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PERFIL DE TESIS “ANALISIS
COMPARATIVO DEL DISEÑO MEDIANTE AISLADORES BASALES
Y EL DISEÑO TRADICIONAL, RESPECTO AL COSTO DE LA EDIFICACION EN LA OBRA MEJORAMIENTO DE SERVICIOS ACADEMICOS EN LA FORMACION BASICA, INFORMATICA Y VIRTUAL EN LAS ESCUELAS ESCUEL AS PROFESIONALES DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO – PUNO”
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. ANTECEDENTES El presente trabajo de investigación principalmente se antecede de los siguientes puntos: Primero, es un hecho que todas las edificaciones son diseñadas sísmicamente basándose en el Reglamento Nacional de Edificaciones, el cual caracteriza a cada edificación por su población objetivo, tomando en cuenta la zona de ubicación y el grado de importancia que tiene la misma, es decir, todas las edificaciones construidas dentro del Perú son diseñadas con un margen de seguridad antisísmica, que en algunos zonas es mayor. Segundo, tomando en cuenta el primer punto, y que el diseño sísmico implica el análisis de un comportamiento dinámico de la estructura, evaluado a partir del valor de la cortante basal, lo cual genera una envolvente de diseño que principalmente toma valores de este análisis llevándonos así a un diseño ostentoso y en la mayoría de casos costoso.
1.2. PROBLEMA A INVESTIGAR Es muy sabido que los cambios bruscos de temperatura afectan a todo cuerpo, especialmente aquellos que tienen una conformación solida y son difícilmente deformables, por lo cual los agregados son mas propensos a sufrir ciertas alteraciones en estados cambiantes extremos de temperatura, es asi que los pavimentos construidos en las zonas altiplánicas de nuestra región, donde los gradientes de temperatura exceden los 15 °C de Seminario de Tesis
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temperatura, se tienen unas tiempos de proyección distorsionados y ligados íntimamente al desarrollo de los asfaltos( específicamente los agregados) ante este contexto de temperaturas.
1.3. PREGUNTA DE INVESTIGACION ¿Cómo varia el índice de desgaste de un agregado de tipo sedimentario cuando esta sometido a un cambio excesivo de temperatura como el de la zona altiplánica?
1.4. OBJETIVOS 1.4.1. OBJETIVOS GENERALES
Obtener una relación de desempeño entre el material estudiado y la temperatura a la que será expuesta en su periodo de operación.
Aportar índices de calidad para uso de los agregados pétreos pétreos obtenidos de la cantera de Cutimbo.
1.4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar un índice que indique la calidad de un agregado sometido a cambios de temperatura bruscos.
Establecer un factor de corrección del índice de desgaste para agregados que serán usados en obras de alto gradiente térmico.
1.5. JUSTIFICACION 1.5.1. ORIGINALIDAD DE LA PROPUESTA La idea es original ya que se enfoca en un campo específico de la zona de origen de nuestra cultura, además se proyecta en la optimización de las obras viales, enfatizando así el uso de pavimentos en zonas de temperaturas extremas con la seguridad de que su diseño contempla los gradientes extremos de temperatura. Además, no se tiene una fuente de datos concretos y específicos del tema de investigación por lo cual es novedoso e innovador en el campo de las obras viales, y mas aun en el campo científico originario de nuestra zona.
1.5.2. RELEVANCIA CIENTIFICA Y TECNOLOGICA Seminario de Tesis
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Es muy sabido que el uso de los factores de corrección, seguridad, reducción, etc. Son muy utilizados en la garantía de obras civiles, sin embargo no se tienen gran cantidad de datos y estudios como para establecer estos valores en el diseño de las obras viales, es así que determinar un FACTOR DE CORRECCION del índice de desgaste de los agregados de la cantera de Cutimbo para su uso en obras expuestas a gradientes de temperatura extremos es muy beneficioso científica y tecnológicamente.
Científicamente: se
obtendrán
valores
basados
en
la
experimentación y estudio, factibles de ser probados y susceptibles a ser corregidos. Específicamente analizaremos el valor del índice de desgaste obtenido del ensayo de abrasión de los Angeles de laboratorio, y lo llevaremos a un punto de comparación numérica y relación con respecto a la temperatura que significara su mejor interpretación y el desarrollo de nuevos índices de desempeño de un material.
Tecnológicamente: se tendrán pavimentos de desempeño mas
adecuado al contexto de operación.
1.6. ANALISIS DE VIABILIDAD Es factible realizar esta investigación ya que comprende un análisis de muestras de agregados sometidos al ensayo de abrasión a distintas temperaturas, análisis e interpretación de los resultados y su posterior trato estadístico, todo esto solo requiere el correcto uso de las herramientas académicas y ensayos de laboratorio con la precisión más veraz posible. Finalmente estos puntos no son imposibles de lograr por lo cual es factible y viable realizar los ensayos antes descritos, y además interpretarlos para contribuir con la ciencia y la sociedad.
2. MARCO TEORICO Seminario de Tesis
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2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION 2.1.1. ANTECEDENTES HISTORICOS Los estudios de abrasión determinan la resistencia al desgaste de una roca, a partir de este concepto se han realizado diversos estudios con una constante, obtener la eficiencia máxima en el desempeño de los pavimentos, sin embargo en el campo de estudio de los cambios térmicos como los que se viven en nuestra región no se cuentan con muchos estudios. Así también se tienen estudios de pavimentos en general sometidos a ensayos variados para su optimización, se tiene que al aumentar la temperatura se pierde consistencia y se disminuye la cohesión, y cuando esta disminuye se fragiliza la mezcla y se incrementan las perdidas por desgaste. Según el estudio de afinidad de agregados presentado por el Dr. Jorge Alarcón Ibarra, Mg. Julio Alejandro Chávez Cárdenas, Dr. Carlos Chávez Negrete se presenta una disminución considerable de las perdidas en diferentes rangos de temperatura estudiados de los agregados pétreos.
2.1.2. ESTUDIOS PREVIOS RELACIONADOS CON LA INVESTIGACION PROPUESTA 2.1.2.1. FICHA DE INFORME DE INVESTIGACION 01 Titulo del informe: Análisis de la resistencia a las deformaciones plásticas de mezclas bituminosas densas de la normativa mexicana mediante el ensayo de pista.
Autor: Padilla Rodríguez, Alejandro Director/asesor: Pérez Jiménez, Félix Edmundo Resumen: En este trabajo se ha realizado una búsqueda, recopilación y análisis de investigaciones y
reportes técnicos de agencias
internacionales de transporte, reuniendo literatura de fuentes diversas que hablan acerca de las deformaciones plásticas Seminario de Tesis
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permanentes, las cuales son uno de los tipos de deterioro de pavimentos asfálticos. Actualmente existe una gran cantidad de información y experiencias anteriores acerca de las deformaciones plásticas permanentes, y cabe mencionar que en este trabajo se hará un especial énfasis en las deformaciones plásticas que ocurren en la capa de rodadura de los pavimentos. Se hablará también acerca de las particularidades de los agregados pétreos, los ligantes asfálticos y las mezclas asfálticas. La mezcla asfáltica es uno de los componentes del firme, en la cual se producen las deformaciones plásticas, y es en su diseño, donde se puede encontrar la solución al problema. Algunos estudios indican que los liantes asfálticos están propiamente involucrados en la resistencia a las deformaciones plásticas de las mezclas, por lo que se especifican mínimos de rigidez cuando van a ser utilizados, para que a altas temperaturas de servicio conserven las cualidades deseables y se puedan controlar las roderas. Por otro lado, también se sabe que los agregados pétreos tienen una gran influencia en las propiedades de las mezclas asfálticas ante la formación de roderas. La construcción de pavimentos asfálticos y su resistencia, se ve afectada por las deformaciones plásticas, este defecto está íntimamente ligado al método empleado en el
diseño de la
mezcla asfáltica. El método empleado para el diseño de las mezclas asfálticas en la construcción de pavimentos, es fundamental para garantizar el correcto funcionamiento durante su vida de servicio. En este trabajo se incluye un análisis para describir el comportamiento de las mezclas densas mexicanas ante las deformaciones plásticas, de la normativa que establece la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT). Seminario de Tesis
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Capitulo I: Problema de investigación: La existencia de las deformaciones plásticas permanentes tiene su origen desde el momento en que se emplearon los ligantes asfálticos como componentes de las mezclas para los pavimentos flexibles. El problema de las deformaciones plásticas actualmente sigue presente en diversas vías de comunicación a pesar de los recientes avances en tecnologías de diseños de mezclas y cambios en las especificaciones de construcción de todos los países que hacen uso de este tipo de pavimentos. Cuando hablamos de deformación plástica permanente, nos referimos básicamente, a lo que llamamos en nuestro lenguaje común “roderas”, y se puede decir que un paso preliminar hacia
el aumento de la esistencia de los pavimentos asfálticos ante las indeseables roderas, es precisamente identificar las causas que las provocan. Las deformaciones plásticas son ocasionadas por muy diversos factores y su presencia en los pavimentos causa una serie de complicaciones a los conductores que circulan por las vías, aumentando los riesgos de accidentes. Las roderas pueden provocar inestabilidad a los vehículos que circulan, como consecuencia de los bordos que se forman por el material asfáltico desplazado y el hundimiento o densificación de material por la huella donde ruedan los neumáticos. Los hundimientos mencionados anteriormente, en temporada de lluvias albergan una cierta cantidad de agua, en función de la severidad de la rodera, que al paso de los vehículos es proyectada a los parabrisas de otros vehículos que también circulan por la vía disminuyendo la distancia de visibilidad y complicando la conducción de los usuarios; por otro lado, también se presenta en problema del aguaplaneo, que a velocidades relativamente altas Seminario de Tesis
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pueden causar desplazamientos laterales de los vehículos provocando la salida del carril de circulación, y el riesgo de sufrir accidentes es mayor. Como podemos ver todo esto conlleva a una disminución de la seguridad vial al aumento del nivel de estrés y al cansancio de los conductores que circulan por vías en malas ondiciones y el aumento de los costos sociales debidos a accidentes y al mantenimiento de los vehículos por los daños sufridos durante la circulación por vías deterioradas, que a mediano plazo se ven reflejados y pueden llegar a ser muy representativos en forma generalizada. Utilizando los criterios adecuados en los diseños de mezclas asfálticas y durante la construcción de los pavimentos, se pueden prevenir o minimizar en gran medida la probabilidad de aparición de las roderas, proporcionando a los conductores un alto nivel de seguridad y comodidad al circular por las vías.
Objetivos: Los objetivos de este trabajo son: 1) Identificar
los principales
factores
que ocasionan
las
deformaciones plásticas permanentes en los pavimentos. 2) Evaluar mediante el Ensayo de Pista del laboratorio, la severidad de las deformaciones plásticas en las mezclas asfálticas densas mexicanas (en caliente) empleando dos tipos de asfalto de diferente penetración. 3) Verificar la influencia que tienen en las deformaciones plásticas, cada uno de los dos tipos de asfalto y las granulometrías empleando
los
de
los
límites
agregados superior
e
pétreos inferior
utilizados; del
Huso
granulométrico Densa 19mm de la normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) de México. 4) Comprobar el efecto que tiene la carga por eje equivalente (traducida en el ensayo de pista a presión de contacto entre la Seminario de Tesis
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rueda y la probeta de asfalto) en la severidad de las deformaciones plásticas. 5) Identificar
posibles
recomendaciones
para
soluciones prevenir
el
y
proporcionar
problema
de
las
deformaciones plásticas permanentes en los pavimentos. Se intenta que en la práctica actual se puedan construir y desarrollar pavimentos de altas prestaciones, resistentes a las deformaciones plásticas y muy durables.
Capitulo IV: Concluciones: En la formación de las roderas o deformaciones plásticas permanentes, intervienen una serie de factores que se deben considerar al momento de proyectar y ejecutar los pavimentos asfálticos. Con base en el análisis de resultados del presente trabajo, se puede concluir que la formación de roderas en las capas de rodadura de un pavimento flexible se debe principalmente a: • El tipo y contenido de ligante asfáltico:
Debido a que se utilizaron para la fabricación de las probetas del Ensayo de Pista, mezclas con los asfaltos de penetración 60/70 y 40/50, se encontró que entre más duro es el asfalto, mayor es la resistencia de la mezcla ante la formación de roderas. Además al hacer una variación en el contenido de asfalto, de 4,75% a 4,25%, se observó una mejora notable de la resistencia a la deformación plástica durante el Ensayo de Pista. Las propiedades de un asfalto pueden influir decisivamente sobre el comportamiento ante las deformaciones plásticas de una mezcla asfáltica en caliente. En una mezcla que contenga la misma granulometría y el mismo tipo de agregados pétreos, con un mismo contenido de asfalto e igual contenido de vacíos, puede ser resistente o no a las deformaciones plásticas en función de las Seminario de Tesis
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propiedades del ligante asfáltico que se le añada a la mezcla aunque sea de similar penetración. La componente elástica del ligante asfáltico contribuye a aumentar el comportamiento elástico de la mezcla, de igual forma, el ligante influye decisivamente en la componente viscosa y su mayor presencia dentro de la mezcla hace que aumente esta componente. • Composición granulométrica y caracterí sticas de los agregados
pétreos. Analizando el efecto que tienen las diferentes composiciones granulométricas en la susceptibilidad a la deformación de un mezcla asfáltica, se encontró que la curva granulométrica Superior, es decir, con mayor contenido de finos, se comportó mejor que la mezcla fabricada con la curva granulométrica Inferior, con menos contenido de finos. Esto hace que la mezcla adquiera una mayor densidad en el momento de la compactación. • Contenido de Vacíos en la Mezcla Asfáltica.
A partir del Ensayo Marshall se buscó un contenido óptimo de asfalto de tal forma que se obtuviera un intervalo de vacíos entre el 4% y 6%, escogiendo el límite inferior de 4% como parámetro de diseño de la mezcla. Se debe controlar el porcentaje de vacíos en la mezcla asfáltica a través del diseño Marshall y con esto se asegura la resistencia ante la formación de las roderas.
2.1.2.2. FICHA DE INFORME DE INVESTIGACION 02 Titulo del informe: Estudio propagación de fisuras en pavimentos asfálticos tratados superficialmente mediante resina de PU
Autor: Gallego Miralles, Sergio Director/asesor: Pérez Jiménez, Félix Edmundo Resumen: En el presente trabajo hemos querido demostrar que la aplicación de un tratamiento superficial de alta fricción (TSAF) compuesto Seminario de Tesis
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por una resina de poliuretano (PU) y un árido artificial de bauxita calcinada sobre el pavimento o capa de rodadura de una carretera no sólo aumenta la resistencia al deslizamiento del firme, objetivo principal del tratamiento, sino que también mejora la durabilidad del mismo, al retardar o eliminar la posibilidad de que las fisuras que tienen origen y/o se propagan a través de las capas del firme puedan llegar al exterior, es decir, a la capa de rodadura. Con este objetivo, hemos simulado, mediante el ensayo BTD, cómo se comporta el sistema mezcla bituminosa (capa de rodadura) más TSAF ante el avance de una grieta y tras haber sido sometidas las probetas a condiciones de humedad y ataque de combustibles. Los datos obtenidos se han comparado con los obtenidos en probetas en las que se había aplicado un tratamiento superficial (TS) convencional con lechada bituminosa, técnica habitual en la rehabilitación superficial de firmes. Los resultados muestran que, al contrario que las probetas en las que se había aplicado un TS convencional, en las que se había realizado el TSAF la grieta detiene su avance al llegar a la interfase resina-mezcla, constatándose además que la mezcla bituminosa queda protegida del agua y del ataque de disolventes como el gasoil. Del estudio de los resultados obtenidos mediante el ensayo BTD no quedaba clara la influencia del agua y el gasoil en el comportamiento mecánico de la resina, por lo que se complementaron con un ensayo de tracción directa, según normas ASTM D638 y D543, sobre probetas de resina de PU. Los datos de este ensayo indican que las propiedades mecánicas de la resina no se alteran por la presencia de humedad ni combustibles como el gasoil, comprobándose también la excelente capacidad de deformación de este material, idónea para el puenteo de grietas. Seminario de Tesis
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Concluciones: En el presente estudio se ha mostrado la eficacia de un TSAF, cuyo objeto principal es la mejora de la textura superficial de la capa de rodadura de una carretera, en la prevención en la aparición de fisuras y en la capa de rodadura de un firme de carretera. La utilización de ensayos de simulación nos ha permitido obtener información de cómo propagan las fisuras en mezclas bituminosas con la presencia de una capa de resina en superficie. Los resultados obtenidos mediante el ensayo BTD indican que las mezclas bituminosas que cuentan con un TSAF muestran una extraordinaria capacidad para evitar la aparición de fisuras en superficie, siendo los valores de energía absorbida del orden de cuatro veces superior a los mostrados en probetas en las que el TS aplicado es convencional (2-3 J frente a 12-14 J). El mecanismo de incremento de tenacidad al que podemos asimilar este comportamiento es el de puenteo por ligamentos dúctiles. Además, el ensayo de simulación nos muestra cómo la resina de PU protege al pavimento de mezcla bituminosa del ataque de disolventes como el gasoil que en situaciones normales disgregan el mortero bituminoso que rodea a los áridos produciendo descarnamiento. También protege satisfactoriamente de la humedad. En estudios posteriores será interesante poder realizar ensayos a bajas temperaturas, por debajo de 0ºC, para analizar la fragilidad que puede aparecer en la resina actuando como ligamento dúctil en la propagación de la fisura, e incluso de tipo dinámico para estudiar el comportamiento en fatiga, otra causa común de deterioro de firmes. En cuanto a la resina de PU, en esta fase del estudio sólo se ha analizado su comportamiento ante la presencia de humedad y combustibles. A pesar de la presencia de los poros, que invalidan Seminario de Tesis
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los datos del ensayo de tracción en términos absolutos, son los valores relativos al comparar con las probetas patrón los que nos han indicado el buen comportamiento de esta resina en presencia de humedad y de los disolventes clásicos en carreteras como aceites, gasoil, etc. Una posible nueva aplicación para esta resina, como adhesivo en pavimentos, sería en estaciones de intercambio modal de transporte colectivo de viajeros por carretera. Estos centros de movilidad están adquiriendo cada vez más importancia como eslabones de la cadena de transporte sostenible en ciudades, construyéndose generalmente en el subsuelo. La capa de rodadura bituminosa de estos centros de transporte suele sufrir deterioros importantes por acción de combustibles y aceites de autobuses y autocares, siendo sus tareas de mantenimiento muy molestas para los usuarios por los olores desprendidos, calor y ruido producido por la maquinaria. Además aporta el valor añadido de permitir una gran gama de colores, aumentando la funcionalidad del pavimento.
2.1.2.3. FICHA DE INFORME DE INVESTIGACION 03 Titulo del informe: Introducción de las escorias, procedentes de la incineración, en las capas granulares de los firmes aeroportuarios
Autor: Garau Bezzina, Laura Director/asesor: Zárate Araiza, José Francisco Resumen: El objeto de este trabajo, es determinar la posibilidad de la introduccion de las escorias en la subbase en el paquete de los firmes aeroportuarios, aprovechando de esta manera un residuo molesto por su dificil aplicacion y, a la vez, abaratando los costes de construccion de las obras. Para la realizacion de este estudio se ha tomado como referencia el aeropuerto de Palma de Seminario de Tesis
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Mallorca. Una vez caracterizado el terreno natural, donde se pretende construir el aeropuerto, y tomando las predicciones del trafico aereo para este aeropuerto, se ha dimensionado el paquete de firme estructural (flexible y rigido) con los materiales convencionales
para
su
construccion,
introduciendo
a
continuacion la variante de sustituir la subbase granular (zahorras artificiales) por escorias. El metodo empleado se basa en el calculo de los modulos elasticos de las diferentes capas que conforman el paquete de firme. Para el calculo de los mismos se ha realizado un ensayo edometrico para las escorias y un ensayo con el pulso de ultrasonido en el caso de las zahorras. Los modulos elasticos de las otras capas (rodadura, firme y explanada), asi como sus espesores se han tomado identicos en los dos casos. Se utiliza el programa GID y Calsef para el calculo tensional evaluando la tension real para nuestra aeronave tipo, comparandolas con las tensiones admisibles de cada material, llegando asi a establecer los coeficientes de seguridad para cada una de las capas. A la vista de los resultados obtenidos y desde el punto de vista puramente estructural, podemos concluir que el comportamiento resistente del paquete de firme con escorias es aceptable,
incluso
mejor
que
con
ciertos
materiales
convencionales usados habitualmente.
2.1.2.4. FICHA DE INFORME DE INVESTIGACION 04 Titulo del informe: Evaluación del comportamiento de diferentes tramos de carretera rehabilitados utilizando mezclas recicladas en frío
Autor: Quesada Vallejo, Israel Director/asesor: Miró Recasens, José Rodrigo Resumen: El Reciclado en frío „in situ‟ con emulsiones bituminosas (RFSE)
no es en absoluto una técnica novedosa. Lo demuestran Seminario de Tesis
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numerosas experiencias anteriores, la mayoría, eso sí, fuera de nuestro país. Es en los últimos años cuando en nuestro país se están impulsando estas técnicas de reciclado una vez demostrada la viabilidad, no sólo en cuanto a rentabilidad ecológica que está muy clara, sino también económica y técnica. Siguen siendo muchos los que todavía dudan de las prestaciones de un firme reciclado y es aquí donde estudios como éste tienen un papel fundamental en el desarrollo y la normalización de estas técnicas de reciclado. En esta tesina se estudiarán distintos tramos de carretera, en particular tramos correspondientes a la C58 o BP-1213 que conecta Terrassa con Manresa, en los que se han llevado a cabo distintas actuaciones en función del espesor de fresado y reciclado, de la emulsión bituminosa utilizada, de la adición de agentes rejuvenecedores o no, de la velocidad a la que se ha realizado el fresado, etc. Se trata de tramos relativamente cortos, de aproximadamente 300 a 400 metros en los que se han llevado a cabo actuaciones de reciclado en frío in situ con emulsiones bituminosas, de reciclado en caliente en planta y refuerzos convencionales con el objetivo de analizar las diferencias de comportamiento de las distintas mezclas. Este estudio se enmarca dentro del proyecto Paramix en el que la Universidad Politécnica de Cataluña, a través de su Departamento de Infraestructuras, Transporte y Territorio participa de forma activa con otras muchas organizaciones públicas y privadas. El objetivo principal de este proyecto está en mejorar los materiales, el diseño y las técnicas de rehabilitación de pavimentos de carreteras, utilizando mezclas bituminosas de pavimentos asfálticos recicladas. Este proyecto supone un impulso importante a las técnicas de reciclado en base a intentar una mejor evaluación experimental y numérica del pavimento rehabilitado así como una mejora de la maquinaria y las técnicas Seminario de Tesis
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de rehabilitación y un desarrollo del software necesario para el estudio estructural de este tipo de pavimentos. En este texto nos dedicaremos únicamente a aquellos tramos en los que se ha aplicado un reciclado en frío con emulsiones bituminosas.
Trabajaremos inicialmente con cuatro tramos,
comprendidos entre los PK 0 + 480 y 5 + 350, localizados en las proximidades de Terrassa. Para el estudio y análisis de las distintas mezclas propuestas contaremos con datos de control de ejecución, testigos originales del firme una vez rehabilitado y de material procedente directamente del fresado de la carretera con el que se fabricarán probetas destinadas a ser ensayadas. Estudiaremos con detenimiento la granulometría del material del firme envejecido, así como la evolución de dos parámetros importantísimos en este tipo de actuaciones, la densidad y la humedad. Los firmes reciclados en frío tienen el problema, en sus primeros días de vida, de la falta de compacidad y cohesión. Esto hace que el proceso de compactación se convierta en trascendental para el buen funcionamiento futuro del firme. En este trabajo veremos como esta falta de compacidad y cohesión inicial en la estructura del firme nos creó muchísimos problemas para poder llevar a cabo los ensayos que teníamos previstos. Posteriormente intentaremos caracterizar el comportamiento estructural de las distintas mezclas utilizadas mediante ensayos sobre su rigidez, tanto de la capa reciclada como de la capa de rodadura, y ensayos sobre su resistencia a tracción indirecta y que simulan bastante bien las solicitaciones a las que está sometido el firme. Finalmente estudiaremos la evolución en las deflexiones, medidas con deflectómetro de impacto, tomadas sobre las distintas capas del firme. Dispondremos de deflexiones sobre el firme envejecido, sobre el firme una vez reciclado y finalmente sobre la capa de rodadura. Seminario de Tesis
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Además podremos estudiar la evolución de estas deflexiones en el tiempo y confirmaremos que la técnica de reciclado en frío no supone una mejora en el aspecto estructural a muy corto plazo, pero
sí
que
mejora
el
estado
general
del
pavimento
consiguiéndose con el tiempo una estructura que nada tiene que envidiar a los firmes convencionales.
Conclusiones: En este último capítulo de esta tesina nos dedicaremos a reunir a modo de conclusión todos aquellos aspectos que hayan resultado importantes en base a todos los datos con los que hemos trabajado. Ya en los anteriores capítulos hemos ido concluyendo cada uno de los temas que hemos ido tratando con un apartado en el que se comentaban aquellos resultados más relevantes y las conclusiones que se podían extraer de ellos. Por ello, dedicaremos este capítulo, no a presentar resultados numéricos de los distintos ensayos llevados a cabo en laboratorio o en obra, sino a intentar llegar a relaciones entre parámetros y factores que puedan afectar de una manera más o menos general al comportamiento y buen funcionamiento de un firme reciclado en frío con emulsiones bituminosas. El estudio de la granulometría nos ha llevado a poder afirmar que la velocidad de avance durante el proceso de fresado es un factor a tener muy en cuenta. Pese a que el porcentaje de la fracción más fina (#0,08) no se ve afectado de manera importante aunque sí aumenta a medida que disminuye la velocidad, sí que en función de esta velocidad de fresado se obtienen granulometrías más finas a más gruesas a medida que
aumentamos dicha
velocidad. Las diferencias más destacables se obtienen en la fracción de tamaño de árido medio, entre los diámetros dos a ocho milímetros, obteniéndose diferencias de hasta un 20% más Seminario de Tesis
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de material que pasa por estos tamices fresando a 3m/min respecto a fresar a 6 m/min. La granulometría del material fresado afecta de manera muy directa al porcentaje de emulsión a añadir. De este modo, una granulometría demasiado fina requeriría un porcentaje de emulsión de nueva adición mayor y, en cambio, con una granulometría demasiado gruesa tendríamos dificultades para conseguir un correcto mezclado de la mezcla y nos sería más complicado que ésta adquiriese una cohesión aceptable. Pese a que no sabemos las características y condiciones de puesta en obra de la mezcla existente en el firme envejecido ni el proceso de deterioro que han podido afectarle, una comparación cualitativa
con
los
husos
granulométricos
para
mezclas
bituminosas en caliente del Artículo 542 del PG-3 nos ha llevado a afirmar que el fresado se puede asemejar a una granulometría densa o semidensa de tamaño máximo de árido 12,5 mm (S12 ó D12). Hay que advertir que no se trata de una afirmación rotunda sino de un simple intento por catalogar el material fresado procedente de una mezcla antigua que ha podido sufrir numerosas transformaciones a lo largo de su vida útil y sobre la que en principio no conocemos nada.
2.1.2.5. FICHA DE INFORME DE INVESTIGACION 05 Titulo del informe: Estudio tribológico ante condiciones de desgaste micro-abrasivo de recubriminetos duros delgados
Autor: Marquilles, Albert Director/asesor : Prado Pozuelo, José Manuel Resumen: Muchos componentes metálicos se ven sometidos a condiciones que les producen fenómenos de degradación tales como corrosión, desgaste o fatiga. Para mitigar estos efectos se han desarrollado tratamientos y recubrimientos que se aplican sobre la Seminario de Tesis
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superficie sometida a estas condiciones y que se desea proteger. Cuando se tiene un sistema sustrato-recubrimiento o incluso una superficie sin recubrimiento, y se quiere caracterizar desde el punto de vista tribológico, se puede emplear una técnica conocida como
micro-abrasión.
La
micro-abrasión
es
una
técnica
relativamente nueva para estimar la resistencia al desgaste bajo un medio abrasivo de una superficie determinada, bien sea recubierta o no. Mediante simples ensayos esta técnica permite estimar los coeficientes de desgaste (K) tanto del substrato como del recubrimiento, si lo hay. Asimismo, permite medir el espesor del recubrimiento. A lo largo del proyecto se dan a conocer todas las etapas que hay que seguir para ser un buen conocedor de la técnica, desde ejecutar los ensayos con el equipo de microabrasión, a analizar, calcular e interpretar los resultados, y, en conclusión, obtener una adecuada caracterización de la superficie en cuestión. Para la elaboración del proyecto se ensayaron sistemas recubiertos con recubrimientos duros delgados obtenidos por las tecnologías de PVD y CVD. Los recubrimientos eran de CrN, TiN, TiAlN y TiC/TiCN/TiN multicapa. Se establecieron las condiciones adecuadas para la realización de ensayos de microabrasión para cada uno de los sistemas, y se obtuvieron los respectivos resultados. Asimismo, se establecieron las limitaciones de la técnica y se constataron las posibles fuentes de error que pueden perturbar los resultados.
Conclusiones: Basados en los resultados de desgaste micro-abrasivo obtenidos en ocho sistemas recubiertos diferentes, se establecen las siguientes conclusiones: Los ensayos realizados con suspensión abrasiva de polvo de diamante de ¼μm, gener an unas huellas de gran nitidez y claridad
que permiten realizar el análisis preliminar y la medición de Seminario de Tesis
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espesores de las capas de manera excelente. Los valores de espesor estimados eran muy parecidos a los ofrecidos por el fabricante de los recubrimientos. Los ensayos realizados para obtener los coeficientes de desgaste, debido a la gran diversidad de parámetros de desgaste que afectan de forma distinta cada sistema, generan unas huellas a veces deficientes y el cálculo de los coeficientes de desgaste puede resultar erróneo. Los sistemas más sensibles a la interacción entre la dureza, soporte de carga y adherencia, presentaron huellas aceptables únicamente al ser ensayados por una suspensión abrasiva con disolvente agua a una concentración específica. El ensayo con disolventes mas viscosos como el aceite oliva o la glicerina, generaron huellas de igual o inferior calidad que las obtenidas utilizando agua como disolvente. La combinación de las variables de ensayo suspensión abrasiva y carga determina el mecanismo de desgaste que gobernará el proceso de remoción de material. La aplicación de una carga excesiva para una determinada suspensión abrasiva es la principal responsable de la obtención de errores en la generación de la huella asociadas con el fenómeno ridging. Cada sistema recubierto presenta particularidades en cuanto al comportamiento ante desgaste micro-abrasivo que generan valores estimados para los coeficientes de desgaste que deben ser interpretados de manera adecuada para cada caso concreto, y así poder ser usados con fines comparativos. La diferencia entre los ensayos con perforación y sin perforación se deben a la interacción sinérgica del sistema recubierto ante los mecanismos de desgate presentes.
2.2. MARCO CONCEPTUAL Seminario de Tesis
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2.2.1. ENSAYO DE ABRASION DE LOS ANGELES Esta es la prueba que más se aplica para averiguar la calidad global estructural del agregado grueso. Este método establece el procedimiento a seguir para determinar el desgaste, por abrasión, del agregado grueso, menor de1½” (38 mm), utilizando la máquina
de Los Ángeles (Figura 2.2). El procedimiento para determinar el desgaste por abrasión de agregado grueso mayor a ¾“ (19 mm) utilizando la máquina de
Los Ángeles, se describe en la ASTM C-535. El porcentaje de desgaste determinado en ambas condiciones (ASTM C 131 y ASTM C-535) no es el mismo. La muestra consistirá de agregado limpio y debe ser representativa del material que se vaya a ensayar. Una vez que se alcanza el número requerido de revoluciones del tambor, se tamiza el agregado para determinar el porcentaje de agregado que ha sido reducido hasta un tamaño menor que 1.7mm (tamiz Nº12). Excepto en el caso de la escoria siderurgica, la prueba parece dar un índice útil de la integridad estructural global del agregado.
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La máquina de Los Ángeles consiste en un tambor cilíndrico hueco, de acero, cerrado en sus extremos. La carga abrasiva consiste pesar
de esferas de acero. Cada una de ellas debe
entre
390
y
445
gramos,
esta
carga depende
de la granulometría de la muestra a ensayarse. De este modo el agregado experimenta cierta acción de frotamiento y vuelcos, así como un impacto considerable, durante las 500 revoluciones que especifica la norma. Una valiosa información referente a la uniformidad de la muestra que se ensaye puede obtenerse determinando la pérdida por desgaste después de 100 revoluciones, Esta debe determinarse sin lavar el material. La relación entre la pérdida por desgaste al cabo de 100 revoluciones y la obtenida al cabo de 500 revoluciones, no deber exceder de 0,20 para materiales de consistencia uniforme. Después
de
efectuar
la
determinación
anteriormente
mencionada, se coloca la muestra entera incluyendo el polvo Seminario de Tesis
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resultante de la abrasión, para efectuar las 400 revoluciones que aun faltan para terminar el ensayo.
2.2.2. AGREGADOS Antiguamente se decía que los agregados eran elementos inertes dentro del concreto ya que no intervenían directamente dentro de las reacciones químicas, la tecnología moderna se establece que siendo este material el que mayor % de participación tendrá dentro de la unidad cúbica de concreto sus propiedades y características diversas influyen en todas las propiedades del concreto. La influencia de este material en las propiedades del concreto tiene efectos importante no sólo en el acabado y calidad final del concreto sino también sobre la trabajabilidad y consistencia al estado plástico, así como sobre la durabilidad, resistencia, propiedades elásticas y térmicas, cambios volumétricos y peso unitario del concreto endurecido. La norma de concreto E-060, recomienda que ha pesar que en ciertas circunstancias agregados que no cumplen con los requisitos
estipulados
han
demostrado
un
buen comportamiento en experiencias de obras ejecutadas, sin embargo debe tenerse en cuenta que un comportamiento satisfactorio en el pasado no garantiza buenos resultados bajo otras condiciones y en diferentes localizaciones, en la medida de lo posible deberán usarse agregados que cumplan con las especificaciones del proyecto.
CONCEPTOS: Generalmente se entiende por "agregado" a la mezcla de arena y piedra de granulometría variable. El concreto es un material compuesto básicamente por agregados y pasta cementicia, elementos de comportamientos bien diferenciados:
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Se define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas de origen natural o artificial cuyas dimensiones están comprendidas entre los límitesf ijados en la NTP 400.011. Los agregados son la fase discontinua del concreto y son materiales que están embebidos en la pasta y que ocupan aproximadamente el 75% del volumen de la unidad cúbica de concreto. Los agregados son materiales inorgánicos naturales o artificiales que están embebidos en los aglomerados (cemento, cal y con el agua forman los concretos y morteros). Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm. Los agregados conforman el esqueleto granular del concreto y son el elemento mayoritario ya que representan el 80-90% del peso total de concreto, por lo que son responsables de gran parte de las características del mismo. Los agregados son generalmente inertes y estables en sus dimensiones. La pasta cementicia (mezcla de cemento y QQagua) es el material activo dentro de la masa de concreto y como tal es en gran medida responsable de la resistencia, variaciones volumétricas y durabilidad del concreto. Es la matriz que une los elementos del esqueleto granular entre sí. Cada elemento tiene su rol dentro de la masa de concreto y su proporción en la mezcla es clave para lograr las propiedades deseadas,
esto
es:
trabajabilidad,
resistencia,
durabilidad
y economía. Seminario de Tesis
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CLASIFICACIÓN: Existen varias formas de clasificar a los agregados, algunas de las cuales son:
POR SU NATURALEZA: Los agregados pueden ser naturales o artificiales, siendo los naturales de uso frecuente, además los agregados utilizados en el concreto se pueden clasificar en: agregado grueso, fino y hormigón (agregado global). a. El agregado fino , se define como aquel que pasa el tamiz 3/8" y queda retenido en la malla N° 200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración de las rocas. b. El agregado g rueso, es aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava. c. El hormigón, es el material conformado por una mezcla de arena y grava este material mezclado en proporciones arbitrarias se encuentra en forma natural en la corteza terrestre y se emplea tal cual se extrae en la cantera.
POR SU DENSIDAD: Se pueden clasificar en agregados de peso especifico normal comprendidos entre 2.50 a 2.75, ligeros con pesos específicos menores a 2.5, y agregados pesados cuyos pesos específicos son mayores a 2.75.
POR EL ORIGEN, FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL: Por naturaleza los agregados tienen forma irregularmente geométrica compuestos aleatoriamente por caras redondeadas y angularidades. En términos descriptivos la forma de los agregados puede ser: Angular: Poca evidencia de desgaste en caras y bordes.
Sub angular: Evidencia de algo de desgaste en caras y bordes.
Sub redondeada: Considerable desgaste en caras y bordes. Seminario de Tesis
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Redondeada: Bordes casi eliminados.
Muy Redondeada: Sin caras ni bordes
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2.2.3. TEMPERATURA La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio, frío que puede ser medida, específicamente, con un termómetro. En escalar relacionada
física, con
se
define
la energía
como
interna de
una magnitud un
sistema
termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor. En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también). La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor «cero kelvin» (0 K) al «cero absoluto», y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius, llamada «centígrada»; y, en mucha menor medida, Seminario de Tesis
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y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería.
3. HIPOTESIS Y VARIABLES 3.1. HIPOTESIS 3.1.1. HIPOTESIS GENERAL Los agregados pétreos sometidos a gradientes térmicos elevados tales como los de la zona altiplánica disminuyen su índice de desgaste(ensayo de abrasión de los angeles).
3.1.2. HIPOTESIS ESPECIFICA El índice de desgaste de un agregado sometido a cambios bruscos de temperatura disminuye en una fracción de si mismo.
3.2. DEFINICION OPERACIONAL DE LAS VARIABLES DE ESTUDIO 1. Acondicionamiento térmico del agregado en estudio. 2. Obtención del índice de desgaste por medio del ensayo de abrasión de los Ángeles.
4. DISEÑO METODOLOGICO 4.1. LIMITACIONES TEORICAS Y METODOLOGICAS
Teorica: Los conceptos de abrasión y desgaste son relativamente difíciles de entender en el enfoque de las obras viales, sin embargo su estudio es importante porque definen el desempeño bueno o malo de un pavimento. Concluimos que su estudio en la parte de las bases teóricas es muy importante y esto requiere una internalización especial la cual demandara un tiempo extra.
Metodológica: La metodología hace referencia al conjunto de procedimientos racionales utilizados para alcanzar una gama de objetivos que rigen en una investigación científica, una exposición Seminario de Tesis
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doctrinal o tareas que requieran habilidades, conocimientos o cuidados
específicos.
Alternativamente
puede
definirse
la metodología como el estudio o elección de un método pertinente para un determinado objetivo. No debe llamarse metodología a cualquier procedimiento, ya que es un concepto que en la gran mayoría de los casos resulta demasiado amplio, siendo preferible usar el vocablo método.
4.2. TIPO Y NIVEL DE LA ULTIMA ETAPA DE LA INVESTIGACION 4.2.1. PROBLEMA DE LA INVETIGACION Se pretende analizar minuciosamente el índice de desgaste (por el ensayo de los ángeles) en diferentes estados de temperatura de una muestra común de agregado de la cantera en mención, lo cual reportara su mejor o peor desenvolvimiento que representara artificialmente lo que se presenta en el campo real, es decir en las pistas de nuestra región.
4.2.2. OBJETIVOS CUANTITATIVOS DE LA INVESTIGACION
Determinar las características de los agregados en función al cambio brusco de temperatura recurrente.
4.2.3. ENFOQUE DE LA INVESTIGACION La presente propuesta investigativa se regirá al modelo cuantitativo; la investigación varía entre el esquema de pensamiento deductivo. Según Sampieri R. El enfoque cuantitativo se fundamenta en un esquema deductivo y lógico que busca formular preguntas de investigación e hipótesis para posteriormente probarlas.
4.3. POBLACION Y MUESTRA DE ESTUDIO La población de estudio se basara en evaluar 30 situaciones, cuidando de su similitud y el rango de muestras que estas tengan. No es aplicable para determinar un universo de datos, sino más bien para la obtención de muestra representativa de dicho universo; sin embargo para determinar la magnitud del universo se tomara tablas de generalización de datos y factores correctivos estadísticos. Seminario de Tesis
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4.4. INDENTIFICACION DE LAS VARIABLES VARIABLE INDEPENDIENTE: La temperatura a la que se somete el agregado para el ensayo de abrasión de los angeles.
VARIABLE DEPENDITE: El índice de desgaste que presenta el agregado a determinada temperatura.
5. DISEÑO ADMINISTRATIVO 5.1. CRONOGRAMA MENSUALIZADO DE ACTIVIDADES DESCRIPCION DE ACTIVIDAD Planificación Recopilación de teoría Muestreo Caracterización de las muestras Arreglo de temperaturas y ensayo de abrasión Análisis de datos Arreglo estadístico Concretización de informe Revisión y arreglo
S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 X X X X X X
X X X X X
5.2. MEDIOS RECURSOS NECESARIOS Y PRESUPUESTOS DESCRIPCION Papelería y útiles de escritorio Movilidad LABORATORIO Ensayos de caracterización Ensayos de Abrasión de los Ángeles Herramientas Artículos para el laboratorio (termómetros, etc.) Imprevistos Total
UND. und
COSTO(S/.) 50.00 50.00
und und
300.00 2000.00 200.00 100.00 250.00 2950.00
und
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5.3. ESTRATEGIA PARA EL FINANCIAMIENTO DEL PROYECTO Los recursos se obtendrán directamente del tesista, así como de algún auspiciador que tenga interés y este dispuesto a aportar fondos para el desarrollo de la presente investigación con valor científico.
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6. BIBLIOGRAFIA
http://www.monografias.com/trabajos55/agregados/agregados.shtml
http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtml
http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/5029
http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/12903
http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/6624
http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/4436
http://upcommons.upc.edu/pfc/simple-search?query=abrasion&submit=Anar
Metodologia de la Investigacion, Hernadez Sampieri-Fernandez ColladoBaptista Lucio, McGrawHill, Quinta edición.
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7. ANEXO ARBOL DE PROBLEMAS
Pavimentos sin desarrollo ingenieril Tiempos de vida no acordes a la
Mecanización del
realidad
diseño de pavimentos
EL INDICE DE DESGASTE NO ES EL MISMO EN ROCAS SEDIMENTARIAS FRENTECAMBIOS DE TEMPERATURA BRUSCOS
Carencia de
Desinterés por la
investigación en el campo
optimización de Diseño basado en
pavimentos
datos extranjeros ajenos al contexto
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ARBOL DE OBJETIVOS
Desarrollar pavimentos con conceptos Diseñar con tiempos
ingenieriles
de vida realísticos
Usar criterios y experiencias en el diseño de pavimentos
EL INDICE DE DESGASTE NO ES EL MISMO EN CAMBIOS DE TEMPERATURA BRUSCOS
Interesarse por la optimización de
Investigar en campo Diseñar basados en
pavimentos
datos acordes a la realidad
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