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5. Realice la auto evaluación de esta segunda parte con el instrumento de evaluación de la pág.  143 del texto de Arias, respondiendo  las preguntas 7 y 8

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5. Realice la auto evaluación de esta segunda parte con el instrumento de evaluación de la pág.  143 del texto de Arias, respondiendo  las preguntas 7 y 8

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4. Conceptualice y operacionalice las variables del tema en una matriz y adjunte a su trabajo. (Revisar Capítulo 5: Variables, Dimensiones e Indicadores pág. 57 a 66).

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4. Conceptualice y operacionalice las variables del tema en una matriz y adjunte a su trabajo. (Revisar Capítulo 5: Variables, Dimensiones e Indicadores pág. 57 a 66).

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DEFINICIÓN DE LAS VARIABLES

VARIABLE INDEPENDIENTE.

Material de mejoramiento tratado con emulsión asfáltica

VARIABLE DEPENDIENTE.

Base/ sub-base de estructura de pavimento

OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES.

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3. Plantee las hipótesis,  si es que el tipo de estudio lo amerita (revisar Capítulo 4: Hipótesis, pág. 47 a 55)

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3. Plantee las hipótesis,  si es que el tipo de estudio lo amerita (revisar Capítulo 4: Hipótesis, pág. 47 a 55)

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HIPÓTESIS

La mezcla del material de Mejoramiento con Emulsión Asfáltica cumple las especificaciones y normas técnicas propuestas por el MTOP, y pueden ser utilizados como Base/Sub-base en la estructura del pavimento.

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2.Aplique lo analizado en el punto uno y construya el marco teórico en máximo 5 páginas, considerando mínimo 10 citas bibliográficas actualizadas de al menos tres autores o fuentes científicas. Así mismo elabore un esquema de las bases teóricas en función del tema del anteproyecto de  investigación y adjunte a su trabajo (ver ejemplo en página 107)

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2.Aplique lo analizado en el punto uno y construya el marco teórico en máximo 5 páginas, considerando mínimo 10 citas bibliográficas actualizadas de al menos tres autores o fuentes científicas. Así mismo elabore un esquema de las bases teóricas en función del tema del anteproyecto de  investigación y adjunte a su trabajo (ver ejemplo en página 107)

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MARCO TEÓRICO

MÉTODOS DE DISEÑOS EMPÍRICOS

Generalmente se usan métodos empíricos o mecánicos para el diseño de una estructura de pavimento flexible. La metodología empírica tiene  as relación con los pavimentos construidos in situ, mediante las mediciones y observaciones de campo, con aquellos factores que provocan la disminución de funcionalidad de la estructura, los factores que influyen de forma importante son; la calidad de los materiales utilizados para la construcción, el tipo de suelo y el mejoramiento o fundación de la sub-rasante, las condiciones climáticas también llamadas condiciones ambientales principalmente la temperatura y la lluvia, y el más importante de todos que es la carga vehicular provocada por el tránsito.

Todos estos factos influyentes en la construcción de la estructura de pavimento son estudiados para relacionarlos a los mecanismos que le darán la importancia a la estructura y encontrar el método adecuado de construcción.

MATERIAL DE MEJORAMIENTO ESTABILIZADO

La capa de mejoramiento forma parte de la estructura de pavimento, se la denomina también como una sub-rasante mejorada, que es sobre la cual se apoya el resto de la estructura, este material de mejoramiento es para mejorar las sub-rasante cuando no cumple las características ya que su valor de CBR está por debajo del 3%.

La estabilización es un tratamiento que se le da al material utilizando productos estabilizadores como; el cemento, el asfalto, la emulsión asfáltica y la cal, estos productos se mezclan al material con el fin de mejorar sus características de estabilidad y resistencia para poder usarlos como un material mejorado que alcance las características de una sub-base o unas base, tomando en cuenta también aspectos económicos.

EMULSIONES ASFÁLTICAS

Es un conjunto de pequeñas partículas dispersas producidas por la mezcla de asfalto, productos emulsificantes y agua, esta combinación crea una mezcla estable. Este sistema de emulsiones se forma en dos fases; donde una fase se llama dispersante que se la conoce también con el nombre de fase continua y la otra se llama dispersa o fase discreta.

COMPOSICIÓN DE LA EMULSIÓN ASFÁLTICA

“La emulsión está compuesta por:

· 60% de asfalto: Se recomienda utilizar el asfalto (150-200) que es menos viscoso y por tanto requiere de una menor temperatura (120° C-130° C) para la elaboración de la emulsión. En caso de usar el asfalto (50-70) se calentará a una temperatura que oscile en el rango de (160° C - 180° C).

38.5% de agua destilada con un PH entre (9-11)
1.5% de emulgente, resina vegetal (Vinsol) (80 - 85) % y sosa cautica (10 – 15) %”.[1]

AGENTE EMULSIVO

El agente emulsivo es uno de los agregados o componentes más importantes de la emulsión asfáltica, puesto que las que las propiedades de emulsión dependen principalmente de este agente. Este agente controla la rotura y mantiene en suspensión unas gotitas de asfalto. El agente emulsivo es una sustancia tenso-activa que influye mediante la tensión superficial.

OBJETIVO DEL AGENTE EMULSIVO

El agente emulsivo tiene como objetivo, que se disperse establemente en el agua el contenido de asfalto, con una estabilidad suficiente para ser bombeada y almacenada mediante el periodo de mezcla y prolongación. La emulsión asfáltica al tener contacto con el agregado en un mezclador debe romper inmediatamente, o mediante la distribución la rotura se forma en la separación del asfalto con el agua, para luego hacer el curado conservando la resistencia, la durabilidad y la capacidad adhesiva al agua, características que se sostienen del contenido asfaltico con el cual fue elaborado.

VARIABLES QUE AFECTAN LA CALIDAD Y EL RENDIMIENTO DE LA EMULSIÓN ASFÁLTICA

“Existe una variación de factores que pueden alterar las características de la emulsión en las distintas fases de elaboración, almacenamiento, el uso y la forma de comportarse. Todos los factores existentes tienen una importancia irrelevante en la alteración de la emulsión. Entre las variables se describen las siguientes:

·         Propiedades químicas de la base de cemento asfáltico.

·         Dureza y cantidad del cemento asfáltico de base

·         Tamaño de las partículas de asfalto en la emulsión.

·         Tipo y concentración del agente emulsivo.

·         Condiciones de elaboración tales como temperatura, presión, y   esfuerzo para separar las partículas de asfalto (afectan al molino coloidal)

·         Carga iónica en las partículas de emulsión.

·         Orden en que se agregan los elementos.

·         Tipo de equipo empleado en la elaboración de la emulsión.

·         Propiedades del agente emulsivo.

·         Adición de modificadores químicos o de polímeros.

·         Calidad del agua (dureza del agua) .”[2]

LAS EMULSIONES

Las emulsiones pueden ser definidas como la mezcla de dos líquidos que no pueden ser mezclados, como una dispersión fina estabilizada entre ambos líquidos, unidos por un emulsificante y un emulgente. El sistema de la emulsión está constituidos por las fases de, una posibilidad nula total en la mezcla de los dos líquidos y una posibilidad nula parcial de mezcla.

IMPORTANCIA DEL TAMAÑO DE PARTÍCULAS EN LAS EMULSIONES

“La ciencia de las emulsiones requiere un capítulo especial, ya que este tipo de sistemas no está en el dominio microscópico (del orden de 1Å), ni en el dominio macroscópico (del orden de 100 micras)”2. Ellas se encuentran en un nivel de descripción intermedio llamado mesoscópico.

Cuando subdividimosun trozo de material, el área totalde laspartesesmayor que eláreaoriginal.Esto esdebidoaque, comoelvolumenvacomo R3,aldividir el radio,porejemploalamitad,elvolumensereduceporunfactorde8y comola masaesproporcionalalvolumen,elnúmerodeesferasseincrementaporun factor también de8.

LOS EMULSIFICANTES

Un emulsificante es un conjunto de elementos orgánicos con un elevado peso molecular que se asemeja entre 100 y 300, tiene una cadena hidrocarbonada sea esta de forma lineal o cíclica, a la que se la conoce como parte hidrofóbica, que puede disolverse al mezclarse con un líquido en el medio orgánico como puede ser el caso del asfalto, y tiene un grupo polar de tipo orgánico e inorgánico, al que se lo denomina como parte hidrofilica, y esta puede disolverse al mezclarse en el medio abundante de agua.

Los emulsificantes de manera general están compuestos por alkilo R el cual es una cadena hidrocarbonada sea esta de forma lineal o cíclica, lo que es un componente hidrofóbico y un grupo polar de tipo orgánico e inorgánico, lo que es un componente hidrofilico, que se encuentra re-direccionado y se separan con el contacto del agua, quedando cargas positivas o negativas según qué tipo de emulsificante sea.

Las emulsiones definen su tipo de acuerdo al tipo de emulsificante. Los aniónicos, contienen grupos ácidos en su cadena hidrocarbonada con una carga eléctrica negativa, y tiene una fórmula de manera general que se representa como: R-COONa. Donde R es la cadena de ácido graso que constituye la parte polar de la molécula y COONa es la parte polar.

Para estabilizar el sistema se necesitan estabilizantes iónicos, puesto que estas partículas obtienen cargas del mismo signo que se repelen entre ellos.

ESTABILIDAD DE LAS EMULSIONES

Para la estabilidad de las emulsiones tenemos, las liofilicas que es una solución estable de manera indefinida, por otro lado están las liofóbicas, a estas emulsiones no les agrada el solvente, tratándose de separar en dos fases con el objetivo de disminuir la energía libre superficial de Gibbs, y esto las vuelve inestables.

Puesto a la diferencia variada en los tipos de estabilidad, se pone la concentración en la estabilidad por separación de fases. El significado de esta inestabilidad es que se van formando agregados o partículas más grandes cuando las partículas empiezan a unirse. Un sistema de estabilidad se lo define cuando de manera uniforme se distribuye en el medio continuo las pequeñas partículas en la emulsión, y de esta manera tengan una permanencia en el transcurso del tiempo.

TIPOS DE EMULSIONES ASFÁLTICAS

De acuerdo al tipo de emulgente, estas emulsiones pueden clasificarse de la siguiente manera:

·         Emulsiones Anicónicas

Es cuando se sumergen dos electrodos en ella y hace que pase una corriente eléctrica, los glóbulos se dirigen hacia el lado positivo, por lo que hace que posea cargas negativas.

·         Emulsiones Catiónicas

La estabilidad de las emulsiones catiónicas queda asegurada por la oposición electroestática de los glóbulos de asfalto, los cuales forman cargas positivas alrededor.

Las emulsiones asfálticas por su estabilidad se clasifican en los siguientes tipos:

·         De rompimiento Rápido

Este tipo se lo puede utilizar en carpeta por sistema de riegos y también para riegos de liga.

·         De rompimiento medio

Este tipo se aplica para carpetas de mezcla en frio elaboradas en planta, se los utiliza mayormente en trabajos como; nivelación, bacheos y sobrecargas, y se lo utiliza también en casos en el que el contenido de finos es menor o igual al 2%.

·         De rompimiento lento

Este tipo se aplica para carpetas de mezcla en frio elaboradas en planta y para estabilizar asfalto.

·         Para Impregnación

Este tipo se lo utiliza para proteger de las variaciones del medio ambiente a la sub-base y/o base hidráulica.

·         Súper Estables

Este tipo se lo aplica para la recuperación de pavimentos y para la estabilización de materiales.

VENTAJAS DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS

A continuación veremos una lista de ventajas que tienen las emulsiones asfálticas sobre las mezclas asfálticas fundidas en caliente y los asfaltos rebajados o tratados.

Ø   Esunliganteasfálticonopeligrosonicontaminante,yaque su valor de agua como solvente es de 35 al40%.

Ø   Tieneunagran capacidad de adherencia concualquieragregadopétreo, apesar de que laenormedispersióndelas partículasdeasfaltodetamaño muy pequeño y el uso de agentes emulsificantes de tipo catiónico forman condiciones dehumedadadversas.

Ø   Presentaun bajocosto delafasedispersante, que esel agua.

Ø   El manejo que tiene es seguro y sencillo, gracias a que a temperatura ambiente tiene una baja capacidad viscosa.

Ø   Tieneunlímitedealmacenamientomuy amplio,yaque debido a la causa de igualdad de lasdensidadesdesuscomponentes, estepuedeser almacenadoporsemanasomeses.

Ø   Seaplicaenunlapsomuy cortodetiempo,permitiendolapronta funcionalidad delaobra en queseestéusando.

Ø   Se puede eliminarlatransportaciónde este tipo de materialespor grandesdistancias, si se usan materiales pétreos locales.

Ø   Cuando todoslos componentes se aplicana temperaturaambiente, se hace más sencillo el uso del equipo de aplicación.

Ø   Al aplicarlo enfrío,se puede evitar laalteración delmedioambientepara que la emisión de gases ohumosquede suprimida.

Ø   Cuando es recuperable, no se crea problema en el desperdicio del agua usada como solvente.

Ø   Recomendaciones   para   el   uso   de   emulsiones asfálticas

Ø Las recomendaciones más general es para el uso de las emulsiones asfálticas son las que se describen a continuación:

Ø   Sieldepósitoseusóparaalmacenaremulsionesaniónicasy sevana almacenaremulsiones catiónicas,esnecesarioneutralizarlaacciónde aquellalavandoeltanque,primeroconaguay posteriormenteconácido clorhídrico diluido aluno porciento.

Ø   Por  el  contrario,  si  el  depósito  se  usó  para  almacenar  emulsiones catiónicasysequierealmacenaremulsionesaniónicas,setendráquelavar con aguayneutralizarlo con sosacáusticaal0.3 por ciento.

Ø  Paradescargarmás emulsiónsobrelayaalmacenada,es necesarioqueel tubodedescargalleguealfondoparanoromperlanatadelasuperficie, deotraforma, se corre elriesgo deobstruir lasbombas

Ø   Cuando unafábricao compañía está establecidapermanentemente en una regióndondeseregistrantemperaturasmuybajas,lostanquesdebentener unsistemade calentamientoadecuadoo estarcubiertoscon algúnsistema aislante, para evitar la congelación.

Ø  Antes  de  recibir  una  emulsión  en  obra,  se  recomienda  comprobar  su calidad y el tipo de emulsión de que se trate, haciendo las pruebas de identificación que se recomiendan en cada caso.

Ø  Una emulsión que cumple con las especificaciones de calidad, puede estar almacenada durante más de un año, si se recircula sistemáticamente para mantenerla homogénea.

Ø  Los   tanques   de   almacenamiento   deberán   tener   un   sistema   de recirculación,con elobjetodeevitar el asentamiento del asfalto contenido en laemulsión.

Ø  Cuandolostanquesde almacenamiento seanlosqueusauna compañía constructora,los depósitos seprotegeránconmechones alrededor,loque será  suficiente  para  que  no  baje  la  temperatura.  Si  los  tanquesestán enterrados,nohay necesidaddetomarotramedidaparaevitarla congelación.

Ø  Laemulsión,unavezqueesdesestabilizada(oseaqueyaseprodujoel rompimiento),nodebedere-emulsificarseaúnenpresenciadeaguay del pasodelosvehículos;porestemotivoesmuy importantequeel emulsificanteseael adecuado.

Ø  La temperatura ambiente que debe existir al aplicarse la emulsión, deberá ser de 10ºC mínimos y de forma ascendente y nunca debe de hacerse cuando baje la temperatura.

ESTUDIOS DE SUELOS

Son estudios que permiten identificar y conocer las características mecánicas y físicas del suelo, y definir los elementos por el cual está compuesto este material en la profundidad de las capas, de tal forma como es el tipo de cimentación más favorable y las deformaciones que va a sufrir la estructura por causa de los pesos establecidos.

Entre los estudios de suelos más frecuentes para el conocimiento de las características del material tenemos los siguientes:

·         Humedad Natural

·         Límites de Atterberg

·         Granulometría (gruesa y fina)

·         Compactación (proctor)

·         Abrasión

·         CBR

Humedad Natural

Define la cantidad de agua que retiene la masa de ese material en su estado natural.

El procedimiento de este ensayo consiste en poner a secar una muestra del material dentro de un horno a una temperatura de 105°C durante 24 horas.

Límites de Atterberg

Los límites de Atterberg son denominados como límite líquido y límite plástico, y estos límites tienen como función caracterizar el comportamiento de suelos finos.

Límite Líquido

Es cuando el material de suelo pasa de un estado plástico a un estado líquido, para conocer la caracterización del material se usa la cuchara de Casagrande.

El procedimiento que se lleva a cabo es, tomar una muestra pequeña de material y añadirle agua hasta que se forme una masa pastosa ligeramente húmeda, luego se coloca una porción de la masa en la cuchara de Casagrande y se pule la superficie superior hasta que este quede paralelo a la base del instrumento, con el ranurador se hace la incisión en el centro de la masa de tal manera que se visualice el fondo de la cuchara de Casagrande, se recomienda girar la manivela dejando que la cuchara golpee con la cazuela contando los golpes necesarios que se van dando, y si no se cumple en el primer intento debe seguir intentando variando el suelo o el agua hasta que se cumplan las tres muestras que deben contener diferentes porcentajes de agua considerando un óptimo de golpes de 15, 25, 35 secuencialmente. Luego se pesan las taras, se coloca las masas en las taras marcadas y se meten al horno para su secado y luego timar el peso seco de la muestra.

Límite Plástico

Este estudio se lo hace para determinar la plasticidad del material que funciona en base a la deformación del suelo.

El procedimiento a seguir se basa en, tomar una muestra pequeña y humedecerla hasta obtener una masa o pasta, se la coloca en una placa de vidrio en la que amasándola se formara un rollito de 3mm de diámetro, a medida que se hace el rollito se va observando para detectar grietas y colocar el rollito en una tara pesada con anterioridad, usando tres taras que contengan tres rollitos cada una, luego se mete al horno para después hallar mediante cálculos la humedad en el límite plástico.

Granulometría

Es una distribución de las partículas del material en sus diferentes tamaños que se van determinando por medio de tamices, para la granulometría se hace granulometría gruesa y granulometría fina o lavada.

Granulometría gruesa

Para este estudio se pasa el material por los tamices de; 4, 3, 2, 1½, 1, 3/4, 3/8 en pulgadas y retenido en el tamiz N°4.

El procedimiento consiste en pesar todo lo que se va quedando retenido en cada tamiz para luego clasificar la función  que cumple como capa en la estructura de pavimento.

·         Granulometría fina

Para este estudio el material pasante del tamiz N°4 tiene que pasar los tamices N°; 10, 40 y 200.

Para el procedimiento se toma una muestra de 500gr del material pasante en el tamiz N°4 y mientras se pasa por los tamices antes mencionados se va lavando el material para que su estudio se más efectivo puesto que es una muestra pequeña, una vez lavada la muestra recojo lo retenido y lo meto en el horno a secar, para luego pesar lo retenido en cada uno de los tamices usados en este ensayo.

Compactación o Proctor

Es un procedimiento o estudio importante para el control de calidad de la compactación del material, mediante este ensayo es posible determinar la máxima densidad en el terreno con relación al grado de humedad, a una energía determinada de compactación. Existen dos formas de ensayo el proctor standard y el proctor modificado que lo que varía es el número de golpes.

El procedimiento consiste en tomar 3 a 4 muestras de 5000gr cada una pasantes del tamiz 3/4 y se le pone diferentes porcentajes de agua a cada muestra, se recomienda como porcentajes óptimos el 0%, 3%, 6% y 9% y se usa un cilindro o molde donde se harán 5 capas de material, compactadas cada una con 56 golpes generados por un martillo de caída de 10lb, en el cual ya en el 9% de agua debería bajar el peso.

Abrasión

Es el desgaste que tiene el material por causa de las condiciones de compactación o asentamientos.

El procedimiento es tomar una muestra de 1250gr retenidos en los tamices de 1, 1/2, 3/4, 3/8 pulgadas teniendo una muestra total de 5000gr que se meten en la máquina de los Ángeles con las 12 esferas de acero y se deja dar 500 vueltas, para luego determinar el porcentaje de desgaste que tiene el material.

CBR

Este ensayo es para determinar la capacidad de soporte del suelo, midiendo la resistencia del esfuerzo cortante del suelo, determinando las características del terreno para una sub-rasante, sub-base y base de una estructura de pavimento.

El procedimiento es tomar 6 muestras de 6000gr cada una pasante del tamiz 3/4, se le coloca un porcentaje de agua a cada muestra, que se colocara en cada cilindro haciendo 5 capas de material en cada uno, donde se harán 2 cilindros con 61 golpes, otros 2 con 27 golpes y los últimos 2 con 11 golpes por cada capa, los golpes se los dará con un martillo de caída de 10lb, y antes de compactar el material se coloca un fondo falso y un filtro de papel, después se enraza para darle la vuelta al cilindro. Una vez dada la vuelta y asegurado el cilindro se le colocan las pesas donde 3 cilindros de 61,27 y 11 golpes sucesivamente van a la piscina, es a este que se le denomina CBR en mojado o sumergido que es donde va a existir una saturación del suelo, y los otros tres cilindros se los deja al ambiente que es a lo que se le denomina CBR en seco.

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