anteproyecto de tesis wlln 6
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UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
ESCUELA DE POSGRADO
MAESTRA EN INGENIERA VIAL CON MENCIN EN
CARRETERAS, PUENTES Y TNELES
Curso: Metodologa de la Investigacin
Ante Proyecto de Tesis
DISEO OPTIMO DE MEZCLA ASFALTICA SUPERPAVE
UTILIZANDO POLIMEROS SBS PARA LA CARRETERA CAMPO
VERDE NUEVA REQUENA
Nombre del Alumno
Ing. Washington Llave Najarro
Nombre del posible Asesor
Mag. Ing. Cesar E. Guevara Malpartida
Lima Per
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ndice de Contenido
1. Formulacin del problema de investigacin .......................................................3
1.1. Problema principal .........................................................................................3
1.2. Problemas Secundarios ..................................................................................3
2. Justificacin de la Investigacin ........................................................................3
3. Objetivos ...........................................................................................................4
3.1. Objetivo general ............................................................................................4
3.2.
Objetivos especficos .....................................................................................4
4. Marco Terico ...................................................................................................5
4.1.
Bases tericas que sustentan la investigacin. ................................................5
4.1.1. Diseo de pavimentos con polmeros ..........................................................5
4.1.1.1.
Requerimientos de Informacin ................................................................5
4.1.1.2. Requerimientos de datos de inventario ......................................................5
4.1.1.3. Solicitaciones para el diseo .....................................................................5
4.1.1.4. Evaluacin estructural ...............................................................................5
4.2. Investigaciones relacionadas con el tema. ......................................................6
5.
Metodologa de la Investigacin ...................................................................... 17
5.1. Tipo de Investigacin ...................................................................................... 17
5.2.
Diseo de la Investigacin ............................................................................... 17
6. Referencias Bibliogrfica ................................................................................ 18
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1.
Formulacin del problema de investigacin
1.1.
Problema principal
Cul es el contenido ptimo de polmeros SBS para el diseo de mezcla
asfltica superpave en el mejoramiento de la carretera campo verde Nueva Requena?
1.2.Problemas Secundarios
1.2.1.
Qu cantera utilizaremos para los agregados. En vista que se desconocen las
propiedades fsico-mecnicas y qumicas de las canteras de Aguaytia y
Curimana?
1.2.2.
Qu tipo o marca de polmero utilizaremos. En vista que lo ms imprescindible
es que la mezcla asfltica sea resistente a la deformacin permanente?
1.2.3.
Cul ser el grado de performance adecuado para la mezcla superpave?
2.
Justificacin de la Investigacin
Las carreteras son muy importantes para la infraestructura de un pas ya que ayudan
al desarrollo econmico y cultural, pero dentro del pas en su gran mayora, se encuentran
deterioradas, presentando un bajo rendimiento y respuesta inadecuada ante las cargas
vehiculares, las temperaturas y el ambiente. Por este motivo se busca la forma como mejorar
estas caractersticas y lograr un mayor tiempo de vida til.
A medida que la red vial campo verde nueva requena es utilizada con mayor
frecuencia, por vehculos motorizados de gran tonelaje y la necesidad de extraer hacia los
mercados locales y nacionales los productos de la zona. Nace la necesidad de pavimentar la
mencionada va. Pues actualmente es una trocha carrozable en regular estado de
conservacin. Pero el problema se agrava en las pocas de lluvia. En la que es imposible
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acceder hacia la ciudad de nueva requena debido a que el camino de acceso se deteriora
notablemente. Pues la capa de rodadura contiene un porcentaje alto de arcilla expansiva.
A raz de los inconvenientes y perjuicios econmicos que causa directamente a la
poblacin de nueva requena y por la existencia de vehculos motorizados de gran tonelaje.
Es deseable disear un pavimento flexible que brinde una serviciabilidad adecuada al menos
20 aos.
Con la tecnologa actual es posible disear una MAC modificada con polmeros SBS
que sea resistente a la susceptibilidad trmica. Pero, es necesario encontrar el porcentaje
adecuado del polmero SBS, el agregado que cumpla con las exigencias de la norma EG-
2013 y el grado de performance para el diseo de la mezcla asfltica superpave que resulte
ser estructuralmente resistente a la deformacin permanente y agrietamiento por baja
temperatura.
3.
Objetivos
3.1.
Objetivo general
Determinar el diseo ptimo de mezcla asfltica superpave utilizando polmeros
SBS y canteras de la zona para la carretera Campo Verde Nueva Requena.
3.2.Objetivos especficos
3.2.1.
Determinar cantera a utilizarse. En funcin a sus caractersticas fsico-mecnicas
y qumicas.
3.2.2.
Determinar de la marca o tipo de polmero a utilizarse en el diseo de la mezcla
superpave.
3.2.3.
Determinar el grado de performance a utilizar en el diseo de mezcla
superpave.
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4.
Marco Terico
4.1.
Bases tericas que sustentan la investigacin.
4.1.1.
Diseo de pavimentos con polmeros
4.1.1.1.
Requerimientos de Informacin
o
Clases de datos requeridos.
o
La importancia de los datos de diseo.
o
La importancia del comportamiento de las mezclas asflticas
modificadas con polmeros SBS.
o
Objetividad y consistencia en diseo de las MAC modificadas.
4.1.1.2.
Requerimientos de datos de inventario
o
Datos requeridos
o
Identificacin de tramos y sectores a lo largo del camino.
o
Obtencin y procesamiento de datos de inventario
4.1.1.3.
Solicitaciones para el diseo
o
Solicitaciones de transito
o Solicitaciones del medioambiente.
o Efectos del trnsito y clima.
4.1.1.4.
Evaluacin estructural
o Caractersticas geotcnicas de la infraestructura vial.
o La deflexin como parmetro de evaluacin.
Medicin de deflexiones con viga Benkelman.
Medicin de deflexiones con equipo Falling Weight
Deflectometer (FWD).
o Mtodos de anlisis estructural de pavimentos
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Mtodo AASHTO 93
Pavimentos asfalticos
Pavimentos de hormign
Mtodo mecanicistas empricos
Pavimentos asfalticos
Pavimentos de hormign
4.2.
Investigaciones relacionadas con el tema.
Horacio delgado alamilla et al. (2005). En el estudio de investigacin Diseo de
mezclas asflticas con la metodologa superpave (nivel 1), efectuado en los laboratorios del
Instituto Mexicano del transporte. Determinan de manera prctica los parmetros y
especificaciones de esta nueva metodologa, abarcando las pruebas a los materiales a utilizar y
la seleccin de la granulometra hasta la utilizacin del compactador giratorio, el cual es una de
las mayores aportaciones de este mtodo de diseo de mezclas asflticas en caliente. Siendo el
fin, no solo mencionar los cambios relevantes con respecto al mtodo Marshall, si no tambin
proporcionar un ejemplo prctico de diseo, estableciendo las variables que ms influyen en el
diseo volumtrico de una mezcla asfltica.
Se concluye con un ejemplo de clculo de diseo de una mezcla asfltica tomando en cuenta 4
pasos fundamentales para la seleccin de diseo:
1.
Seleccin de los materiales
2. Seleccin de la granulometra
3. Seleccin del contenido ptimo de asfalto
4.
Evaluacin de la sensibilidad a la humedad.
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Demostrndose de esta manera su real aplicacin.
Paul Garnica Anguas et al. (2003) en el estudio de investigacin algunos aspectos de la
densificacin de mezclas asflticas con el compactador giratorio; hace una revisin del
compactador giratorio en la metodologa SUPERPAVE para disear mezclas asflticas. Se
ilustra el efecto en la densificacin de factores propios al compactador giratorio, tales como
nmero de giros, nivel de esfuerzo, Angulo de giro y velocidad de rotacin, as como la
influencia de granulometra. Se presentan en especial, mediciones de los esfuerzos de corte
durante la densificacin y se discute con inters, su potencial contribucin a la mejora del
proceso de diseo de mezclas.
El sistema SUPERPAVE desarroll no slo un nuevo equipo de compactacin (compactador
giratorio SUPERPAVE), sino tambin un nuevo sistema de clasificacin de los cementos
asflticos mediante innovadores equipos de ensaye, como la Vasija de Envejecimiento a Presin
(PAV); Remetro de Corte Dinmico (DSR); Remetro de Viga en Flexin (BBR); ensaye de
Tensin Directa (DT), y el mejoramiento de otros como el Viscosmetro Rotacional (RV), y el
Horno de Pelcula Delgada Rotatoria (RTFO).
Luego de las pruebas y ensayos efectuados con el compactador giratorio superpave se llega a
las siguientes conclusiones:
El compactador giratorio es una mquina verstil, redituable y fcil de usar.
La habilidad de modificar los parmetros en forma rpida y eficiente permite determinar las
caractersticas de la compactacin giratoria.
Las caractersticas, determinadas como resultado de la investigacin de la variacin del ngulo
de giro, presin vertical y rotacin se resumen como sigue:
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El valor del porcentaje de vacos logrado por compactaciones para un ciclo especifico, o para
diversos ciclos decrece exponencialmente cuando se incrementa el ngulo.
El valor de porcentaje de vacos alcanzado por compactacin para un ciclo especfico decrece
linealmente con el incremento de la presin vertical y los ciclos requeridos para un porcentaje
de vacos especfico disminuyen exponencialmente ante el incremento de la presin vertical
Las densidades ms altas se produjeron en la granulometra que contiene ms cantidad de
finos (por encima de la zona de restriccin, G2)
Igualmente para ngulos giratorios menores de 0.50o, la compactacin giratoria deja de tener
un efecto significativo tanto en la densificacin de la mezcla asfltica como en el esfuerzo de
corte.
La medicin de la resistencia al corte ofrece un marco potencial en la investigacin de las
caractersticas de las mezclas asflticas. Las conclusiones iniciales se resumen de la siguiente
manera:
La mxima presin de corte se incrementa en forma logartmica con el aumento del ngulo y
se realiza en forma lineal con el incremento de la presin vertical.
La mxima presin de corte se logra dentro de un rango corto de porcentaje de vacos para
todas las mezclas densas y es independiente del ngulo giratorio y la presin vertical
Las propiedades de las mezclas asflticas determinadas como resultado de las pruebas de
compresin, se sintetizan a continuacin:
El valor de esfuerzo mximo logrado por compactacin para los diferentes ngulos giratorios,
se presenta en forma proporcional a la presin vertical del compactador.
Los valores mximos del mdulo E50 para las diferentes cargas mximas de la prueba de
compresin simple, se incrementan en forma lineal cuando se aumenta la carga mxima.
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Paul Garnica Anguas et al. (2005) en el estudio de anlisis comparativo de los mtodos
de Marshall y superpave para compactacin de mezclas asflticas; realiza una comparacin de
dos mtodos de diseo como, son el mtodo Marshall y el mtodo Superpave. Se hace nfasis
en los antecedentes de ambas metodologas y en las propiedades volumtricas de las mezclas
asflticas compactadas; en forma conjunta se realiza un ensayo de desempeo de la mezcla
asfltica mediante el Analizador de Pavimentos Asflticos (APA), el mismo que se utiliza para
evaluar la susceptibilidad da la mezcla a la deformacin permanente.
Las conclusiones de este trabajo se resumen a continuacin:
Que a metodologa Superpave ha demostrado tener importantes avances en lo que se refiere a
la seleccin del ligante asfltico; las mezclas de agregados; y la compactabilidad de la mezcla
asfltica. Por otro lado una ventaja que puede mencionarse al mtodo Marshall es la gran
versatilidad de su equipo para llevar a cabo acciones de control de calidad en campo.
Que para la mezcla asfltica en estudio, la variacin entre los contenidos de asfalto
determinados por los mtodos Superpave y Marshall parece ser independiente tanto del valor
de vacos de aire, como del contenido de asfalto. Se obtuvo un valor de d(CA) de
aproximadamente 0.4% para el rango de vacos de aire en estudio, lo que implica que las curvas
Va-%CA permanecen casi paralelas cuando menos dentro de este rango.
En el mtodo Marshall, el tipo de ligante puede ser determinante en la seleccin del contenido
ptimo ya que existen otros parmetros que influyen en el diseo, como la estabilidad y el flujo;
pruebas que se llevan a cabo a 60oC independientemente del tipo de ligante asfltico que se
utilice.
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Que mediante la determinacin de Neq para la mezcla en estudio, se puede observar que el
mtodo Marshall podra no estar simulando adecuadamente la densificacin producida por el
trnsito esperado en la vida de servicio, lo que tendera a dar lugar a mezclas potencialmente
susceptibles a presentar deformaciones permanentes, y con contenidos de asfalto mayores a los
requeridos encareciendo las obras de pavimentacin.
Manuel Elias M.P (2013) en su tesis comportamiento de una mezcla asfltica
modificada con polmero etileno vinil acetato (EVA), efecta ensayos para caracterizar las
propiedades de los materiales utilizados en el diseo de mezcla convencional y modificada
como son Marshall, Cntabro, Tensin indirecta y Mdulo Dinmico Elstico; demostrando
que el ltimo ensayo es el ms representativo de la investigacin ya que mide las deformaciones
de las mezclas a diferentes temperaturas mediante tecnologa moderna COOPER
TECHNOLOGY (CRTHYD25- II).
Los resultados obtenidos muestran mejoras significativas en las propiedades de la mezcla
asfltica el cual le permiti concluir que la incorporacin del polmero EVA dentro de una
mezcla convencional le da caractersticas de durabilidad e incrementa sus propiedades fsico-
mecnicas para disminuir el deterioro y daos viales producidos por cargas de trfico. Tal es
as que la mezcla modificada ptima de la investigacin qued constituida por 60 por ciento
de agregado grueso, 40 por ciento de agregado fino, 6,3 por ciento de asfalto y 3 por ciento de
polmero EVA (en peso de asfalto) .
Se determin tambin que porcentajes de adicin de polmeros mayores al cinco por ciento no
muestran resultados satisfactorios.
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Crespin Molina R. A. et al.(2012) en su tesis aplicacin del mtodo Marshall y
granulometra superpave en el diseo de mezclas asflticas en caliente con asfalto clasificacin
grado de desempeo; realizan un diseo de mezcla asfltica con el mtodo Marshall para el
anlisis de estabilidad, flujo y dems propiedades volumtricas que se analizan en una mezcla
asfltica, por otra parte el mtodo SUPERPAVE emplean en el diseo de la estructura granular
de la mezcla y respecto al grado del asfalto a utilizar determinan en base a las temperaturas
promedio mnimas y mximas, obteniendo que tipo de PG (Grado de Desempeo) es el ms
apropiado para asegurar un desempeo adecuado para resistir deformaciones o agrietamientos
por temperaturas bajas o por fatiga, en condiciones de trabajo que se han correlacionado con
ensayos especiales y simulaciones de envejecimiento a corto y a largo plazo.
Como objetivos principales del estudio esta determinar las proporciones adecuadas de
agregados ptreos que constituiran la mejor combinacin granulomtrica para el diseo de la
mezcla asfltica. El grado PG apropiado. Disear el contenido ptimo de asfalto, elaborar las
mezclas de prueba en laboratorio y ensayar las mezclas mediante el mtodo Marshall.
Concluyen con su investigacin estableciendo la proporcin de agregados a utilizar mediante
la especificacin Superpave para agregado de tamao mximo nominal de , respetando las
limitaciones impuestas por la misma como puntos de control y zona restringida. Llegando a la
combinacin granulomtrica grava 35%, grava 20% y arena 45%.
Determinan el grado del asfalto clasificacin PG (Grado de Desempeo) en base al mtodo de
la temperatura del aire para la estacin meteorolgica de Ilopango por su cercana al rea
metropolitana de San Salvador, para lo cual emplearon registros no menores de 20 aos de
temperaturas mximas y mnimas del pas, proporcionados por el SNET de todas las estaciones
meteorolgicas. Determinando un grado de asfalto PG 70-10 que se adecua a la mayor parte
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del territorio nacional de el Salvador. Al final emplean asfalto grado PG 64-22 que comercializa
Alba Petrleos para el pas. Pero con una confiabilidad del 50% para el mtodo de seleccin
del ligante empleado.
Evaluando la mezcla diseada con la combinacin de agregados propuesta (grava 35%,
grava 20% y arena 45%) yen base a los dems parmetros obtenidos de los agregados tales
como granulometras individuales y combinada, absorcin y procedencia; se determin el
contenido optimo terico de asfalto el cual resulto de 5.0%.
De acuerdo a la proporcin de agregados elaboraron las mezclas de prueba con la metodologa
Marshall, para evaluar los puntos con un porcentaje de ligante asfaltico de 4.0%, 4.5%, 5.0%,
5.5% y 6.0% que fueron determinados en base al contenido optimo terico de asfalto.
Ensayaron la mezcla compactada (briquetas) segn la metodologa Marshall para determinar
los parmetros de estabilidad y flujo, densidad bulk; siendo esto complementado por el ensayo
de terica mxima a una mezcla suelta para el anlisis de vacos. Obteniendo as los datos
necesarios para ser comparados con las especificaciones para trafico alto que establece el
Instituto del Asfalto siendo el resultado final que para una mezcla con la proporcin de
agregados propuesta y un contenido ptimo de asfalto de 5.8% se cumple con los parmetros
antes mencionados, observando adems resultados satisfactorios y una apreciable disminucin
de la estabilidad de la mezcla. Es decir, una mezcla superpave caracteriza mejor el
comportamiento futuro de las mezclas asflticas. Estos resultados obtenidos son solamente al
nivel 1 del diseo de mezcla superpave. Pues las superiores an siguen en investigacin.
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Rodrguez Valdivia F.A.W (2008) en su tesis anlisis de pavimento asfaltico modificado
con polmero; realiza un estudio de dosificacin de concreto asfltico convencional en caliente
y un concreto asfltico modificado con polmero en caliente, ambos con un tamao mximo de
20 mm. (3/4) de los ridos para trnsito pesado. Describe los procesos de identificacin de las
muestras, granulometras, constantes fsicas e hdricas, dosificacin de los ridos en peso,
caractersticas de la mezcla, parmetros Marshall y confecciona la mezcla de trabajo.
El principal objetivo de esta investigacin fue realizar un anlisis comparativo entre el asfalto
convencional versus el asfalto modificado con polmeros, utilizando especficamente el ensaye
Marshall. Cuyos objetivos especficos fueron ensayar la estabilidad de los pavimentos, para
determinar si su durabilidad en el tiempo es mayor, bajo condiciones normales de uso. Ensayar
la fluidez del pavimento para determinar si es menor la de los asfaltos modificados con
polmero. Realizar los ensayos de compresin a probetas con asfalto convencional y con
polmero.
Para lo cual efecta los ensayos requeridos de acuerdo a la norma correspondiente, tanto para
la mezcla convencional y modificada con polmeros.
Concluyendo que las mezclas asflticas elaboradas con asfaltos modificados posee un mejor
comportamiento que las mezclas elaboradas con asfalto convencional, tal como se esperaba, ya
que la finalidad de modificar los asfaltos es mejorar sus propiedades.
Los asfaltos modificados con polmeros, tienden a volver a su posicin original una vez que se
retira el esfuerzo de tensin a que haban sido sometidos.
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Los asfaltos modificados con polmero, tienen una mayor capacidad de mantener su forma bajo
las presiones a los cuales son sometidos.
La densidad es el grado de solidez que se puede alcanzar en una mezcla dada y que slo est
limitado por la eliminacin total de los vacos que se encuentran entre las partculas de la masa,
en el asfalto modificado con polmero se alcanza una densidad mayor que en el asfalto
convencional, pero aun as est muy por debajo de la densidad mxima de la mezcla (Dmm).
El ensayo de compresin de probetas no es determinante para el anlisis comparativo que se ha
realizado, debido a que en ambos asfaltos la compresin se produce cuando los ridos se
comprimen. Ya que una de las principales cualidades del asfalto es que es un pavimento
flexible. La carga mxima que soporta el asfalto se mide en el ensaye Marshall, especficamente
en la estabilidad.
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Variable
IndependienteDefinicin Indicadores Instrumentos
Polmeros en
el asfalto
Consiste en la adicin
de polmeros a los
asfaltos
convencionales con el
fin de mejorar sus
caractersticas
mecnicas, es decir,
su resistencia a las
deformaciones por
factores
climatolgicos y del
trnsito.
Influencia del clima en el
comportamiento de un pavimento.
Ensayo de la rueda cargada y el medidor de
ahuellamiento de la rueda cargada
Trfico vehicular.
Conteo vehicular en la zona de estudio. Del cual
depender el tipo de mezcla y/o la resistencia
estructural del pavimento.
Resistencia del pavimento.
Es el conjunto de ligante asfaltico, agregado
petreo, filler y el polmero adecuado que
determinara la mezcla optima de asfalto superpave
Caractersticas fsico-mecnicas. Mediante ensayos superpave a la mezcla asfltica
modificada tales como el ensayo MSCR
Tipo de polmeros. Para el presente trabajo se utilizara el polmero
SBS
Desventajas de usar polmeros.
Su alto costo y el grado de temperatura muy alto
para mezclar los polmeros con el asfalto
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Variable
dependienteDefinicin Indicadores Instrumentos
Mezcla
asfltica en
caliente
se define como mezcla
asfltica en caliente la
combinacin de un
ligante
hidrocarbonado,
agregados incluyendo
el polvo mineral y,
eventualmente,
aditivos, de manera
que todas las
partculas del
agregado queden muy
bien recubiertas poruna pelcula
homognea de ligante
.
Tiempo de vida til del pavimento.
Est en funcin del porcentaje ptimo delpolmero SBS que contendr la mezcla asfltica.
Compatibilidad del material
asfaltico
Se determinara la cantidad y/o porcentaje de
asfaltenos aromticos y/o aceites que contiene el
asfalto. Y en base a ello se determinara la
compatibilidad con el tipo de polmero
Mejorar las caractersticas fsico
mecnicas de la mezcla asfltica.
Con la adicin adecuada del polmero SBS. El
cual se estar determinando en laboratorio y su
aplicacin prctica. Utilizando los equipos de
ensayo modernos para diseo de mezclassuperpave.
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Metodologa de la Investigacin
5.1.
Tipo de Investigacin
Alcance correlacional:
Este tipo de estudios tiene como propsito conocer la relacin que
exista entre dos o ms conceptos, categoras o variables en un contexto en
particular (Hernndez Sampieri, Fernndes Collado & Baptista Lucio, 2006).
Es por ello, que en la presente investigacin se busca relacionar las
variables independientes y dependientes. Para el presente trabajo de
investigacin se determina como variable independiente el polmero y la
variable dependiente la mezcla asfltica.
5.2.Diseo de la Investigacin
Investigacin experimental:
La investigacin es experimental porque pretende determinar el porcentaje
ptimo de polmero SBS para la mezcla asfltica superpave. Mediante ensayos
tales como MSCR (Multiple Stress Creep and Recovery). El cual permite
determinar dos parmetros de importancia que son, el cociente entre la
deformacin no recuperable y la carga aplicada (Jnr) y el porcentaje de
recuperacin de la muestra para cada ciclo ().
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Referencias Bibliogrfica
Delgado Alamilla H. et al. (2013). Diseo de las mezclas asflticas con la
metodologa superpave (nivel 1). Instituto Mexicano del Transporte,
01-07.
Garnica Anguas Paul et al. (2003). Algunos aspectos de la densificacin de
mezclas asflticas con el compactador giratorio.Instituto Mexicano del
Transporte publicacin tcnicaN 228, 001-069.
Garnica Anguas Paul et al. (2005). anlisis comparativo de los mtodos Marshall
y superpave para compactacin de mezclas asflticas. Instituto
Mexicano del Transporte publicacin tcnicaN 271, 001-062.
Manuel Elias M.P (2013) Comportamiento de una mezcla asfltica modificada
con polmero etileno vinil acetato (Tesis de ttulo profesional).
Universidad Central del Ecuador.
Crespin Molina R. A. et al. (2012) Aplicacin del mtodo Marshall y
granulometra superpave en el diseo de mezclas asflticas en caliente
con asfalto clasificacin grado de desempeo (Tesis de ttulo
profesional). Universidad de el Salvador.
Rodrguez Valdivia F.A.W (2008) Anlisis de pavimento asfaltico modificado con
polmero(Tesis de ttulo profesional). Universidad Austral de Chile.
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Hernndez Sampieri, R., Fernndez Collado, C. & Baptista Lucio, P. (2006).
Metodologa de la investigacin. Mxico: McGraw-
Hill/Interamericana.