UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE ING. CIVIL – SISTEMAS E INFORMATICA

INFORME DE INVESTIGACION 2005 - PIC. FI. 020-2005.INFORME DE INVESTIGACION 2005 - PIC. FI. 020-2005.

TITULO: “SOLUCIONES ASFALTICAS EN LA CONSTRUCCION DE LOS PAVIMENTOS EN EL DISTRITO DE NUEVO CHIMBOTE”.

EQUIPO INVESTIGADOR:Ing. Felipe Villavicencio González Ing. Abner León Bobadilla.Ing. Pol Rain Aguilar Olguín

CHIMBOTE -PERU

INFORME DE INVESTIGACIÓN

I. ASPECTOS INFORMATIVOS:

1. TITULO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN. “SOLUCIONES ASFALTICAS EN LA CONSTRUCCION DE LOS

PAVIMENTOS EN EL DISTRITO DE NUEVO CHIMBOTE”.

2. PERSONAL INVESTIGADOR. Ing. Felipe Villavicencio González Ing. Abner León Bobadilla. Ing. Pol Rain Aguilar Olguín .3. TIPO DE INVESTIGACIÓN

Cuasi-Experimental 4. CODIGO PIC. FI. 020-2005.PIC. FI. 020-2005.

5. LOCALIDAD E INSTITUCIÓN DONDE SE DESARROLLARA EL PROYECTO.

Universidad Nacional del Santa-Esc. Académico Profesional de Ingeniería Civil.

6. DURACION ESTIMADA DEL PROYECTO. 12 meses.

II. MATRIZ DE LA INVESTIGACIÓN.2.1. TITULO:

“Soluciones Asfálticas en la Construcción de los Pavimentos en el Distrito de Nuevo Chimbote ”.

2.2. IntroducciónLa Municipalidad Distrital de Nuevo Chimbote viene

desarrollando programas de construcción y rehabilitación de la infraestructura vial específicamente pavimentaciones del tipo flexibles, es decir con asfalto RC-250, los cuales tienen una importancia económica y social por lo tanto deben evaluarse en concordancia con estos beneficios económicos y sociales.

Se plantea que en las futuras obras de pavimentación y repavimentación se utilice Emulsiones asfálticas dentro del diseño de la estructura del pavimento en reemplazo de asfalto RC-250 y de esa forma reducir los costos por metro cuadrado de área asfaltada en la red vial de Nuevo Chimbote, específicamente la faja de rodadura a fin de lograr con los mismos presupuestos una mayor cantidad de área pavimentada trayendo como consecuencia un mejoramiento de la vida del poblador , solucionando en parte de sea manera el sector transporte a nivel urbano , otorgándole al distrito la categoría de ciudad moderna.

2.3. Formulación del problema

En que medida los Pavimentos de Emulsiones Asfálticas y/o de Asfalto RC-250, solucionaran el problema de la falta de pavimentación de las calles en el Distrito de Nuevo Chimbote, trayendo como consecuencia la elevación del Status de vida de la población, teniéndose en cuenta el bajo costo de en su Construcción.

2.4. Fundamentos del problema de investigación• En el desarrollo del presente trabajo de

investigación enfocaremos situaciones que permitan mostrar el panorama de cómo las calles del Distrito de Nuevo Combote se encuentran Polvorientas (Arenales), trayendo como consecuencia una serie de factores negativos para la población.

• El alto costo de los pavimentos ya sean sean estos de Asfalto RC-250 en frió y o en caliente nos lleva a investigar una alternativa de solución, teniéndose en cuenta que en otras latitudes del planeta se viene aplicando a los tratamientos Superficiales las denominadas Emulsiones Asfálticas.

2.5. Objetivos2.5.1 Objetivo GeneralDescribir y evaluar las características de las

calles en el Distrito de Nuevo Chimbote, en lo referente a Pavimentación y proponer alternativas de

solución.2.5.2 Objetivos Específicos

Evaluar el estado actual de las calles del Distrito de Nuevo Chimbote en lo referente a

Pavimentación.

Determinar la aplicabilidad de un pavimento durable, cómodo y económico, realizando una evaluación técnica y económica entre las pavimentos con RC-250 y Emulsiones Asfálticas.

2.6 HIPOTESIS

“Si se diseña y se ejecuta las Metodologías adecuadas para el uso de las Soluciones Asfálticas en reemplazo del Asfalto RC-250 en el Distrito de Nuevo Chimbote; entonces se reducirán los costos de Construcción”.

2.7 IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIOGeneralmente Cuando se realizan construcciones

con Asfalto y/o pavimentos rígidos o de Concreto, aparentemente el costo es muy elevado, por lo que conlleva a las entidades publicas a disminuir el numero de M2 de construcción de pavimentación en el Distrito y por ser el mismo de reciente creación es que la mayoría de sus calles se encuentran sin pavimentación ni veredas , que conlleva a una serie de incomodidades a la población e inclusive a la proliferación de enfermedades por la contaminación del polvo ,que se produce al paso de los vehículos.

Con el desarrollo de este proyecto de Investigación se trata de solucionar el problema de pavimentación de las calles en el Distrito en estudio, determinando la utilización de un pavimento durable y económico, trayendo como consecuencia un mayor numero de calles pavimentadas y por ende la elevación del Status de nivel de vida de los Habitantes.

III. DEFINICION DE TERMINOS.

Pavimentos Asfálticos

Los Pavimentos Asfálticos de carreteras están formados por un conjunto de capas superpuestas, relativamente horizontales y de varios centímetros de espesor, de diferentes materiales, adecuadamente compactados, que se apoyan sobre una explanada obtenida por el movimiento de tierras.

Los Pavimentos deben proporcionar una superficie de rodadura segura, cómoda y de características permanentes que soporten las cargas del tráfico durante un período de tiempo determinado. Deben repartir las presiones impuestas por el tráfico pesado, de forma que a la explanada sólo llegue una pequeña parte de aquellas, compatible con su capacidad de soporte y además deben proteger a la explanada de la intemperie y en especial de las precipitaciones.

Mezclas bituminosasLos pavimentos flexibles son los más

utilizados actualmente en el Perú, por lo tanto, las mezclas bituminosas tienen una gran importancia, no solo por los grandes volúmenes que se utilizan en su construcción sino por el alto valor que tienen y por que los usuarios transitan directamente sobre ellas. Las mezclas bituminosas son empleadas en los pavimentos flexibles para formar las capas de rodadura o las capas intermedias, y en los pavimentos semiflexibles se utilizan además como capas de base.

Las mezclas bituminosas, también llamadas aglomerados bituminosos, están formadas básicamente por una combinación de áridos y un ligante hidrocarbonado, de manera que las partículas quedan cubiertas por una película continua de betún.

En éste trabajo nos centraremos básicamente en las Emulsiones Asfálticas, cuyo proceso en nuestro país no están difundido ni mucho menos utilizado o aplicado.

Las Emulsiones

Podemos definir una emulsión como una dispersión fina más o menos estabilizada de un líquido en otro, los cuales son no miscibles entre sí y están unidos por un emulsificante, emulsionante o emulgente.

Las emulsiones son sistemas formados por dos fases parcial o totalmente inmiscibles, en donde una forma es la llamada fase continua (o dispersante) y la otra la fase discreta (o dispersa).

Esto puede apreciarse en la Figura siguiente, en donde se muestra un dibujo esquemático de una emulsión.

Fase Discreta o Dispersa Fase Continua o Dispersante

Diagrama esquemático de una emulsión

EmulsificantesLos emulsificantes son compuestos orgánicos de

peso molecular relativamente elevado, tienen una parte hidrofóbica (generalmente es una cadena hidrocarbonada ya sea lineal o cíclica) que es soluble en el medio orgánico (en nuestro caso en el asfalto) y una parte hidrofílica (generalmente es un grupo polar de tipo orgánico o inorgánico), soluble en el medio acuoso.

Los emulsificantes están compuestos generalmente por un radical alkilo R el cual es hidrofóbico y un componente hidrofílico, que se encuentran saponificados y con el contacto con el agua se disocian, quedando con cargas negativas o positivas según el tipo de emulsificante.

Las Emulsiones Asfálticas

En el caso de emulsiones asfálticas, los líquidos no miscibles son el agua y el asfalto. Adicionalmente se tiene el emulgente el cual se deposita en la interface entre el agua y el asfalto y estabiliza la emulsión; éste depende del tipo de emulsión que se requiera.

Las emulsiones del tipo asfáltico aparecieron en el mercado a principios del siglo XX en diferentes lugares y con usos muy diversos. A principios de 1900 (en 1905) se empleó por primera vez una emulsión asfáltica en la construcción de carreteras en la ciudad de Nueva York; La Emulsión Utilizada es del Tipo Aniónica y se empleó en lugar de los usuales caminos fabricados con material pétreo, como una alternativa para evitar el polvo cuando transitaban los vehículos.

IV. Requisitos de Calidad para Emulsiones Asfálticas.

Las emulsiones asfálticas deben de satisfacer los requisitos de calidad respectivos teniendo en cuenta el tipo de emulsión, sean estas emulsiones asfálticas aniónicas o emulsiones asfálticas catiónicas

Clasificación del Material PétreoDebido a que el rompimiento de la

emulsión asfáltica se lleva a cabo por la interacción química de ésta con el material pétreo, es necesario conocer el tipo de material pétreo que se tiene, para determinar el tipo de emulsión asfáltica más apropiada. La clasificación de las rocas tiene en cuenta la proporción en sílice que contienen: ácidas, son las que tienen más del 66 por ciento de dióxido de silicio (Si O2); intermedias, las que contienen entre 52 y 66 por ciento del mismo mineral y básicas, las que contienen menos del 52 por ciento. En la tabla siguiente se muestran rocas representativas de estos grupos.

Clasificación de Material Pétreo por su Contenido de Sílice

Rocas Acidas Rocas Intermedias

Rocas Básicas

Granitos

Granodiorita

Granito Porfido

Riolita

Dracita

Diorita Traquita

Traquiandesita

Diorita

Andesita

Fonolita

Gabro

Basalto

Peridotita

Piroxenita

Diabasa

Dolerita

Materiales en la fabricación de un PMF.Los PMF (Mezclas Bituminosas en frió)

son preparados con agregados triturados (piedra chancada), arena, emulsión y agua. Existen PMF abiertos, semi densos, dependiendo de la granulometría adoptada.

En forma general los PMF para regularización, refuerzo o base son PMF abiertos, admitiéndose también los semi densos. Para los tratamientos superficiales es que usamos los PMF densos. Los agregados para PMF deben ser limpios, duros, exentos de arcilla y presentar una forma lo mas cúbica posible.

Dentro de las granulometrías óptimas para una mezcla PMF tenemos:

GRANULOMETRÍAS ÓPTIMAS PARA UNA MEZCLA PMF PARA CAPAS DE BASE Y REFUERZO (% PASANDO)

TAMICES B1-(bs-621) II Y IA A DER/SP A DER/SP Abierta PMSP

2”

1 ½”

1”

¾”

½”

3/8”

¼”

Nº4

Nº8

Nº10

Nº200

100

70-100

45-65

35-50

25-40

-

5-20

0-5

-

-

0-3

-

100

70-100

50-80

-

25-60

-

10-30

5-20

-

0-4

-

100

70-100

50-80

-

-

-

10-30

-

5-20

0-4

-

-

100

70-100

-

35-60

-

15-36

5-20

-

0-4

-

100

83-100

-

40-70

-

-

0-20

0-5

-

-

-

% de

EMULSION 3-5 3-6 3-6 3-6 3-6

PARA CARPETA DE RODADURA (% PASANDO)

TAMICES M1 R1 R2

¾”

½”

3/8”

¼”

Nº4

Nº8

Nº10

Nº200

100

50-100

25-60

20-40

12-35

5-15

-

0-3

100

60-100

35-60

30-50

20-35

5-20

3-12

0-3

-

100

55-100

35-60

20-35

5-20

35-12

0-3

% DE EMULSION 6-7 6-7 6-7

V. ESTUDIOS EXPERIMENTALES:Método de diseño para mezclas PMF

Todavía no existe un método consagrado para el diseño de PMF, lo que se esta haciendo actualmente son adaptaciones del método marshall para mezclas en frió y abiertas. Un expediente que parece ser común es la sustitución de la fracción retenida en la malla de 1” por igual porcentaje de material pasando en la malla de 1” y retenido en la malla ¾”.

El método utilizado es el siguiente:• Selección de la granulometría adecuada para el fin a que se

destina la mezcla. Si hubiese material retenido en la malla de 1”, haremos la sustitución descrita anteriormente. La selección de agregado exentos de polvo, acompañan una granulometría que no permite mas del 60% pasando en la malla Nº10, nos va a reducir la cantidad de solvente a un mínimo necesario compatible con su mezcla y el envolvimiento de los agregados.

• Utilizando la formula de “Duriez” calculamos el contenido teórico de emulsión para la mezcla.

• Hacemos tres o cuatro mezclas con contenidos variando en torno del contenido teórico. La variación de los contendidos para cada mezcla será de 0.5% a 1% de emulsión.

• SE deja curar hasta perder aproximadamente 50% de agua (agua de emulsión, agua adicionada, si fuese el caso), o cuando la masa pasa de marrón a negro.

• Se moldean los testigos con 75 golpes por fase, en las condiciones anteriores de 50% de Humedad.

• Se deja en la estufa a 60º, durante más o menos 36 horas hasta la constancia de peso. También se puede obtener la constancia de peso utilizándose un ventilador,cerca ca de 48 horas dentro del molde.

• Se retira de la estufa y se deja hasta que tenga la temperatura ambiente. En ese momento retiramos el testigo del cilindro.

• Volvemos con el testigo, ahora deformado, para la estufa y dejamos durante una hora a 35ºc.

• SE lleva a la prensa y se rompe en estas condiciones: 35ºc sin inmersión.

• Para el calculo de la densidad aparente es necesario parafinar el cuerpo de prueba (testigo), debido a la cantidad de vacíos normalmente existentes.

VI. FORMULA PARA EL DISEÑOSegún el profesor Duriez, la superficie especifica de un

agregado de una granulometría determinada (por ejemplo de 25/50 mm., piedra 5/10 mm., arena o filler) es dada por la formula aproximada:

M2 /Kg. = 2.5/ (D.d)Donde: D= Diámetro de los elementos mayores.

d= Diámetro de los elementos menores.Basado en esta formula experimental, el profesor Duriez dio los siguientes valores:

• Piedras G (10 – 20 mm)…………………………….. 0.17 m2/Kg.• Piedras g (5 – 10 mm)………………………………. 0.33 m2/kg.• Piedras G (0.315 – 5 mm)………………………… 2.30 m2/Kg.• Piedras S (0.080 – 0.315 mm) …………………….. 12.00 m2/Kg.• Piedras s (0.005 – 0.080)……………………………135 m2/Kg.

Donde la formula conocida bajo el nombre de “FORMULA POLINOMICA DE DURIEZ”, que es la formula para la superficie específica:

100 = 0.17G + 0.33g + 2.30S + 135.00F = E

El contenido del ligante es después calculado por la siguiente formula:

L % = K (E)1/4

Donde K= Modulo de Rigidez

K = 3.75…………… Para concreto asfáltico.

K= 4 a 4.25 ……….Para PMF

L = Contenido de ligante, por lo tanto deberá ser corregido cuando se usa emulsión.

VII. RESULTADOSResumen de Diseño de Pavimentos

METODO

ESPESOR

Capa de Rodadura

Base Total

Wyoming 2”

(5 cm.)

6.8”

(17.3 cm)

8.8”

(22.4 cm)

CBR 2”

(5 cm.)

7.5”

(19 cm)

9.5”

(24 cm.)

Inst. del Asfalto

2”

(5 cm.)

7”

(17.8 cm)

9” (22.80cm)

Resumen de Costos por m2 de los diferentes tipos de Carpetas Asfálticas.

Tipo de Carpeta Asfáltica

Precio por m2 (En S/.)

Carpeta Asfáltica en Frió S/.25.30

Carpeta Asfáltica en Caliente

S/.28.59

Carpeta Asfáltica con Emulsión

S/.22.85

CONCLUSIONES

* Se determino que la estructura del pavimento tendrá un espesor de 25 cm. Esto con los materiales de las canteras de San Pedrito, Lorena Paola De los cuales 5.00 cm. corresponde a la capa de rodadura.

* Al elaborar el Análisis de costos Unitarios de las diferentes capas de rodadura respecto al tipo de Bitumen utilizado se determino que la Emulsión Asfáltica es la mas recomendable para la ejecución de la pavimentación de las diferentes calles y/o avenidas para el Distrito de Nuevo chimbote.

SUGERENCIAS

Se sugiere que al momento de realizar la ejecución de una obra Vial( pavimentación con Emulsión Asfáltica) esta sea realizada con Emulsión Asfáltica en Frió del tipo EMULSION ASFALTICA CATIPONICA DEL TIPO RM. Y en caso de utilizar otras canteras que no sean las del estudio del presente trabajo se deberá realizar nuevos estudios para determinar el tipo de Emulsión a utilizar.