a las mezclas drenantes se realizó a losetas de

espesores de 2¨, 3¨ y 4”, observándose que en la loseta de mayor espesor presenta

mejor desempeño de infiltración ya que el coeficiente de permeabilidad K es de 1.19E-

01, en un tiempo de 5.01s a una velocidad de infiltración del fluido de 3 lts/s.

Los resultados del coeficiente de permeabilidad muestran que es directamente

proporcional al tiempo de infiltración, a menor tiempo de infiltración el coeficiente de

permeabilidad es más elevado.

Se calculado el número de Reynolds para cada espesor de losetas de mezclas

asfálticas drenante, observándose que los espesores de 2¨y 3¨ denotan un flujo

laminar, mientras que la loseta de 4¨ indica que el flujo se encuentra en el intervalo de

transición de estado laminar a turbulento.

La implementación de la modelación dinámica de fluido CFD ha permitido evaluar el

parámetro de velocidad en la carpeta asfáltica permeable los mismo que se

encuentran en un rango de 0.264m/s y 0.330m/s, validando los valores obtenido en la

parte experimental.

50

RECOMENDACIONES

Se recomienda hacer usos de los resultados obtenidos como base para la

implementación de carpetas permeables en zonas donde existen precipitaciones altas.

Hacer un análisis de flujos turbulentos en espesores de 4” en carpetas permeables, y

evaluar cuan perjudicial resultaría para su estabilidad.

El agua se infiltra a través de la carpeta asfáltica permeable puede ser captada y

conducida mediante subdrenes para la reutilización del agua para fines agrícolas

Se recomienda realizar un mantenimiento semestral de las mezclas asfálticas

drenantes mediante flujos de agua a presión o equipos aspiradores de polvo.

Para nuevas investigaciones se recomienda aplicar CFD para evaluar la incidencia de

la infiltración de agua en la carpeta asfáltica en la pérdida de la película de asfalto en

los agregados, así como también en la predicción de posibles fisuramientos de la

carpeta.

51

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56

ANEXOS

57

PROY. : TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL

UBIC. : CATAMAYO MUESTRA: BOQUERONFECHA : NOVIEMBRE 2016

TAMIZ PASA TAMIZ RET. MASA IN. MASA FINAL %

1 1/2" 1" 1,250.34

1" 3/4" 1,251.35

3/4" 1/2" 1,250.71

1/2" 3/8" 1,251.06

5,003.46 3,605.00 27.95%

40.00% CUMPLE SI

11 4,420.00 gr.

27.95 %

ING. GUIDO GUALPA GUZMAN

ELABORADO POR

ENSAYO DE ABRASIÓN MÉTODO A

ENSAYO DE ABRASIÓN INEN 861

Número de esferas: Masa carga abrasiva

Porcentaje de Abrasión:

Desagaste a la Abrasión Máximo Porcentaje 40%Valor de abrasión en %

SUMA

ESPECIF.:

UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA

TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL

𝑉 = 100

58

PROYEC: PAVIMENTACION PASAJE

LOCALZ.: CATAMAYO MUESTRA : MEZCLA FAJA 3/4"

FECHA: NOVIEMBRE 2016

TAMIZ PASA. TAMIZ RET. MUESTRA ASFALTO

3/8" 1/4" 100.02 5.60

MATERIAL

BITUMINOSOT° DE MEZCLA

TIEMPO DE

MEZCLA

T° DE

CURADO

TIEMPO DE

CURADO

CEM. ASF. 142+-3 2.0-3.0 min - No requiere

CANTERA

ASFALTO

ADHERENCIA

JUBONES

AC-20

+95%




ELABORADO POR

NORMA ASTM D 1664

RESULTADOS

ENSAYO DE ADHERENCIA DE LOS MATERIALES BITUMINOSOS

ADHERENCIA EN AGREGADOS GRUESOS

TAMIZ MASA GR.

TIEMPOS Y TEMPERATURAS

TIEMPO DE INMERSIÓN

EN AGUA

16-18 hr.

59

PROYEC: TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL



TAMIZ RET. MASA GR.

MASA DE

PARTÍCULAS

ALARGADAS

% PARTÍCULAS

ALARGADAS

2" 0.00 0.00 -

1 1/2" 0.00 0.00 -

1" 0.00 0.00 -

3/4" 5000.00 312.62 6.25%

1/2" 2000.00 161.43 8.07%

3/8" 1000.30 84.90 8.49%

SUMA= 8000.30 558.95 6.99%

ESPECIF.: 10.00% CUMPLE SI

PORCENTACE DE PARTICULAS ALARGADAS

ENSAYO DE DETERMINACIÓN DE PARTÍCULAS ALARGADAS

NORMA ASTM D 4791


ELABORADO POR



60

PROYEC: PAVIMENTACION PASAJE

LOCALZ.: PASAJE MUESTRA : MEZCLA FAJA 3/4"

FECHA: MARZO-2015

PESO MINIMO 2 CARAS FRACTURADAS

CARAS FRACTURADAS

TAMAYO MÁXIMO NOMINAL

PESO DE LA MUESTRA

TAMIZ RETENIDO

PESO MINIMO 1 CARA FRACTURADA 1469.03

1425.02

25.63

98.66%

1501.93

85%

SI

95.73%

80 %

SI




ELABORADO POR

ESPECIF.

CUMPLE

% MINIMO 2 CARA FRACTURADA

ESPECIF.

CUMPLE

PESO PARTICULAS CUESTIONABLES

% MINIMO 1 CARA FRACTURADA

NORMA ASTM D5821

ENSAYO DE DETERMINACIÓN DE CARAS FRACTURADAS

3/4"

1/2"

61




TAMIZ RET. MASA IN.MASA MUESTRA

LAVADA% DELETÉREOS

1 1/2" 0.00 0.00 -

3/4" 0.00 0.00 -

3/8" 2000.68 8.83 0.44%

Nº 4 1000.48 7.00 0.70%

SUMA= 3001.16 15.83 0.53%


TAMIZ RET. MASA IN.MASA MUESTRA

LAVADA% DELETÉREOS

#16 25.00 0.21 0.84%


DELETÉREOS AGREGADO FINO

NORMA ASTM C 142

DELETÉREOS AGREGADO GRUESO

ENSAYO DE DETERMINACIÓN DE DELETÉREOS


ELABORADO POR



62


LOCALZ.: CATAMAYO MUESTRA: MEZCLA FAJA 3/4"


MUESTRA: TRITURADO

NORMA : ASTM D-2419

EXP. LECTURA LECTURA E. A

No. ARENA ARCILLA PARCIAL

cc. cc. %

1 265 295 89.8

2 260 285 91.2

3 255 280 91.1

4

VALOR MEDIO: 90.7


PROCENTAJE DE FINOS: 9.3 %

ELABORADO POR



PORCENTAJE DE FINOS EN ARENAS


63


UBIC. : CATAMAYO MUESTRA: BOQUERON

FECHA : NOVIEMBRE 2016

MATERIAL: 1/2" LIMITE LIQUIDO: 0.00

PESO IN.: 6,095.00 LIMITE PLASTICO 0.00

MALLA No. MASA RET. MASA RET. % % % PASA %

PARCIAL ACUMULADA RET. PASA CORREG. RET.AC

3 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

2 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

1 1/2 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

1 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

3/4 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

1/2 49.30 49.30 0.81 99.19 99.19 0.81

3/8 2,100.92 2,150.22 35.28 64.72 64.72 35.28

# 4 3,838.59 5,988.81 98.26 1.74 1.74 98.26

PASA # 4 106.19 106.19 1.74

SUMAN 6,095 6,095 100.00

PESO HUM= 106.2 w% = 0.00 P.SECO= 106

# 8 34.63 34.63 32.61 67.39 1.17 98.83

# 16 6.11 40.74 38.37 61.63 1.07 98.93

# 30 2.39 43.13 40.62 59.38 1.03 98.97

# 50 2.57 45.70 43.04 56.96 0.99 99.01

# 100 8.08 53.78 50.65 49.35 0.86 99.14

# 200 15.49 69.27 65.23 34.77 0.61 99.39

PASA #200 36.92 36.92 34.77

SUMAN 106.19 106.19 100.00

ELABORADO POR


_____________________________



ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO

0.00

3"1"1/2"#4#8#16#30#200

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1.50 2.50 3.50 4.50 5.50

PO

RC

EN

TA

JE Q

UE

PA

SA

LOG (DIAMETRO micras)

GRANULOMETRIA

64




MATERIAL: 3/4" LIMITE LIQUIDO: 0.00




3 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

2 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

1 1/2 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

1 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

3/4 41.04 41.04 1.18 98.82 98.82 1.18

1/2 2,512.77 2,553.81 73.28 26.72 26.72 73.28

3/8 763.72 3,317.53 95.19 4.81 4.81 95.19

# 4 89.14 3,406.67 97.75 2.25 2.25 97.75

PASA # 4 78.33 78.33 2.25

SUMAN 3,485 3,485 100.00

PESO HUM= 78.3 w% = 0.00 P.SECO= 78

# 8 15.81 15.81 20.18 79.82 1.79 98.21

# 16 1.53 17.34 22.14 77.86 1.75 98.25

# 30 1.03 18.37 23.45 76.55 1.72 98.28

# 50 1.60 19.97 25.49 74.51 1.67 98.33

# 100 3.95 23.92 30.54 69.46 1.56 98.44

# 200 10.91 34.83 44.47 55.53 1.25 98.75

PASA #200 43.50 43.50 55.53

SUMAN 78.33 78.33 100.00

ELABORADO POR





0.00

3"1"1/2"#4#8#16#30#200

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1.50 2.50 3.50 4.50 5.50

PO

RC

EN

TA

JE Q

UE

PA

SA


GRANULOMETRIA

65




MATERIAL: FINO TRITURADO LIMITE LIQUIDO: 0.00




3 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

2 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

1 1/2 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

1 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

3/4 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

1/2 2.40 2.40 0.05 99.95 99.95 0.05

3/8 28.07 30.47 0.62 99.38 99.38 0.62

# 4 1,773.38 1,803.85 36.59 63.41 63.41 36.59

PASA # 4 3,126.15 3,126.15 63.41

SUMAN 4,930 4,930 100.00

PESO HUM= 3126.2 w% = 0.00 P.SECO= 3126

# 8 1080.22 1080.22 34.55 65.45 41.50 58.50

# 16 466.61 1546.83 49.48 50.52 32.03 67.97

# 30 355.34 1902.17 60.85 39.15 24.83 75.17

# 50 403.82 2305.99 73.76 26.24 16.64 83.36

# 100 314.19 2620.18 83.81 16.19 10.26 89.74

# 200 214.72 2834.90 90.68 9.32 5.91 94.09

PASA #200 291.25 291.25 9.32

SUMAN 3126.15 3126.15 100.00




ELABORADO POR


0.00

3"1"1/2"#4#8#16#30#200

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1.50 2.50 3.50 4.50 5.50

PO

RC

EN

TA

JE Q

UE

PA

SA


GRANULOMETRIA

66




MATERIAL: FINO LIMITE LIQUIDO: 0.00

PESO IN.: 270.31 LIMITE PLASTICO 0.00



3 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

2 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

1 1/2 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

1 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

3/4 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

1/2 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

3/8 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

# 4 0.00 0.00 0.00 100.00 100.00 0.00

PASA # 4 270.31 270.31 100.00

SUMAN 270 270 100.00

PESO HUM= 270.3 w% = 0.00 P.SECO= 270

# 8 0.24 0.24 0.09 99.91 99.91 0.09

# 16 0.84 1.08 0.40 99.60 99.60 0.40

# 30 3.21 4.29 1.59 98.41 98.41 1.59

# 50 11.91 16.20 5.99 94.01 94.01 5.99

# 100 38.85 55.05 20.37 79.63 79.63 20.37

# 200 114.69 169.74 62.79 37.21 37.21 62.79

PASA #200 100.57 100.57 37.21

SUMAN 270.31 270.31 100.00


ELABORADO POR




3/8"N°4N°30N°200

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

PO

RC

EN

TA

JE Q

UE

PA

SA


GRANULOMETRIA

67

Pasante Retenido (%) Parcial (g) Total (g) Número Tamices Peso Ret. (g) (%) (%)

1 90mm (3") 63mm (2 1/2") - - - - - - - - - - - - -

63mm (2 1/2") 50mm (2")

50mm (2") 37,5mm (1 1/2")

37,5mm (1 1/2") 25mm (1")

25mm (1") 19mm (3/4")

19mm (3/4") 12,5 mm(1/2") 670.3

12,5 mm(1/2") 9.5mm (3/8") 332.0

5 9.5mm (3/8") 4,75mm (Nº4) 54.0 300.1 300.07 - 4mm (Nº5) 294.43 1.9 1.0 - - - - -

100.0 1.6

Pasante Retenido

1 9,5mm (3/8") 4,75mm (Nº4)

2 4,75mm (Nº4) 2,36mm (Nº8) 49.4 1.4 0.7

3 2,36mm (Nº8) 1,18mm (Nº16) 26.1 0.9 0.2

4 1,18mm (Nº16) ,600mm (Nº30) 14.7 3.9 0.6

5 ,600mm (Nº30) 300mm (Nº50) 9.8 4.1 0.4

100.0 1.9

--8mm (5/16")

- -

FECHA:

TAMIZ

GRADACIÓN

DE LA

MUESTRA

-

-

-

ACCION

SERIE GRUESA

DESMENU-

ZAMIENTO

AGRIETA-

MIENTO

DESINTE-

GRACION

MASA DESPUES DEL

ENSAYO HENDI-

MIENTO

-

-

CANTERA EL HUATO

SOLUCIÓN:

YACIMIENTO:

PROYECTO:

UBIC:

-6.8

SULFATO DE SODIO

TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL



PERDIDA

COMPENSADA DESCA-

MACIÓN

- - -31,5mm (1 1/4")

16mm (5/8")

MASA ANTES DEL ENSAYO

-

CATAMAYO

2

3

FRACCIÓN

39.2 - 988.69

-

-

1.4

TOTAL

NOVIEMBRE 2016

- -

- - -

-

1.4

-

RESISTENCIA A LA DISGREGACIÓN

-

0.1

0.5

PERDIDA

4 1002.28

98.71

100.07

SERIE FINA

TAMIZMASA ANTES DEL ENSAYO (g) OBSERVACIONES


ELABORADO POR

TOTAL

PERDIDA (%)

PERDIDA

COMPENSADA

(%)

GRADACIÓN

DE LA

MUESTRA

ORIGINAL (%)

MASA DESP. DEL ENSAYO

(g)

99.19

96.13

95.93

100.09

100.05

100.01

FRACCIÓN

68

PROYECTO: TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL

FAJA DE TRABAJO:

GRADO DE CEMENTO ASFALTICO:

GOLPES:

FECHA:

AG

RE

GA

DO

S

% A

GR

EG

AD

OS

% D

OS

IFIC

AC

ION

PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

AG

RE

GA

DO

S

(gr)

PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

25/2

5°C

AS

FA

LT

O

MU

ES

TR

A

P. A

ire S

eco

(gr)

P. A

ire S

.S.S

.

(gr)

P. ag

ua (

gr)

VO

LU

ME

N

(cm

³)

PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

BU

LK

(g

r/cm

³)

PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

MA

XIM

O

FA

CT

OR

DE

CO

RR

EC

CIO

N

LE

CT

UR

A

(kN

)

LE

CT

UR

A

(lb

s)

CO

RR

EG

IDA

FL

UJO

0.0

1"

3/4" 22.00 21.23 2.603 1 W. m. 502.21

1/2" 52.00 50.18 2.599 2 W. f+a 1247.03

Arena Trt 18.00 17.37 2.546 3 W. f+a+m1548.57

Filler 8.00 7.72 2.332

Asfalto 3.50 1.016

Total 100.00 100.00 2.567 1.016

RESUMEN : RESUMEN :

5.75 % 6.25 % 3 % 5 %

> 1,800 lb > 14 %

8.0 1/100 14 1/100 65 % 75 %

RICE

2.503

MATERIALES



50

3/4" INSTITUTO DEL ASFALTO

AC-20

NOVIEMBRE 2016

ESTABILIDADMEZCLA ASFALTICA

PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

MA

XIM

O

ME

DID

O

(gr/

cm

³)

PROMEDIO

REQUERIMIENTOS REQUERIMIENTOS


ELABORADO POR

PORCENTAJE OPTIMO

ESTABILIDAD

FLUENCIA

DENSIDAD

VACIOS CON AIRE

VACIOS DE AGREGADO MINERAL

RELACION BITUMEN VACIOS

PESO ESPECIFICO MAXIMO TEORICO

69


FAJA DE TRABAJO: 3/4" INSTITUTO DEL ASFALTO

GRADO DE CEMENTO ASFALTICO: AC-20

GOLPES: 50


AG

REG

AD

OS

% A

GR

EGA

DO

S

% D

OSI

FIC

AC

ION

PES

O

ESP

ECIF

ICO

AG

REG

AD

OS

(gr)

PES

O

ESP

ECIF

ICO

25

/25

°C

ASF

ALT

O

MU

ESTR

A

P. A

ire

Se

co (

gr)

P. A

ire

S.S

.S.

(gr)

P. a

gua

(gr)

VO

LUM

EN (

cm³)

PES

O

ESP

ECIF

ICO

BU

LK (

gr/c

m³)

PES

O

ESP

ECIF

ICO

MA

XIM

O

TEÓ

RIC

O

FAC

TOR

DE

CO

RR

ECC

ION

LEC

TUR

A (

kN)

LEC

TUR

A (

lbs)

CO

RR

EGID

A

FLU

JO 0

.01

"

3/4" 22.00 21.12 2.603 1 W. m. 508.50

1/2" 52.00 49.92 2.599 2 W. f+a 1247.03

Arena Trt 18.00 17.28 2.546 3 W. f+a+m 1550.87

Filler 8.00 7.68 2.332

Asfalto 4.00 1.016

Total 100.00 100.00 2.567 1.016

RESUMEN : RESUMEN :

5.75 % 6.25 % 3 % 5 %

> 1,800 lb > 14 %

8.0 1/100 14 1/100 65 % 75 %

RICE

2.485

MATERIALES




PES

O

ESP

ECIF

ICO

MA

XIM

O

MED

IDO

(gr/

cm³)

PROMEDIO



ELABORADO POR

PORCENTAJE OPTIMO

ESTABILIDAD

FLUENCIA

DENSIDAD

VACIOS CON AIRE




70




GOLPES: 50


AG

RE

GA

DO

S

% A

GR

EG

AD

OS

% D

OS

IFIC

AC

ION

PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

AG

RE

GA

DO

S (

gr)

PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

25/2

5°C

AS

FA

LT

O

MU

ES

TR

A

P. A

ire S

eco

(g

r)

P. A

ire S

.S.S

. (g

r)

P. ag

ua (

gr)

VO

LU

ME

N (

cm

³)

PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

BU

LK

(g

r/cm

³)

PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

MA

XIM

O T

EÓ

RIC

O

(gr/

cm

³)

FA

CT

OR

DE

CO

RR

EC

CIO

N

LE

CT

UR

A (

kN

)

LE

CT

UR

A (

lbs)

CO

RR

EG

IDA

FL

UJO

0.0

1"

3/4" 22.00 21.01 2.603 1 W. m. 509.53

1/2" 52.00 49.66 2.599 2 W. f+a 1247.03

Arena Trt 18.00 17.19 2.546 3 W. f+a+m1550.20

Filler 8.00 7.64 2.332

Asfalto 4.50 1.016

Total 100.00 100.00 2.567 1.016

RESUMEN : RESUMEN :

5.75 % 6.25 % 3 % 5 %

> 1,800 lb > 14 %

8.0 1/100 14 1/100 65 % 75 %

PROMEDIO



ELABORADO POR


PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

MA

XIM

O M

ED

IDO

(gr/

cm

³)

RICE

2.469

MATERIALES



PORCENTAJE OPTIMO

ESTABILIDAD

FLUENCIA

DENSIDAD

VACIOS CON AIRE




71




GOLPES: 50


AG

RE

GA

DO

S

% A

GR

EG

AD

OS

% D

OS

IFIC

AC

ION

PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

AG

RE

GA

DO

S (

gr)

PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

25/2

5°C

AS

FA

LT

O

MU

ES

TR

A

P. A

ire S

eco

(g

r)

P. A

ire S

.S.S

. (g

r)

P. ag

ua (

gr)

VO

LU

ME

N (

cm

³)

PE

SO

E

SP

EC

IFIC

O

BU

LK

(g

r/cm

³)

PE

SO

E

SP

EC

IFIC

O

MA

XIM

O T

EÓ

RIC

O

(gr/

cm

³)

FA

CT

OR

DE

CO

RR

EC

CIO

N

LE

CT

UR

A (

kN

)

LE

CT

UR

A (

lbs)

CO

RR

EG

IDA

FL

UJO

0.0

1"

3/4" 22.00 20.90 2.603 1 W. m. 507.54

1/2" 52.00 49.40 2.599 2 W. f+a 1247.03

Arena Trt 18.00 17.10 2.546 3 W. f+a+m1547.73

Filler 8.00 7.60 2.332

Asfalto 5.00 1.016

Total 100.00 100.00 2.567 1.016

RESUMEN : RESUMEN :

5.75 % 6.25 % 3 % 5 %

> 1,800 lb > 14 %

8.0 1/100 14 1/100 65 % 75 %

PROMEDIO



ELABORADO POR


PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

MA

XIM

O M

ED

IDO

(gr/

cm

³)

RICE

2.454

MATERIALES



PORCENTAJE OPTIMO

ESTABILIDAD

FLUENCIA

DENSIDAD

VACIOS CON AIRE




72




GOLPES: 50


AG

RE

GA

DO

S

% A

GR

EG

AD

OS

% D

OS

IFIC

AC

ION

PE

SO

ES

PE

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gr)

PE

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PE

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25/2

5°C

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FA

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(gr/

cm

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FA

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RR

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CIO

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LE

CT

UR

A (

kN

)

LE

CT

UR

A (

lbs)

CO

RR

EG

IDA

FL

UJO

0.0

1"

3/4" 22.00 20.79 2.603 1 W. m. 501.40

1/2" 52.00 49.14 2.599 2 W. f+a 1248.40

Arena Trt 18.00 17.01 2.546 3 W. f+a+m 1543.83

Filler 8.00 7.56 2.332

Asfalto 5.50 1.016

Total 100.00 100.00 2.567 1.016

RESUMEN : RESUMEN :

5.75 % 6.25 % 3 % 5 %

> 1,800 lb > 14 %

8.0 1/100 14 1/100 65 % 75 %

PROMEDIO



ELABORADO POR


PE

SO

ES

PE

CIF

ICO

MA

XIM

O M

ED

IDO

(gr/

cm

³)

RICE

2.434

MATERIALES



PORCENTAJE OPTIMO

ESTABILIDAD

FLUENCIA

DENSIDAD

VACIOS CON AIRE




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