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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
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
Resistencia a los sulfatos
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
Resistencia a los sulfatos
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G
Figura 9. Faja granulométrica
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G
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 %
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G
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
DENSIDAD BULK PROMEDIO PARA PORCENTAJE DE ASFALTO
DENSIDAD BULK PROMEDIO PARA PORCENTAJE DE ASFALTO
DENSIDAD BULK PROMEDIO PARA PORCENTAJE DE ASFALTO
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 PROMEDIO PARA PORCENTAJE DE ASFALTO
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
GRAVEDAD ESPECIFICA MAXIMA TEORICA (Gem)
ASTM D2041
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
4,50%
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
GRAVEDAD ESPECIFICA MAXIMA TEORICA (Gem)
31
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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%
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
GRAVEDAD ESPECIFICA MAXIMA TEORICA (Gem)
5,50%
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
GRAVEDAD ESPECIFICA MAXIMA TEORICA (Gem)
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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
ANALISIS PERMEABILIDAD
38
CAPITULO III
ANALISIS PERMEABILIDAD
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.
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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
Fuente: El Autor Elaborado por: Guido Gualpa G.
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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Zúñiga, A., Zúñiga, B., Freire, V., Ortiz, P. (2013). Determinación de la efectividad entre
mezclas porosas o filtrantes fabricadas con cemento portland y mezclas porosas
elaboradas con cemento asfáltico. Universidad Técnica Particular de Loja.
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%
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
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
LOCALZ.: CATAMAYO MUESTRA : MEZCLA FAJA 3/4"
FECHA: NOVIEMBRE 2016
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
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
ELABORADO POR
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
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
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
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
PROYEC: TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL
LOCALZ.: CATAMAYO MUESTRA : MEZCLA FAJA 3/4"
FECHA: NOVIEMBRE 2016
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%
ESPECIF.: 1.00% CUMPLE SI
TAMIZ RET. MASA IN.MASA MUESTRA
LAVADA% DELETÉREOS
#16 25.00 0.21 0.84%
ESPECIF.: 1.00% CUMPLE SI
DELETÉREOS AGREGADO FINO
NORMA ASTM C 142
DELETÉREOS AGREGADO GRUESO
ENSAYO DE DETERMINACIÓN DE DELETÉREOS
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
ELABORADO POR
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
62
PROYEC: TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL
LOCALZ.: CATAMAYO MUESTRA: MEZCLA FAJA 3/4"
FECHA: NOVIEMBRE 2016
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
ESPECIF.: 50.00% CUMPLE SI
PROCENTAJE DE FINOS: 9.3 %
ELABORADO POR
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
PORCENTAJE DE FINOS EN ARENAS
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
63
PROY. : TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL
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
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
_____________________________
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
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
PROY. : TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL
UBIC. : CATAMAYO MUESTRA: BOQUERON
FECHA : NOVIEMBRE 2016
MATERIAL: 3/4" LIMITE LIQUIDO: 0.00
PESO IN.: 3,485.00 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 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
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
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
65
PROY. : TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL
UBIC. : CATAMAYO MUESTRA: BOQUERON
FECHA : NOVIEMBRE 2016
MATERIAL: FINO TRITURADO LIMITE LIQUIDO: 0.00
PESO IN.: 4,930.00 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 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
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
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
66
PROY. : TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL
UBIC. : CATAMAYO MUESTRA: BOQUERON
FECHA : NOVIEMBRE 2016
MATERIAL: FINO LIMITE LIQUIDO: 0.00
PESO IN.: 270.31 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 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
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
ELABORADO POR
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
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
LOG (DIAMETRO micras)
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
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA 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
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
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
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
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
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
ELABORADO POR
PORCENTAJE OPTIMO
ESTABILIDAD
FLUENCIA
DENSIDAD
VACIOS CON AIRE
VACIOS DE AGREGADO MINERAL
RELACION BITUMEN VACIOS
PESO ESPECIFICO MAXIMO TEORICO
69
PROYECTO: TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL
FAJA DE TRABAJO: 3/4" INSTITUTO DEL ASFALTO
GRADO DE CEMENTO ASFALTICO: AC-20
GOLPES: 50
FECHA: NOVIEMBRE 2016
AG
REG
AD
OS
% A
GR
EGA
DO
S
% D
OSI
FIC
AC
ION
PES
O
ESP
ECIF
ICO
AG
REG
AD
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O
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ICO
25
/25
°C
ASF
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gr)
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LEC
TUR
A (
kN)
LEC
TUR
A (
lbs)
CO
RR
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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
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
ESTABILIDADMEZCLA ASFALTICA
PES
O
ESP
ECIF
ICO
MA
XIM
O
MED
IDO
(gr/
cm³)
PROMEDIO
REQUERIMIENTOS REQUERIMIENTOS
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
ELABORADO POR
PORCENTAJE OPTIMO
ESTABILIDAD
FLUENCIA
DENSIDAD
VACIOS CON AIRE
VACIOS DE AGREGADO MINERAL
RELACION BITUMEN VACIOS
PESO ESPECIFICO MAXIMO TEORICO
70
PROYECTO: TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL
FAJA DE TRABAJO: 3/4" INSTITUTO DEL ASFALTO
GRADO DE CEMENTO ASFALTICO: AC-20
GOLPES: 50
FECHA: NOVIEMBRE 2016
AG
RE
GA
DO
S
% A
GR
EG
AD
OS
% D
OS
IFIC
AC
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PE
SO
ES
PE
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AG
RE
GA
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gr)
PE
SO
ES
PE
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25/2
5°C
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FA
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r)
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gr)
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cm
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cm
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kN
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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
REQUERIMIENTOS REQUERIMIENTOS
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
ELABORADO POR
ESTABILIDADMEZCLA ASFALTICA
PE
SO
ES
PE
CIF
ICO
MA
XIM
O M
ED
IDO
(gr/
cm
³)
RICE
2.469
MATERIALES
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
PORCENTAJE OPTIMO
ESTABILIDAD
FLUENCIA
DENSIDAD
VACIOS CON AIRE
VACIOS DE AGREGADO MINERAL
RELACION BITUMEN VACIOS
PESO ESPECIFICO MAXIMO TEORICO
71
PROYECTO: TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL
FAJA DE TRABAJO: 3/4" INSTITUTO DEL ASFALTO
GRADO DE CEMENTO ASFALTICO: AC-20
GOLPES: 50
FECHA: NOVIEMBRE 2016
AG
RE
GA
DO
S
% A
GR
EG
AD
OS
% D
OS
IFIC
AC
ION
PE
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PE
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AG
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lbs)
CO
RR
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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
REQUERIMIENTOS REQUERIMIENTOS
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
ELABORADO POR
ESTABILIDADMEZCLA ASFALTICA
PE
SO
ES
PE
CIF
ICO
MA
XIM
O M
ED
IDO
(gr/
cm
³)
RICE
2.454
MATERIALES
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
PORCENTAJE OPTIMO
ESTABILIDAD
FLUENCIA
DENSIDAD
VACIOS CON AIRE
VACIOS DE AGREGADO MINERAL
RELACION BITUMEN VACIOS
PESO ESPECIFICO MAXIMO TEORICO
72
PROYECTO: TESIS MAESTRIA INGENIERIA VIAL
FAJA DE TRABAJO: 3/4" INSTITUTO DEL ASFALTO
GRADO DE CEMENTO ASFALTICO: AC-20
GOLPES: 50
FECHA: NOVIEMBRE 2016
AG
RE
GA
DO
S
% A
GR
EG
AD
OS
% D
OS
IFIC
AC
ION
PE
SO
ES
PE
CIF
ICO
AG
RE
GA
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gr)
PE
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ES
PE
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ICO
25/2
5°C
AS
FA
LT
O
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ES
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eco
(g
r)
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.S.S
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r)
P. ag
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gr)
VO
LU
ME
N (
cm
³)
PE
SO
ES
PE
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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 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
REQUERIMIENTOS REQUERIMIENTOS
ING. GUIDO GUALPA GUZMAN
ELABORADO POR
ESTABILIDADMEZCLA ASFALTICA
PE
SO
ES
PE
CIF
ICO
MA
XIM
O M
ED
IDO
(gr/
cm
³)
RICE
2.434
MATERIALES
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
TITULO DE MAGISTER EN INGENIERÍA VIAL
PORCENTAJE OPTIMO
ESTABILIDAD
FLUENCIA
DENSIDAD
VACIOS CON AIRE
VACIOS DE AGREGADO MINERAL
RELACION BITUMEN VACIOS
PESO ESPECIFICO MAXIMO TEORICO
73