Título del Proyecto: ASFALTO MODIFICADO CON POLÍMEROS EN EL DISTRITO DE NUEVA CAJAMARCA 1! DESCRIPCION DEL PRO"ECTO 11 1
S#tu S#tu$$c# c#% %& 'ro 'ro(le (le)*t# )*t#c$ c$
Las carreteras en Nueva Cajamarca ocupan un lugar muy importante dentro de su infraestructura debido a que contribuyen al desarrollo del distrito, es por ello necesario darles el mantenimiento adecuado para alargar su vida útil, es así que nos hemos centrado en el asfalto con polímeros pues somos conscientes que contamos con infraestructuras que en un lapso de tiempo corto ya presentan deformaciones y fisuramientos. A diferencia diferencia de los dems asfaltos queremos resaltar el efecto principal de a!adir polímeros en el asfalto es el cambio en la relaci"n viscosidad#temperatura permitiendo mejorar de esta manera el comportamiento del asfalto tanto a bajas como a altas temperaturas. $n nuestra regi"n %an &artin, en el 'istrito de Nueva Cajamarca, puede observarse fcilmente un creciente aumento en el volumen de trnsito así como el hecho de que los pavimentos fle(ibles, por un inadecuado clculo en el dise!o o por el uso de materiales de una calidad menor a la requerida, presentan fallas y deficiencias estructurales en muchas de sus vías en un periodo de tiempo menor al de su vida útil, adems los agentes del intemperismo como las lluvias y la falta de compromiso y buen manejo de recursos por parte del )obierno distrital crean un serio problema para la durabilidad de los pavimentos fle(ibles. *inalmente nos proponemos poner en prctica la aplicaci"n de un dise!o de pavimento fle(ible convencional de base granular teniendo en consideraci"n un estudio de los factores de dise!o dise!o para que el dise!o dise!o sea el correcto y a su ve+ se obtenga como resultado un comportamiento estructural "ptimo para que la vía sea resistente y duradera.
1+ PRO,LEMA
1+1 Pro(le)$ -e&er$l 'e qu- manera la e.$lu$c#%& de l$/ 'ro'#ed$de/ de lo/ 'olí)ero/
#&0luye e& l$ c$l#d$d de $/0$lto e& lo/ '$.#)e&to/ de d#/tr#to de Nue.$ C$$)$rc$ 1++ Pro(le)$/ e/'ecí0#co/ •
C"mo obtener las características físico#mecnicas de asfaltos
•
modificados con polímeros 'e qu- manera establecer la utilidad del asfalto modificado con polímeros con respecto al asfalto convencional C"mo reconocer las dificultades del asfalto modificado con polímeros con respecto al asfalto convencional
12 JUSTIFICACI3N 121 Ju/t#0#c$c#%& Te%r#c$
Las me+clas aumentan la resistencia a la deformaci"n, a los esfuer+os de tensi"n repetida y, por lo tanto a la fatiga, reducen el agrietamiento, así como la susceptibilidad de las capas asflticas a las variaciones de temperatura.
$l presente trabajo de investigaci"n se reali+" con el fin de evaluar las características físico#mecnicas de los asfaltos modificados con polímeros. %e reali+" tomando en cuenta las $specificaciones )enerales para Construcci"n de Carreteras y /uentes 0011 a!o 2334 de la 'irecci"n )eneral de Caminos, específicamente la secci"n 544 6Asfaltos modificados7.
12+ Ju/t#0#c$c#%& Pr*ct#c$ Las carreteras ocupan un lugar muy importante dentro de la infraestructura debido a que contribuyen al desarrollo del país, por ello es necesario darles el mantenimiento adecuado para alargar su vida útil, utili+ando como muestra l as vías de la ciudad de Nueva Cajamarca. Cada polímero a!adir una propiedad diferente al asfalto de acuerdo a la finalidad del pavimento ya que la elecci"n del polímero depende de las circunstancias tales como trfico, temperatura, tipo de terreno, etc.
$sta investigaci"n es importante, en ra+"n de que es necesario estudiar y mejorar la preparaci"n, cuanto tambi-n el uso y la durabilidad de los pavimentos, obteniendo me+clas resistentes a las deformaciones permanentes y fisuramientos , para lo cual se requiere la modificaci"n de estas con la adici"n de elementos , como el polímero $8A que mediante una correcta dosificaci"n presentaran mayores ventajas que los asfaltos convencionales de uso intensivo en nuestro medio y en las carreteras y caminos a nivel nacional ,adems que por la gran demanda de viajes vehiculares ,las superficies se deterioran con mucha facilidad . $l uso de estos polímeros en el asfalto tiene como fin mejorar las características mecnicas de estos9 es decir, su resistencia a las deformaciones por factores climatol"gicos y del trnsito. $s cada ve+ mayor el dilema: para lograr menores deformaciones y por consiguiente mayor rigide+, los porcentajes de asfalto en las me+clas deben disminuir, pero por otra parte para lograr menores fisuraciones de los porcentajes deben aumentar.
122 Ju/t#0#c$c#%& Metodol%-#c$ La investigaci"n abarca desde la caracteri+aci"n de los materiales, el dise!o y estudio de las propiedades mecnicas de las me+clas asflticas mejoradas con polímero $tileno 8inil Acetato, y la evaluaci"n de las mejoras en la vida útil del pavimento. /ara el mejoramiento de las me+clas asflticas se estudiara la incorporaci"n del polímero en el ligante asfltico. /ara llegar a obtener la me+cla "ptima se proceder de la siguiente manera: 'eterminar las propiedades físicas y mecnicas delegante asfltico mediante los ensayos 8iscosidad, /enetraci"n, /unto de ;eblandecimiento, 'uctilidad, /-rdida por calentamiento, /unto de 1nflamaci"n, $nsayo de la & ancha y /eso $specífico, los cuales sern reali+ados con sus respectivas normas. 'eterminar las características y propiedades de los agregados a utili+arse reali+ando los ensayos como son: /orcentaje de Caras *racturadas, /artículas Alargadas y /lanas, $quivalente de Arena, Abrasi"n, /eso $specífico,
Absorci"n y )ranulometría los mismos que sern reali+ados con sus respectivas normas. %e dise!ara una me+cla asfltica convencional sin ninguna adici"n de polímero por el &-todo &arshall, la cual servir de base para las posteriores modificaciones y obtener el porcentaje "ptimo de asfalto.
Luego se proceder a reali+ar el ensayo de peladura el mismo que nos permitir evaluar si es o no necesario la utili+aci"n de algún de aditivo de adherencia.
14 O,JETIVOS 141 O(et#.o 5e&er$l E.$lu$r l$/ 'ro'#ed$de/ de lo/ 'olí)ero/ y /u #&0lue&c#$ e& l$ c$l#d$d de $/0$lto e& lo/ '$.#)e&to/ de d#/tr#to de Nue.$ C$$)$rc$ 14+ O(et#.o/ E/'ecí0#co/ •
'eterminar las características físico#mecnicas de asfaltos modificados con
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polímeros. 1dentificar ventajas del asfalto modificado con polímeros con respecto al
•
asfalto convencional. 1dentificar desventajas del asfalto modificado con polímeros con respecto al asfalto convencional.
16 DELIMITACI3N 161 Del#)#t$c#%& e/'$c#$l:
%e desarrollara el proyecto de investigaci"n en el distrito de Nueva Cajamarca, provincia#;ioja, departamento >%an &artin, sector las &alvinas
16+ Del#)#t$c#%& te)'or$l: $l proyecto tendr una duraci"n de cuatro meses, comen+ar el 32 de abril al 32 de julio de 234?
II M$rco Te%r#co +1 A&tecede&te/ Loc$l: 6;ita, @uan Brefeld#23437 para optar el titulo de 1ngeniero Civil, desarrollado en la /eru. =eniendo como objetivo general: D. Llegando a la siguiente conclusion: Los asfaltos modificados con polímeros tipo %E% o %E, tienden a ser ms resistentes en cuando a volver a su posici"n original una ve+ que se retira el esfuer+o de tensi"n a que habían sido sujetos y se considera que la elasticidad es una energía almacenada al disiparse.D $l 'istrito de Nueva Cajamarca y sus aleda!os, cuenta con una buena producci"n agroindustrial, la misma que podr ser bien aprovechada con la construcci"n de -sta carretera9 mejorando los niveles de vida de la poblaci"n, impulsando el comercio y el turismo, y generando empleo temporal a los pobladores de la +ona. $l terreno de fundaci"n de la carretera est constituido en su mayoría por suelos de arcilla inorgnica de baja plasticidad, arcilla con grava, arcilla arenosa, de regular a mala calidad para carreteras con un CE; de F.5G H.
N$c#o&$l: Aquí, se dieron a conocer los materiales que se pueden usar, para modificar los asfaltos convencionales. Como se hi+o notar, estos materiales nombrados, logran un cambio significativo en el comportamiento mecnico de las me+clas asflticas. $l uso de cualquiera de estos depende en gran medida del juicio del proyectista, el cual debe basarse en un criterio objetivo, desde la perspectiva t-cnica.
++ ,$/e/ Te%r#c$/ ++1 A/0$lto: ++11 De0#&#c#%&: $l asfalto es un material bituminoso de color negro, constituido principalmente por asfltenos, resinas y aceites, elementos que proporcionan características de consistencia, aglutinaci"n y ductilidad9 es s"lido o semis"lido y ti ene propiedades cementantes a temperaturas ambientales normales. Al calentarse se ablanda gradualmente hasta alcan+ar una consistencia líquida. Los materiales asflticos se emplean en la elaboraci"n de carpetas, morteros, riegos y estabili+aciones, ya sea para aglutinar los materiales p-treos utili+ados, para ligar o unir diferentes capas del pavimento9 o bien para estabili+ar bases o sub bases. =ambi-n se pueden usar para construir, fabricar o impermeabili+ar otras estructuras, tales como algunas obras complementarias de drenaje, entre otras.
++1+ Co)'o/#c#%&: $l asfalto es considerado un sistema coloidal complejo de hidrocarburos. $l modelo adoptado para configurar la estructura del asfalto se denomina modelo micelar, el cual provee de una ra+onable e(plicaci"n de dicha estructura, en el cual e(isten dos fases9 una discontinua 6aromtica7 formada por dos asfltenos y una continua que rodea y solubili+a a los asfltenos, denominada maltenos. Las resinas contenidas en los maltenos son intermediarias en el asfalto, cumpliendo la misi"n de homogenei+ar y compatibili+ar a los de otras maneras insolubles asfltenos. Los maltenos y asfltenos e(isten como islas flotando en el tercer componente del asfalto, los aceites.
+1+2 C$r$cterí/t#c$/:
•
$l asfalto es un líquido viscoso constituido esencialmente por hidrocarburos o sus derivados, a continuaci"n enlistamos algunas de
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sus características: Consistencia: %e refiere a la dure+a del material, la cual depende de la temperatura. A altas temperaturas se considera el concepto de
++14
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viscosidad para definirla. 'urabilidad: Capacidad para mantener sus propiedades con el paso
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del tiempo y la acci"n de agentes envejecedores. %usceptibilidad =-rmica: 8ariaci"n de sus propiedades con la
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temperatura. /ure+a: 'efinici"n de su composici"n química y el contenido de
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impure+as que posee. %eguridad: Capacidad de manejar el asfalto a altas temperaturas sin peligros de inflamaci"n.
Fu&c#%&: • •
Aglomerante. 1mpermeabili+ante.
Como aglomerante proporciona una íntima liga+"n entre los agregados, capa+ de resistir la acci"n mecnica producidas por las cargas de los vehículos. Como impermeabili+ante garanti+a al pavimento una acci"n efica+ contra la penetraci"n del agua proveniente, tanto de las precipitaciones como del subsuelo por acci"n capilar. Ningún otro material garanti+a mejor que el asfalto una ejecuci"n econ"mica y simultanea de estas funciones, al mismo tiempo que proporciona al pavimento características de fle(ibilidad que permite su acomodo sin fisuramiento, antes eventuales consolidaci"n de las capas subyacentes, , naturalmente, para que el asfalto desempe!e satisfactoriamente estas funciones que le son inherentes, es necesario que sea de buena calidad, y por sobre todo, que en la ejecuci"n del pavimento se respeten todas las especificaciones establecidas en el diseño.
+++ Polí)ero:
Los polímeros son sustancias de alto peso molecular formada por la uni"n de cientos de miles de mol-culas peque!as llamadas mon"meros 6compuestos químicos con mol-culas simples7. %e forman así mol-culas gigantes que toman formas diversas: cadenas en forma de escalera, cadenas unidas o termo fijas que no pueden ablandarse al ser calentadas, cadenas largas y sueltas. Algunos modificadores polim-ricos que han dado buenos resultados, se enlistan a continuaci"n: Iomopolímeros: que tienen una sola unidad estructural 6mon"mero7. Copolímeros: =ienen varias unidades estructurales distintas. $last"meros: Al estirarlos se sobrepasa la tensi"n de fluencia, no volviendo a su longitud original al cesar la solicitaci"n. =iene deformaciones seudo# plsticas con poca elasticidad. %on sustancias macromoleculares naturales o sint-ticas, obtenidas a partir de mol-culas ms sencillas por reacciones polim-ricas. /or consiguiente, un polímero es un compuesto con un elevado peso molecular, cuya estructura se representa por la repetici"n de peque!as unidades. Los polímeros, una ve+ dispersos en el asfalto, llegan a formar verdaderas redes tridimensionales, creando un reticulado que le confiere propiedades relevantes de elasticidad al asfalto modificado.
++2 A/0$lto )od#0#c$do co& 'olí)ero: Los materiales asflticos modificados son el producto de la disoluci"n o incorporaci"n en el asfalto, de un polímero o de hule molido de neumticos, que son sustancias estables en el tiempo y a cambios de temperatura, que se les a!aden al material asfltico para modificar sus propiedades físicas y mecnicas, y disminuir su susceptibilidad a la temperatura y a la humedad, así como a la o(idaci"n.
Los modificadores producen una actividad superficial i"nica, que incrementa la adherencia en la interface entre el material p-treo y el material asfltico,
conservndola aun en presencia del agua. =ambi-n aumentan la resistencia de las me+clas asflticas a la deformaci"n y a los esfuer+os de tensi"n repetidos y por lo tanto a la fatiga y reducen el agrietamiento, así como la susceptibilidad de las capas asflticas a las variaciones de temperatura. $stos modificadores por lo general se aplican directamente al material asfltico, antes de me+clarlo con el material p-treo.
++4 Ve&t$$/ del U/o de Polí)ero/ e& el A/0$lto Ja que se conocen las diferencias ms destacadas entre los asfaltos convencionales y los modificados con polímeros9 se pueden deducir las ventajas y desventajas de a!adir polímeros en los asfaltos. A continuaci"n se clasifican las ventajas de los asfaltos modificados:
M7CANICAS
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'isminuyen la susceptibilidad a los tiempos de aplicaci"n de
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carga. Aumentan la resistencia a la deformaci"n permanente y a la rotura en un rango ms amplio de temperaturas, tensiones y
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tiempo de carga. =ienen una elevada resistencia mecnica, gran resistencia a la
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tracci"n, buen poder humectante y adhesi"n los agregados. Los asfaltos modificados con lte(, hule natural, %E% y %E; son ms duros pero siguen siendo elsticos lo que evita la formaci"n
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de roderas y agrietamiento de los mismos. $l polímero elast"mero se comprime al aplicar un esfuer+o, pero
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recobran su forma original al ser retirado. %e obtienen me+clas ms fle(ibles a bajas temperaturas de
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servicio reduciendo el fisuramiento. 'isminuye la e(udaci"n del asfalto: por la mayor viscosidad de la me+cla, su menor tendencia a fluir y su mayor elasticidad.
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T7RMICAS • •
'isminuyen la susceptibilidad t-rmica. 'isminuyen la fragilidad en climas y aumentan la cohesi"n en tiempos de calor.
•
8aría su comportamiento de acuerdo a la temperatura en que
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se encuentren. Los elast"meros son deformables a temperatura ambiente.
ECON3MICAS •
$l costo, depende bsicamente de su proceso de polimeri+aci"n
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y la disponibilidad de los mon"meros. *cilmente disponible en el mercado.
TIEMPO DE VIDA •
Los asfaltos modificados con elast"meros se deteriora por la trituraci"n o abrasi"n del agregado antes que por la falla del
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ligante 6asfalto7. $l polímero elast"mero proporciona una e(celente resistencia al
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envejecimiento. &ejora la vida útil de las me+clas: menos trabajos de
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conservaci"n. La rigide+ de los asfaltos compuestos de lte(, hule natural, %E% y %E; ayudan a soportar los largos tiempos de carga sin deformaciones.
•
++6 De/.e&t$$/ del U/o de Polí)ero/ e& el A/0$lto ++8 • •
•
• •
Alto costo del polímero. 'ificultades del me+clado: no todos los polímeros son compatibles con el asfalto base 6e(isten aditivos correctores7. 'eben e(tremarse los cuidados en el momento de la elaboraci"n de la me+cla. Los agregados no deben estar húmedos ni sucios. La temperatura mínima de distribuci"n es de 45FKC por su rpido endurecimiento. $n la siguiente grafica se muestra la diferencia econ"mica entre los asfaltos convencional y modificado con polímeros.
5r*0#co N9 1 tras propiedades que el asfalto modificado mejora respecto del asfalto convencional son: •
• • • • • • •
&ayor intervalo de plasticidad 6diferencia entre el punto de ablandamiento. &ayor cohesi"n. &ejora de la respuesta elstica. &ayor resistencia a la acci"n del agua. &ayor resistencia al envejecimiento. =ipo y composici"n del polímero incorporado. Característica y estructura coloidal del asfalto base. /roporci"n relativa de asfalto y polímero.
+2 M$rco Co&ce'tu$l +21 Mod#0#c$c#%& de $/0$lto/: Los objetivos que persiguen con la modificaci"n de los asfaltos con polímeros, es contar con ligantes mas viscosos a temperaturas elevadas para reducir las deformaciones permanentes, de las me+clas que componen las capas o superficie de rodamiento, aumentando la rigide+. /or otro lado disminuir el fisuramiento por efecto t-rmico a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad.
+2+ Per#odo de D#/eo:
)eneralmente el periodo de dise!o ser mayor al de la vida útil del pavimento, porque incluye en el anlisis al menos una rehabilitaci"n o recrecimiento, por lo tanto -ste ser superior a 23 a!os. Los periodos de dise!o recomendados por la AA%I= y varían de acuerdo al tipo de carretera.
+22 Re/#/te&c#$ $&te c$r-$/ .e;#cul$re/: $l trnsito tiene una gran influencia en la aplicaci"n de las cargas en un pavimento y su caracteri+aci"n es bastante compleja debido no solo a l a variabilidad de los distintos vehículos e(istentes, sino tambi-n a las interacciones vehículo#pavimento
III <#'%te/#/ y V$r#$(le/ 21<#'%te/#/ 211 <#'%te/#/ 5e&er$l $l uso de polímeros influye significativamente en la variaci"n de un pavimento, anali+ado en el laboratorio de suelos y pavimentos de /$A& en la ciudad de Nueva Cajamarca, en el a!o 234M.
21+ <#'%te/#/ E/'ecí0#c$/
$l polímero es realmente un aditivo que mejora la elaboraci"n la
construcci"n del asfalto $l asfalto convencional es en realidad mejor que el asfaltado mejorado con polímero Las herramientas que uno utili+a son verdaderamente en realidad
las que uno debe emplear para la construcci"n de asfalto /ara la elaboraci"n correcta de un asfalto es recomendable que
se utilice el polímero como ayuda única.
2+ V$r#$(le/ 2+1 V$r#$(le I&de'e&d#e&te $valuaci"n de las propiedades de los polímeros
2++ V$r#$(le De'e&d#e&te %u influencia en la calidad de asfalto en los pavimentos del distrito de Nueva Cajamarca.
