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UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL PLAN DETESIS PRESENTADO POR RAMON DE LA CRUZ ROSSY TATIANA PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL Asesor: Mg. Ing. Juan Carlos Gallardo Mendoza Huancayo – Perú 2022 INFLUENCIA DE LOS POLÍMEROS RECICLADOS (HDPE) Y SBR EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE PARA PAVIMENTOS EN LA CIUDAD DE HUANCAYO i DEDICATORIA A mis padres, a mi hermano, familiares y amistades que me brindaron su apoyo incondicional y darme aquella confianza de superar los obstáculos que se presentaron en la carrera. ii ÍNDICE DEDICATORIA ............................................................................................................ i RESUMEN ................................................................................................................. vi INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 2 Capítulo I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................ 3 1.1. Identificación y descripción del problema ...................................................... 3 1.2. Formulación del problema ............................................................................. 4 1.2.1. Problema general ................................................................................... 4 1.2.2. Problemas específicos............................................................................ 4 1.3. Objetivos ....................................................................................................... 4 1.3.1. Problema general ................................................................................... 4 1.3.2. Objetivos específicos .............................................................................. 4 1.4. Justificación e importancia ............................................................................ 5 1.4.1. Justificación desde el punto ambiental ................................................... 5 1.4.2. Justificación desde el punto de vista tecnológico ................................... 5 1.4.3. Justificación social y económico ............................................................. 6 1.5. Limitaciones de la investigación .................................................................... 6 1.5.1. Limitación de recursos ............................................................................ 6 Capítulo II MARCO TEÓRICO ................................................................................... 7 1.6. Antecedentes del proyecto ............................................................................ 7 1.6.1. Antecedentes nacionales........................................................................ 7 1.6.2. Antecedentes internacionales ................................................................. 7 1.7. Bases teóricas de la investigación ................................................................ 8 1.7.1. Mezclas asfálticas en caliente (MAC): .................................................... 8 1.7.2. Propiedades de las MAC´S .................................................................... 9 1.7.3. Generalidades de los asfaltos .............................................................. 10 1.7.4. Características del asfalto .................................................................... 11 https://d.docs.live.net/3d05f98cf0a71962/Escritorio/taller%20de%20investigación/TRABAJO%20FINAL%20PLAN%20DE%20TESIS.docx#_Toc109668685 iii 1.7.5. Tipos de asfalto .................................................................................... 13 1.7.6. Especificaciones de asfaltos y usos ..................................................... 15 1.7.7. Agregados pétreos ............................................................................... 15 1.7.8. Clasificación de los agregados ............................................................. 16 1.7.9. Propiedades de los agregados ............................................................. 16 1.7.10. Especificaciones de los agregados ................................................... 20 1.7.11. Polímeros .......................................................................................... 21 1.7.12. Clasificación de los polímeros ........................................................... 22 1.7.13. Polietileno de alta densidad (HDPE) ................................................. 22 1.7.14. Características del HDPE .................................................................. 23 1.7.15. Usos y aplicaciones de HDPE ........................................................... 23 1.7.16. Ventajas del HDPE ............................................................................ 23 1.7.17. Estireno butadieno (SBR) .................................................................. 24 1.7.18. Aplicaciones del SBR ........................................................................ 25 1.7.19. Características del SBR .................................................................... 25 1.7.20. Propiedades del caucho SBR............................................................ 25 1.7.21. Reciclaje de polímeros ...................................................................... 26 1.7.22. Reciclaje del plástico HDPE .............................................................. 28 1.7.23. Reciclaje del caucho SBR ................................................................. 29 1.8. Definición de términos básicos .................................................................... 31 1.9. Delimitación de la investigación .................................................................. 32 Capítulo III HIPOTESIS Y VARIABLES .................................................................... 33 1.10. Hipótesis .................................................................................................. 33 1.10.1. Hipótesis general ............................................................................... 33 1.10.2. Hipótesis específicas ......................................................................... 33 1.10.3. variables ............................................................................................ 33 1.10.4. Operacionalización de variables ........................................................ 34 iv Capítulo IV METODOLOGÍA .................................................................................... 35 1.11. Metodología de la investigación ............................................................... 35 1.12. Tipo de investigación ............................................................................... 35 1.13. Nivel de investigación .............................................................................. 36 1.14. Diseño de la investigación ....................................................................... 36 1.15. Población y muestra ................................................................................ 37 1.16. Técnicas e instrumentos de recolección de datos ................................... 39 1.16.1. Técnicas de recolección de datos ..................................................... 39 1.16.2. Instrumentos...................................................................................... 40 1.16.3. Criterios de validez y confiabilidad de los instrumentos .................... 40 1.17. Técnicas y procesamiento de análisis de datos ....................................... 41 1.17.1. Técnicas de análisis de datos ........................................................... 41 1.17.2. Procesamiento de datos .................................................................... 41 Capítulo V ADMINISTRACIÓN................................................................................ 43 1.18. Recursos humanos .................................................................................. 43 1.19. Recursos de materiales y equipos ........................................................... 43 1.20. Presupuesto ............................................................................................. 44 1.21. Financiamiento......................................................................................... 46 1.22. Cronograma de actividades ..................................................................... 46 Capítulo VI REFERENCIAS BIBLIÓGRAFICAS ...................................................... 47 ANEXOS .................................................................................................................... 2 v ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Diagrama de fabricación de los productos asfálticos. ................................ 11 Figura 2 Clasificación de polímeros. ....................................................................... 22 Figura 3 Giros oceánicos-islas de plástico. ............................................................. 27 Figura 4 Cementerio de neumáticos Seseña-España.. ........................................... 27 Figura 5 La larga vida de los plásticos en el mar. .................................................... 28 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Usos y rendimientos típicos de asfaltos ...................................................... 15 Tabla 2 Requerimientos para agregados gruesos ................................................... 20 Tabla 3 Requerimientos para agregados finos ......................................................... 21 Tabla 4 Operacionalización de variables .................................................................. 34 Tabla 5 Población .................................................................................................... 38 Tabla 6 Muestra ....................................................................................................... 38 Tabla 7 Personal con participación directa en la investigación ................................ 44 Tabla 8 Bienes de capital ......................................................................................... 44 Tabla 9 Pagos por servicio ....................................................................................... 45 Tabla 10 Insumos para la investigación ................................................................... 40 Tabla 11 Resumen económico ................................................................................. 46 Tabla 12 Cronograma de actividades....................................................................... 46 Tabla 13 Matriz de consistencia ............................................................................... 48 vi … . . RESUMEN La investigación presenta los resultados que se obtuvieron al realizar un diseño de mezclas asfálticas modificadas con polímeros reciclados HDPE (polietileno de alta densidad) y SBR (estireno butadieno). Con la intención de mejorar las características de la mezcla asfáltica convencional, se utilizaron agentes modificantes obtenidos por la trituración de botellas plásticas desechadas (HDPE) y la pulverización de neumáticos usados (SBR), ya que ambos materiales son desechados en grandes cantidades a nivel mundial. El método Marshall fue el que se utilizó para realizar el diseño de mezclas y así obtener los óptimos porcentajes de asfalto, agregado y agentes modificantes (HDPE y SBR). 2 INTRODUCCIÓN La investigación titulada “INFLUENCIA DE LOS POLÍMEROS RECICLADOS (HDPE) Y SBR EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE PARA PAVIMENTOS EN LA CIUDAD DE HUANCAYO “Cuyo problema se representa con la siguiente interrogante ¿De qué manera influyen los polímeros reciclados (HDPE) y SBR en las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo? Por lo que nos planteamos el siguiente objetivo “Determinar la influencia de los polímeros reciclados (HDPE) y SBR en las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo e hipótesis Los polímeros reciclados HDPE y SBR influenciaran significativamente en la estabilidad y flujo Marshall del diseño de mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo El contenido de la presente plan de tesis esta realizada en 3 capítulos ,en el Capítulo I tenemos la descripción del problema que trata sobre la abundancia de plásticos y dicho material es un tipo de contaminante del medio ambiente y también se observó los deterioros en el pavimento, Capitulo II En el Marco teórico aquí tenemos todas las definiciones, ventajas y propiedades del HDPE Y SBR así como también los términos bases de mezclas asfálticas en caliente Capitulo III Hipótesis se pretende demostrar la influencia de los polímeros reciclados HDPE y SBR en la estabilidad y flujo Marshall del diseño de mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo. 3 . . . . . . Capítulo I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Identificación y descripción del problema Las estructuras viales son parte fundamental del desarrollo y crecimiento de la sociedad ya que es el medio más eficaz de transporte. Las vías pavimentadas con asfaltos convencionales representan un comportamiento adecuado en la mayoría de casos y condiciones, pero la influencia de los crecientes volúmenes de tránsito, el aumento de las cargas aplicadas, la exposición a los agentes geomorfológicos externos (desmoronamientos de rocas, la acción de las lluvias, aguas subterráneas, etc.) y las variaciones térmicas como la excesiva radiación solar y las fuertes heladas, han provocado mayores deformaciones, roturas y desprendimientos permanentes y prematuros sobre dichas vías. Teniendo en cuenta que en la ciudad de Huancayo se produce un problema en cuanto al manejo de desperdicios como polímeros, específicamente del polietileno de alta densidad (HDPE), y el caucho SBR, y, teniendo en cuanta propiedades físicas (elasticidad, alta extensibilidad, termoplásticos, entre otros) y mecánicas (resistencia, dureza y elongación) con las que cuentan estos elementos, las hacen más aprovechables en comparación de otros polímeros, por tanto, el empleo de estos materiales para mejorar las propiedades de las mezclas asfálticas nos orienta al desarrollo de pavimentos con envejecimiento menos rápido, con mejores propiedades físicas, mecánicas y dinámicas. Por tal, se tiene la intención de producir un asfalto modificado que nos dé como ventaja la producción de un pavimento con mayor vida útil, es decir que el envejecimiento del pavimento se produce tardíamente, siendo así un pavimento 4 reutilizable y que requiere menos mantenimiento, por lo tanto, menores gastos a largo plazo. 1.2. Formulación del problema 1.2.1. Problema general ¿De qué manera influyen los polímeros reciclados (HDPE) y SBR en las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo? 1.2.2. Problemas específicos PE1 ¿De qué manera influyen los polímeros reciclados (HDPE) y SBR en la estabilidad Marshall de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo? PE2 ¿De qué manera influyen los polímeros reciclados (HDPE) y SBR en el flujo de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo? 1.3. Objetivos 1.3.1. Problema general Determinar la influencia de los polímeros reciclados (HDPE) y SBR en las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticasen caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo. 1.3.2. Objetivos específicos OE1 Determinar la influencia de los polímeros reciclados (HDPE) y SBR en la estabilidad Marshall de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo 5 OE2 Determinar la influencia de los polímeros reciclados (HDPE) y SBR en el flujo de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo 1.4. Justificación e importancia 1.4.1. Justificación desde el punto ambiental Hasta el año 2018, en Perú, se ha registrado que solo se recicla un 1.9% del total de residuos sólidos reciclables, y solo 0.3% del total de plástico desechado es reutilizado, siendo este un problema medio ambiental y de salud pública, puesto que la mayoría de los residuos que no son reciclados no son tratados adecuadamente, información que será detallada más adelante. El reciclaje es una de las actividades más importantes puesto que de esta manera se contribuye a la preservación de recursos naturales, la disminución de la contaminación, ahorro de energía (facilita el proceso de fabricación y disminuye gases de efecto invernadero), ahorro de dinero, ahorro de petróleo (tanto en la producción de envases de plástico como de cemento asfáltico), etc., por lo tanto, es necesario mejorar la calidad del proceso de reciclado y reutilización de estos residuos, ya que la mayor parte de materiales reciclados por el método convencional terminan siendo abandonados. 1.4.2. Justificación desde el punto de vista tecnológico Ante los bajos registros que se tienen sobre el reciclaje en nuestro país en cuanto al HDPE (polietileno de alta densidad) y SBR (hule estireno butadieno) es necesario promover nuevas tecnologías de reciclaje en cuanto a estos materiales; como se aborda en esta tesis, que plantea emplear el HDPE y SBR como un componente que mejore la mezclas asfálticas en caliente (MAC) y así mejorar la calidad del pavimento asfáltico, cuyo periodo de vida (durabilidad) se ha visto afectada constantemente ante las condiciones climatológicas y fenómenos de meteorización a los que se expone en de la ciudad de Huancavelica, además, el pavimento asfáltico convencional empleado en la ciudad de 6 Huancayo presenta un comportamiento poco ideal para las condiciones mecánicas, dinámicas, físicas y demás condiciones a las que se somete. Por tanto, el mejoramiento del asfalto con polímeros HDPE (polietileno de alta densidad) y caucho SBR propone mayor resistencia térmica, la mejora de la flexibilidad y elasticidad, y aumento en la resistencia al envejecimiento del pavimento. Dichos aspectos definen su durabilidad y por ende el aumento de la vida útil del pavimento. 1.4.3. Justificación social y económico Las carreteras proporcionan la accesibilidad necesaria a servicios básicos como sanidad, educación, centros de trabajo, etc., por lo tanto, se puede decir que una vía de trasporte es una necesidad obvia desde el punto de vista económico y social, además, si se tiene una vía correctamente implementada y con un diseño previsto a futuro (para una población creciente) se puede asumir la confiabilidad del servicio. Si se tiene una vía de trasporte confiable, se garantiza la mejora de la calidad de vida del pavimento. 1.5. Limitaciones de la investigación 1.5.1. Limitación de recursos El trabajo de investigación realizado tuvo limitaciones en cuanto recursos para la ejecución del antes mencionado como la adquisición de diversos materiales, como el cemento asfáltico, termómetro asfáltico, recipientes, entre otros, debido a la falta de comercialización de estos recursos en Huancayo. Así mismo los resultados obtenidos en cuanto al ensayo de mezclas asfálticas en temperaturas bajas, nos brindaron resultados acordes a las temperaturas mínimas registradas durante la época en la ciudad de Huancayo, por lo tanto, dichos resultados se enfocan directamente como válidos en la zona antes mencionada, sin embargo, la estructura del estudio contribuye a la futura elaboración de estudios más profundizados en cuanto a la diversidad climatológica de la región o zona donde se pueda aplicar esta investigación. 7 . . . . . . Capítulo II MARCO TEÓRICO 1.6. Antecedentes del proyecto 1.6.1. Antecedentes nacionales Martínez Dongo (2003), “Empleo del polímero SBR en la fabricación de mezclas asfálticas para zonas de altura”, Universidad Nacional de Ingeniería Lima – Perú, donde su objetivo principal es: establecer en que forma la incorporación de polímeros a los ligantes bituminosos afecta sus parámetros reológicos y las propiedades físico – mecánicas de las mezclas asfálticas para poder usarse en regiones establecidas como Zonas de Altura. De la investigación se concluye con lo siguiente: Por tener un clima variable con temperaturas extremas durante todo el día, y añadiéndole a esto el problema de una fuerte radiación solar (rayos ultravioletas) hacen que la vida útil del pavimento sea corta, por lo que se puede afirmar que adicionando polímero a los asfaltos (modificándolos) mejoraremos el comportamiento de estos a bajas temperaturas en regiones de altitud, logrando prolongar la vida de los pavimentos en dichas regiones. 1.6.2. Antecedentes internacionales Rodríguez Gallego (2005), “Mejora de una mezcla asfáltica drenante con adición de caucho e icopor”, Pontificia Universidad Javeriana Bogotá - Colombia, donde su objetivo principal es: encontrar el máximo contenido de vacíos posible compatible con una buena resistencia a las cargas del tráfico sin disgregar, mediante el uso de agregados y asfalto 8 de buena calidad, una granulometría especial y una dosificación en el laboratorio adecuado. De la investigación se concluye con lo siguiente: Se obtuvo una mezcla que, gracias a su granulometría y a la combinación de polímeros, presenta mejoras frente a las mezclas que solo utilizan icopor. La adición de caucho dentro de la mezcla asfáltica generó mejor comportamiento a pesar de que la dosificación de esta mezcla no se encontraba en una combinación óptima. En esta entrada vamos aprender los aspectos básicos de la configuración de tabla, incluidos los componentes de la tabla, dónde agregar bordes y cómo manejar tablas largas o anchas. Tablas y las figuras tienen la misma configuración general. 1.7. Bases teóricas de la investigación 1.7.1. Mezclas asfálticas en caliente (MAC): Constituye el tipo más generalizado de mezcla asfáltica, y se define como mezcla asfáltica en caliente a la combinación de un ligante hidrocarbonado, agregados incluyendo el polvo mineral y, eventualmente, aditivos, de manera que todas las partículas del agregado queden muy bien recubiertas por una película homogénea de ligante. Su proceso de fabricación implica calentar el ligante y los agregados (excepto, eventualmente, el polvo mineral de aportación) y su puesta en obra debe realizarse a una temperatura muy superior al ambiente. En una mezcla asfáltica en caliente de pavimentación, el asfalto y el agregado son combinados en proporciones exactas: Las proporciones relativas de estos materiales determinan las propiedades físicas de la mezcla y, eventualmente, el desempeño de la misma como pavimento terminado. 9 1.7.2. Propiedades de las MAC´S a. Propiedades mecánicas ➢ Estabilidad Marshall: la estabilidad es la capacidad que tiene la mezcla asfáltica de resistir la deformación bajo repetidas cargas de tránsito, deseándose un pavimento estable capaz de mantener su forma bajo las cargas a las que es sometida. ➢ Flujo: determina la estabilidad y plasticidad de la mezcla asfáltica. No existe un valor ideal, pero hay límites aceptables. Si el flujo en el contenido óptimo de asfalto sobrepasa el límite superior, la mezclase considera demasiado plástica o inestable, y si está bajo el límite inferior esta se considera demasiado rígida. b. Propiedades adicionales del estudio ➢ Relación de vacíos: son los espacios de aire que hay entre los agregados revestidos de asfalto, a partir del cual se pueden deducir propiedades de la mezcla asfáltica como: textura, exudación, impermeabilidad, resistencia al deslizamiento, durabilidad y flexibilidad. ➢ Vacíos en el agregado mineral (VMA): Son los espacios de aire existentes entre los espacios llenos de asfalto y las partículas de agregado de la mezcla asfáltica compactada, dicha propiedad contemplará la durabilidad de la mezcla asfáltica. ➢ Vacíos llenos de asfalto (VFA): El VFA representa los espacios llenos de asfalto en volumen efectivo relativo a la cantidad de vacíos en el agregado (VMA y Va), propiedad que determinará la estabilidad, resistencia al resbalamiento, durabilidad, fatiga, flexibilidad y trabajabilidad de la mezcla asfáltica. ➢ Gravedad específica Bulk: es la relación existente entre el peso seco de la muestra y el volumen de las partículas del agregado más los vacíos llenos de agua. 10 ➢ Densidad: La densidad de la mezcla está definida como su peso unitario (el peso de un volumen específico de mezcla). La densidad es una característica muy importante debido a que es esencial tener una alta densidad en el pavimento terminado para obtener un rendimiento duradero. 1.7.3. Generalidades de los asfaltos El manual del Asfalto del Asphalt Institut (Pág. 20) nos indica que: “Según la ASTM Standard D8, el asfalto es un material aglomerante sólido o semisólido de color que varía de negro a pardo oscuro y que se licúa gradualmente al calentarse, cuyos constituyentes predominantes son betunes que se dan en la naturaleza en forma sólida o semisólida o se obtienen de la destilación del petróleo; o combinaciones de estos entre sí o con el petróleo o productos derivados de estas combinaciones”. El asfalto es una combinación de hidrocarburos, los cuales, en conjunto, adquieren propiedades termoplásticas, cuyo nivel de consistencia varía de sólido a semisólido al encontrarse a temperatura ambiente y líquido viscoso a medida que la temperatura aumenta. Los asfaltos se pueden encontrar de manera natural en estado puro o con una matriz de agregados pétreos, sin embargo, el asfalto también puede ser producido por el hombre en una planta de refinería llevando a cabo la destilación del petróleo crudo 11 Figura 1: Diagrama de fabricación de los productos asfálticos. Fuente: Portal PetroPerú En la actualidad La Pampilla, Conchan y Talara son las principales refinerías productoras de asfalto en el Perú, estas fabrican una amplia gama de asfaltos, los cuales son usados de acuerdo a las condiciones climáticas de cada región. 1.7.4. Características del asfalto a. Aglomerante Los asfaltos tienden a variar su viscosidad dependiendo a la temperatura, de tal modo, si esta aumenta, el asfalto llega a convertirse en una sustancia fluida permitiéndole adherirse y envolver con mucha facilidad a los agregados, al mismo tiempo que los aglomera. La propiedad aglomerante que posee el asfalto 12 aumenta al enfriarse, y la superficie de contacto entre partículas se incrementa con la compactación, de este modo se da lugar a una mezcla asfáltica con características particulares para la construcción de las diferentes capas que componen la estructura del pavimento. b. Estabilizante Al utilizar el asfalto como agente estabilizador en materiales granulares, se obtiene una alta estabilidad, por lo que es considerado al igual que el cemento y la cal. c. Impermeabilizante Al recubrir con asfalto los materiales granulares, se forma una capa impermeable logrando impedir el paso del agua y se consigue rellenar los huecos dejados por estos, obteniéndose así materiales totalmente impermeables d. Trabajabilidad Por sus propiedades, el asfalto, al ser calentado se convierte en una sustancia fácil de mezclar, colocar y compactar e. Resistencia a los agentes atmosféricos El asfalto es insoluble en agua, por lo que las mezclas asfálticas no generan compuestos contaminantes por lixiviación y su composición permanece inalterable con el 14 tiempo. La evaporación de sus componentes más volátiles y la oxidación hacen que el asfalto pierda tenacidad y se vuelva un producto más frágil, por ello es necesario tener en cuenta su envejecimiento causado por la acción del oxígeno del aire y los rayos ultravioleta, sin embargo, el mayor envejecimiento y oxidación que experimenta el asfalto se da durante su fabricación y puesta en obra. 13 1.7.5. Tipos de asfalto a. Asfaltos solidos También conocidos como cementos asfálticos, estos son asfaltos que se utilizan en mezclas calientes para ser usados en la construcción de pavimentos asfálticos ya que cuentan con propiedades aglomerantes e impermeabilizantes brindando así características de durabilidad, flexibilidad y alta resistencia a los ácidos, sales y álcalis. Este tipo de asfalto es recomendado para la construcción de carreteras, autopistas, etc., formando parte de la capa estructural de la vía, ya que brindan propiedades de flexibilidad, impermeabilidad y durabilidad en presencia de diversos agentes externos como la temperatura ambiental, la altura, el clima y las condiciones severas de tráfico. Clasificación de los cementos asfálticos: A temperatura ambiente, el cemento asfáltico es semisólido y se clasifica por su viscosidad o por su consistencia de acuerdo al grado de penetración. • Por penetración Este sistema se desarrolló a principios de los 1900 para poder caracterizar la consistencia de los asfaltos semisólido Para clasificar los cementos asfálticos por su consistencia de acuerdo al grado de penetración se cuantifican las siguientes características: ➢ Penetración (100 gr, 25 °C, 5 segundos), ➢ Punto de inflamación, ➢ Ductilidad a 25 °c, ➢ Solubilidad en tricloroenato, ➢ Ensayo de película delgada, ➢ Oxidación y envejecimiento, ➢ Penetración retenida, ➢ Ductilidad a 25 °c, 14 ➢ Pérdida de masa, % peso, ➢ Ensayo de la mancha, ➢ Xileno / n-Heptano o nafta estándar. Perú los cementos asfálticos son clasificados por este sistema, teniendo así: ➢ cemento asfáltico 10/20 PEN, ➢ cemento asfáltico 20/30 PEN, ➢ cemento asfáltico 40/50 PEN, ➢ cemento asfáltico 60/70 PEN, ➢ cemento asfáltico 85/100 PEN, ➢ cemento asfáltico 120/150 PEN. b. Asfaltos líquidos Al diluir un cemento asfáltico con un solvente derivado del petróleo se obtiene un asfalto líquido tipo Cutback, sin embargo, el cemento asfáltico también se puede diluir con agua mediante la adición de un emulsificante dando como resultado una emulsión asfáltica. c. Asfaltos líquidos Cutback El asfalto líquido tipo Cutback se clasifica en diferentes grados, teniendo en cuenta el solvente y la cantidad usada para su producción. Si el solvente que se utiliza es muy volátil (gasolina o nafta) se producirá un asfalto líquido de curado rápido (RC), si el solvente a utilizarse posee una volatilidad intermedia (kerosene) se producirá un asfalto líquido de curado medio (MC) y si el solvente tiene poca volatilidad (destilado pesado) se obtendrá un asfalto líquido de curado lento (SC). Los asfaltos tipo Cutback que se producen en Perú son: ➢ Asfalto Cutback MC – 30, ➢ Asfalto Cutback RC – 70, ➢ Asfalto Cutback RC – 250 15 1.7.6. Especificaciones de asfaltos y usos Los diferentes asfaltos deben ser elaborados cuidadosamente bajo precisos controles de calidad utilizando normas y estándares nacionales e internacionales especializadas en asfaltos. Tabla 1: Usos y rendimientos típicos de asfaltosFuente: Portal PetroPerú 1.7.7. Agregados pétreos a. Generalidades El agregado pétreo es un material sólido granular que incluye arena, grava, roca triturada, etc. En la construcción de pavimentos asfálticos, los agregados son muy importantes, ya que en una mezcla asfáltica en caliente el agregado pétreo constituye del 90 al 95% en peso de la mezcla, teniendo así una gran influencia en el producto final además de que la capacidad de carga de la carpeta es esencialmente proporcionada por los agregados, por ello, la calidad de la mezcla no solo depende de la calidad del asfalto, sino también de la calidad de los agregados. CLASE DE ASFALTO USO RENDIMIENTO CEMENTOS ASFÁLTICOS:40-50 PEN, 60-70 PEN, 85-100 PEN y 120-150 PEN MEZCLA EN CALIENTE 30 galones/m3 CONCRETO ASFÁLTICO 4-7% peso total de la mezcla ASFALTO LÍQUIDO RC- 250 ADHESIÓN NUEVA CARPETA ASFÁLTICA Y EXISTENTE 0.05 galón/m2 SELLADO 0.3 galón/m2 MEZCLA ASFÁLTICA EN FRÍO 1.5 - 2.0 galón/m2 PINTURA IMPERMEABILIZANTE 1galón/ 5 a 10 m2 (*) (*) Según espesor de la película NOTA: Resultados de la evaluación realizada en el Laboratorio independiente PRI Asphalt Technologies Inc- USA que cuenta con acreditación AASHTO - USA. 16 1.7.8. Clasificación de los agregados a. Agregados naturales Son los agregados que se utilizan en su forma natural, estos están conformados por partículas que fueron producidas por procesos naturales de degradación y erosión a causa del agua, el viento y otros. La forma de las partículas depende de los agentes que actúan sobre ellas, también existen partículas lisas y redondeadas producidas por las corrientes de agua. b. Agregados procesados (Agregados de trituración) Para obtener este agregado; se extraen rocas de canteras para llevarlas a una trituradora donde son procesadas con el fin de modificar su textura superficial de lisa a rugosa, su forma de redondeada a angular y para poder reducir los tamaños de las partículas. La calidad de este tipo de agregado depende de la calidad de la roca, por ello se debe tener en cuenta que las rocas extraídas de las canteras sean las más apropiadas para que al triturarlas puedan producir un agregado que cumpla con los requisitos mínimos para la elaboración de mezclas asfálticas o cualquier otro uso para el que esté destinado. c. Agregados artificiales. También llamados agregados sintéticos. Son obtenidos por el procesamiento físico o químico de materiales, dentro de ello tenemos al subproducto de procesos industriales como el refinamiento de metales y a la escoria de alto horno (sustancia no metálica obtenida del hierro fundido durante el proceso de reducción). 1.7.9. Propiedades de los agregados En la construcción de pavimentos asfálticos, las propiedades de los agregados son tan importantes como las del asfalto, ya que la calidad de la mezcla obtenida depende de ambos factores. A continuación, se describen las principales propiedades de los agregados. 17 a. Graduación La graduación de agregados es la distribución de las partículas en diferentes tamaños donde cada tamaño está presente en ciertos porcentajes en una serie de tamices. Los agregados se combinan con diversos tipos de asfaltos, obteniendo así, mezclas de utilizaciones muy diversas, es por eso que la gradación requerida depende del uso para el que esté destinado la mezcla. b. Tamaño máximo del agregado Las especificaciones de los agregados tienen en cuenta el tamaño máximo de las partículas, por ello, a continuación, se describe la forma de designar los tamaños máximos. • Tamaño máximo nominal: Se refiere al tamiz inmediatamente superior al primer tamiz que retiene el 10% de material después del tamizado. • Tamaño máximo: Es el tamiz inmediatamente superior al tamaño máximo nominal. c. Textura En las construcciones viales, la textura superficial de los agregados no solo determina la resistencia final de la mezcla y su trabajabilidad, sino también determinan la resistencia al deslizamiento de la capa de rodadura. El asfalto se adhiere con mayor facilidad a los agregados de superficie rugosa, logrando que la resistencia del pavimento aumente al evitar el movimiento de las partículas unas respecto de otras, consiguiendo finalmente que el tránsito vehicular se vuelva más seguro gracias a que la superficie logra obtener un alto coeficiente de fricción. 18 d. Dureza La capa superficial de la estructura del pavimento es la que sufre mayor desgaste, esto no solo se da por la influencia de las cargas de tránsito, sino también por la exposición a los agentes geomorfológicos como el desmoronamiento de rocas, la acción de las lluvias, etc., además de la exposición a las variaciones térmicas como la excesiva radiación solar y las fuertes heladas. Durante la vida de útil del pavimento, al igual que durante la producción de la mezcla, su colocación y compactación, los agregados que se utilizan en la capa superficial deben tener una mayor resistencia a la abrasión y a la degradación que los agregados utilizados en capas inferiores. e. Limpieza El comportamiento del pavimento se ve afectado por el agregado utilizado, por lo que además de la graduación, tamaño y textura, también se debe tener en cuenta la limpieza de los agregados, evitando las cantidades excesivas de materiales indeseables como son los orgánicos, arcillas y otros. Generalmente, la limpieza de los agregados se determina por control visual; sin embargo, si lo que se requiere es una medida exacta, el tamizado por lavado y el ensayo de equivalente de arena proporcionan el porcentaje de material indeseable. f. Capacidad de absorción Si la capacidad de absorción que posee un agregado es alta, entonces este absorberá asfalto incluso después de haber elaborado la mezcla, quedando una cantidad insuficiente en su superficie para ligar las demás partículas; es por ello que la información referente a esta propiedad es muy importante, ya que un agregado poco poroso necesita menor cantidad de asfalto que un agregado poroso. 19 g. Formula de la partícula La forma que posee el agregado no solo afecta la trabajabilidad de la mezcla durante su colocación y compactado, sino también afecta la resistencia del pavimento durante su vida útil. Para la elaboración de mezclas asfálticas se utiliza el agregado grueso y fino; siendo las partículas del agregado fino provenientes generalmente de arenas naturales y se encargan de la trabajabilidad que pueda adquirir la mezcla; mientras que el agregado grueso proviene de la trituración de piedras, ya que lo más conveniente es que las partículas del agregado grueso sean angulares e irregulares, porque estas tienden a entrelazarse unas con otras al compactar la mezcla logrando que las partículas se queden en su lugar, contribuyendo finalmente a la resistencia al desplazamiento cuando el pavimento entre en funcionamiento; muy por lo contrario, las partículas redondas no se adhieren bien al compactar la mezcla, mientras que las partículas planas, alargadas y las de forma de lajas son muy susceptibles a quebrarse al someterlas a las cargas de tráfico. h. Afinidad por el asfalto Es la capacidad de retener asfalto, esta propiedad depende del tipo de roca del que proviene el agregado. Existen rocas hidrofóbicas la cuales repelen el agua, y las rocas hidrofílicas que son las que atraen agua; teniendo en cuenta esto, si el agregado proviene del tipo de roca hidrofóbica, entonces las partículas del agregado resistirán al esfuerzo del agua por separar el asfalto de su superficie; lo contrario sucede si el agregado proviene del tipo de roca hidrofílica, ya que, al entrar en contacto con el agua, el asfalto se separará de la superficie del agregado. Al existir rocas conestas características, es necesario tener en cuenta la afinidad por el asfalto que posee el agregado que se utilizará en la mezcla. 20 1.7.10. Especificaciones de los agregados Los agregados se emplean combinados con asfaltos de diversos tipos para preparar mezclas de utilizaciones muy diversas, por ello sus propiedades tienen gran influencia sobre el producto terminado. Los agregados más empleados son: piedra, grava, arena y filler mineral. En la construcción de pavimentos asfálticos el control de las propiedades de los agregados es muy importante, por ello a continuación se describen brevemente los ensayos normalmente realizados sobre los agregados. Tabla 2: Requerimientos para agregados gruesos. ENSAYOS NORMA REQUERIMIENTO Altitud ≤ 3000 > 3000 Durabilidad (al sulfato de Magnesio) MTC E - 209 18% máx. 15% máx. Abrasión Los Ángeles MTC E - 207 40% máx. 35% máx. Adherencia MTC E - 517 95 95 Índice de durabilidad MTC E - 204 35% mín. 35% mín. Partículas chatas y alargadas ASTM 4791 10% máx. 10% máx. Caras fracturadas MTC E - 210 85/50 90/70 Sales solubles totales MTC E - 219 0.5% máx. 0.5% máx. Absorción * MTC E - 206 1.0% máx. 1.0% máx. *Excepcionalmente se aceptarán porcentajes mayores solo si se aseguran las propiedades de durabilidad de la mezcla asfáltica. Fuente: Manual de carreteras especificaciones técnicas generales para construcción EG 2013(Pág. 560). 21 Tabla 3: Requerimientos para agregados finos. ENSAYOS NORMA REQUERIMIENTO Altitud ≤ 3000 > 3000 Equivalente de arena MTC E - 114 60 70 Angularidad del agregado fino MTC E - 222 30 40 Azul de metileno AASHTO TP 57 8% máx. 8% máx. Índice de plasticidad (malla N° 40) MTC E - 111 NP NP Durabilidad (al sulfato de magnesio MTC E - 209 - 18% máx. Índice de durabilidad MTC E - 214 35 mín. 35 mín. Índice de plasticidad (malla N° 200) MTC E - 111 4 máx. NP Sales solubles totales MTC E - 219 0.5% máx. 0.5% máx. Absorción ** MTC E - 205 0.5% máx. 0.5% máx. **Excepcionalmente se aceptarán porcentajes mayores solo si se aseguran las propiedades de durabilidad de la mezcla asfáltica. Fuente: Manual de carreteras especificaciones técnicas generales para construcción EG-2013(Pág. 560). 1.7.11. Polímeros a. Generalidades Los polímeros son compuestos químicos formados por una unidad básica llamada monómero, los cuales se repiten una y otra vez formando cadenas largas para dar paso a las moléculas del polímero. La mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas. Por lo general, los polímeros tienen una excelente resistencia mecánicas. 22 1.7.12. Clasificación de los polímeros Los polímeros, dependiendo de su estructura, síntesis, producción, aplicaciones, etc., abarcan disciplinas muy variadas, por lo que no pueden ser clasificados de forma general. A continuación, se detallan algunas clasificaciones de los polímeros. Figura 2: Clasificación de polímeros. Fuente: Bach. CASO QUISPE, Sara Wayta y Bach. DE LA CRUZ GUTIERREZ, Gissela 1.7.13. Polietileno de alta densidad (HDPE) El polietileno es un producto de consumo masivo y es el plástico más común a causa de su simplicidad de fabricación y su bajo costo; este material es utilizado ampliamente en la industria de envasado de alimentos y bebidas, su producción a nivel mundial es de aproximadamente 80 millones de toneladas al año. De acuerdo a los volúmenes vendidos a nivel mundial, los grados de polietileno con mayor importancia son el polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno de baja densidad lineal (LLDPE) y el polietileno de baja densidad (LDPE); sin embargo, para efectos de la presente investigación se usará el HDPE. El polietileno de alta densidad es un polímero sintético que se encuentra dentro del grupo de los plásticos de tipo termoplástico y además es un homopolímero de estructura lineal con pocas ramificaciones, gracias a sus diversas características, las cuales se apegan a diferentes necesidades, es un material muy utilizado en industrias variadas. 23 Este tipo de polietileno cuenta con una densidad mayor o igual a 0,941g/cm3 1.7.14. Características del HDPE Las características más resaltantes que posee son: ➢ incoloro, ➢ inodoro, ➢ ligero, ➢ flexible, ➢ resistente al impacto, ➢ resistencia química, ➢ resistencia térmica, ➢ resistente a químicos, ➢ resistente a golpes, ➢ translúcido, ➢ resiste al agua a 100°C. 1.7.15. Usos y aplicaciones de HDPE Los usos y aplicaciones más comunes son: ➢ bolsas de supermercado, ➢ bolsas tejidas, ➢ utensilios domésticos, ➢ artículos para el hogar, ➢ contenedores industriales, ➢ envases alimenticios, ➢ envases para bebidas (botellas), ➢ envases farmacéuticos, ➢ en laboratorio se suele usar para contener ácidos, ➢ juguetes. 1.7.16. Ventajas del HDPE ➢ Elasticidad, ➢ Flexibilidad, ➢ No se deforma permanentemente, 24 ➢ Es un material reciclable, ➢ Su vida útil es larga, ➢ Resistente a cualquier forma de corrosión, ➢ Es resistente a los ácidos y a los elementos químicos altamente corrosivos, ➢ Es un material muy económico. 1.7.17. Estireno butadieno (SBR) Los polímeros clasificados como elastómeros son materiales que poseen una alta elongación además de una excelente recuperación elástica, ya que pueden ser estirados para después volver a su posición inicial. Existen elastómeros naturales y sintéticos. Los elastómeros sintéticos, comúnmente conocidos como cauchos sintéticos, son producidos a partir de hidrocarburos. Según su grupo básico, los cauchos sintéticos se clasifican en: • Grupo M: hace referencia a la palabra en inglés “methylele”; son cauchos sintéticos que poseen cadenas saturadas de polietileno. Dentro de este grupo se encuentran: EPDM, EPM, AEM, ACM, CSM, FEPM, FFPM, FPM Y FFKM. • Grupo O: son los cauchos sintéticos que poseen oxígeno en su cadena polimérica; dentro de este grupo se encuentran: CO, ECO. • Grupo Q: la cadena polimérica de este caucho contiene oxígeno y silicio; dentro de este grupo se encuentran: FMQ, MQ, PMQ, PVMQ. • Grupo R: hace referencia a la palabra en inglés “Rubber”; son cauchos que cuentan con carbono insaturado dentro de sus cadenas poliméricas; dentro de este grupo se encuentran: BIIR, BR, IIR, CR, IR, NBR, SBR, CIIR, XNBR, HNBR. • Grupo U: hace referencia al uretano; son cauchos que cuentan con carbono, oxígeno y nitrógeno en su cadena polimérica; dentro de este grupo se encuentran: AU, EU. El caucho sintético que se empezó a producir con el fin de disminuir el consumo de las fuentes de caucho natural es el estireno butadieno (SBR) y actualmente más de la mitad del caucho del mundo es de este 25 tipo ya que cuenta con el mayor volumen de producción a nivel mundial; es por ello que para efectos de la presente investigación se utilizará este material. El SBR es un polímero sintético que se encuentra en el grupo de los elastómeros de tipo termoplástico y además es un copolímero que tiene al butadieno y al estireno como monómeros de base. Este material está dirigido principalmente a la producción de neumáticos. 1.7.18. Aplicaciones del SBR Más del 70% del caucho SBR es utilizado en la producción de neumáticos; sin embargo, también se utiliza en: ➢ cinturones, ➢ mangueras para maquinaria, ➢ pedales de freno y embriague, ➢ juguetes, ➢ guantes quirúrgicos, ➢ fabricación de calzados, ➢ correas transportadoras, ➢ otros. 1.7.19. Características del SBR Los materiales vulcanizados obtenidos a partir de SBR poseen las siguientes características: ➢ excelentes propiedades mecánicas, ➢ es un material muy económico, ➢ buenaresistencia al envejecimiento, ➢ buena resistencia a la abrasión 1.7.20. Propiedades del caucho SBR a. Propiedades mecánicas ➢ Excelente resistencia a la abrasión, ➢ Resistencia a la deformación permanente, ➢ Recuperación elástica, 26 ➢ Buena resistencia a la fatiga, ➢ Resistencia al desgaste, b. Propiedades físicas ➢ Temperatura de servicio entre -50°C y 90°C, ➢ Excelente resistencia eléctrica, c. Propiedades térmicas ➢ El caucho SBR soporta el frío hasta -65°F y el calor hasta los 200°F, ello hace que tenga un buen servicio frente a tormentas de invierno y ante el ardiente sol de verano. d. Propiedades químicas ➢ Alta resistencia a los aceites, con excepción de los aceites minerales, ➢ Alta resistencia al agua, lo cual es muy importante ante los días lluviosos, ➢ Resistente a la oxidación, ello hace que el SBR no sea propenso a este tipo de corrosión, ➢ Resiste a las soluciones salinas y ácidos débiles. 1.7.21. Reciclaje de polímeros En la actualidad el mayor problema que aqueja al mundo entero es la grave crisis climática que se atraviesa a causa de la contaminación ambiental, prueba de ello son las grandes islas de plástico, los cementerios de neumáticos, los rellenos sanitarios saturados, entre otros. Ante este gran problema, se ha considerado al reciclaje como una opción de suma importancia para combatir la contaminación y cuidar el medio ambiente. 27 Figura 3: Giros oceánicos-islas de plástico. Fuente: Jambeck et al, Science febrero 2015, UNEP, NCEAS Figura 4: Cementerio de neumáticos Seseña-España. Fuente: www.dw.com En los últimos años, el consumo de polímeros ha ido aumentando considerablemente debido a que es un material fácil de conseguir, es muy económico, y además de poseer una gran resistencia, es un material que puede ser reciclado y reutilizado. 28 1.7.22. Reciclaje del plástico HDPE La producción anual de plásticos ha ido aumentando exponencialmente; si tomamos en cuenta la cantidad de residuos desechados a nivel mundial, los plásticos se encontrarían detrás de los residuos orgánicos llegando a ocupar el segundo lugar; además, cabe señalar que a causa de la mala e inadecuada disposición final de la basura plástica, el problema de la contaminación ambiental ha ido agravándose año tras año, convirtiéndose en una crisis global. En la actualidad, los plásticos se han convertido en un gran problema en nuestro país, ya que además del uso indiscriminado que se le da, estos son elementos que tardan cientos de años en degradarse. Figura 5: La larga vida de los plásticos en el mar. Fuente: peru.oceana.org El Ministerio del Ambiente (MINAM), el 2016 realizó el balance de plástico en el Perú, mostrando así que en nuestro país se compra aproximadamente 947 000 toneladas de plástico en diferentes formas; de los cuales 708 356 toneladas se convierten en basura, de todo esto el 56% es trasladado a un relleno sanitario, el 0.3% es recuperado por medio del reciclaje y el 43.7% que equivale a poco más de 309 551 29 toneladas termina en un botadero a cielo abierto, es quemado o arrojado a los ríos para después terminar en el mar, afectando seria e irreparablemente la vida marina. El reciclaje es una de las mejores opciones para cuidar y proteger el medio ambiente, además es algo que hasta los más pequeños pueden hacer. En esta ocasión el objetivo que se desea alcanzar es mejorar el diseño de mezclas asfálticas en caliente, para ello y como contribución al cuidado del medio ambiente se utilizarán botellas (HDPE) recicladas como uno de los agentes modificantes ya que estos son los materiales plásticos de uso más común; además poseen una calidad bastante regular al ser recicladas. 1.7.23. Reciclaje del caucho SBR El caucho SBR es utilizado principalmente en la producción de neumáticos, es por ello que para efectos de la investigación se utilizará el reciclaje de este material. A nivel mundial, el volumen de producción de los neumáticos ha ido aumentando y con ello también ha ido creciendo el problema medioambiental generado por la dificultad de hacer desaparecer las llantas desechadas; además, es poco usual que las personas piensen en el reciclaje de los neumáticos, ya que por lo general se cree que es un material no reciclable. En esta ocasión el objetivo que se desea alcanzar es mejorar el diseño de mezclas asfálticas en caliente, para ello y como contribución al cuidado del medio ambiente se utilizarán neumáticos reciclados como uno de los agentes modificantes; además, con esto también se busca inducir a las personas a tener un mayor interés por el reciclaje 41 de este material dando a conocer uno de los muchos usos que se les podría dar después de ser desechados. En la actualidad existen muchos métodos para recuperar los neumáticos usados, entre estos tenemos: 30 a. Métodos mediante la aplicación de calor ➢ Termólisis: es la reacción donde se separan los compuestos de un material después de ser sometido a temperaturas elevadas en ausencia de oxígeno. El calentamiento anaeróbico a la que es sometido un neumático genera la aparición de cadenas de hidrocarburos; es decir, aparecen los compuestos originales del neumático. Por este método se logra obtener metales e hidrocarburos gaseosos y sólidos; estos elementos pueden volver a ser usados en múltiples actividades, entre las cuales se encuentra la producción de nuevos neumáticos. ➢ Pirólisis: es la descomposición química de un material, generado tras su calentamiento en usencia de oxígeno. Un neumático sometido a este proceso se degrada y así se logra obtener aceite líquido industrial y GAZ (gas parecido al propano) para uso industrial. ➢ Incineración: es la combustión total del material hasta que se convierta en cenizas, esto se realiza en hornos y en presencia excesiva de oxígeno. Llevar a cabo este proceso es demasiado costoso y muy difícil de controlar ya que los materiales que conforman el neumático tienen velocidades de combustión muy diferentes y además es necesario depurar los residuos gaseosos emitidos durante el proceso. Si la incineración no es controlada, se liberan diversos gases generando un gran impacto ambiental, además el hollín proveniente de este proceso contiene sustancias altamente cancerígenas; por otra parte, también se generan residuos solubles en agua por lo que tienen la capacidad de entrar en la cadena trófica y por ende puede llegar a los seres humanos b. Métodos físicos ➢ Trituración criogénica: este proceso no es económicamente rentable ya que se necesitan instalaciones 31 complejas cuyas maquinarias requieren de un proceso difícil de mantenimiento y además de que los productos obtenidos poseen baja calidad, existe la dificultad de separar el metal del caucho y de los materiales textiles que conforman el neumático. ➢ Trituración mecánica: como su nombre lo describe, este proceso es puramente mecánico; ya que, para ser llevado a cabo, no se requiere la adición de agentes químicos ni de calor. Este método se basa en pasar el neumático por sucesivos triturados hasta conseguir el tamaño deseado, lo cual dependerá del uso que se le vaya a dar al producto 1.8. Definición de términos básicos a) Histéresis: el término histéresis se emplea para describir la invariabilidad de ciertas propiedades es de un material. El caucho tiene la propiedad mecánica de poder sufrir mucha más deformación elástica que la mayoría de los materiales y aun así regresar a su tamaño previo sin deformación permanente, este material que determina en buena medida las propiedades de un neumático, presenta una histéresis visco-elástica. Si deformamoscon la mano una pelota de caucho e inmediatamente la soltamos, veremos cómo la pelota recupera (en este caso completamente) su forma original, pero de manera lenta. b) Concreto asfáltico: según el Instituto del Asfalto (manual del asfalto), el concreto asfáltico es una mezcla en caliente de alta calidad y perfectamente controlada, de betún asfáltico y áridos de alta calidad bien graduados, que se compactan perfectamente hasta formar una masa densa y uniforme. (pág. 25- manual del asfalto). c) Cemento asfáltico: es un material bituminoso aglomerante, de consistencia sólida, utilizado para la fabricación de mezclas asfálticas en caliente. (Manual de carreteras EG-2013). d) Filler: es un material que se utiliza en las mezclas asfálticas, con la finalidad de complementar la granulometría de los agregados finos cuyas características no cumplen las especificaciones técnicas correspondientes. Los materiales 32 que pueden utilizarse como filler puede ser cal hidratada, cemento Portland, polvo de roca, polvo de escoria, ceniza fina o loes. La cal hidratada deberá cumplir los requisitos que se especifican en la norma 73 AASHTO-M303 y los restantes materiales antes descritos, deben cumplir la norma ASTM D-242. e) MAC: mezclas asfálticas en caliente. 1.9. Delimitación de la investigación La propuesta técnica se llevará a cabo corroborando y analizando distintas investigaciones acerca del uso de los polímeros reciclados HDPE y SBR como aditivo en la mezcla asfáltica realizando una recopilación de información bien argumentada a través de internet. La investigación se limita al uso de laboratorios, ya que no se cuenta con los recursos necesarios para poder elaborar los ensayos respectivamente. 33 . . . . . . Capítulo III HIPOTESIS Y VARIABLES 1.10. Hipótesis 1.10.1. Hipótesis general Los polímeros reciclados (HDPE) y SBR influye significativamente en las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo. 1.10.2. Hipótesis específicas HE1 Los polímeros reciclados HDPE y SBR influye significativamente en la estabilidad Marshall de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo. HE2 Los polímeros reciclados HDPE y SBR influye significativamente en el flujo Marshall de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo. 1.10.3. variables ➢ V INDEPENDIENTE: Polímeros reciclados (HDPE y SBR) ➢ V DEPENDIENTE: Propiedades mecánicas 34 1.10.4. Operacionalización de variables Tabla 4: Operacionalización de variables VARIABLES DEFINICIÓN CONCEPTAL DEFINICIÓN OPERACIONAL DIMENSIONES Variable Independiente: POLÍMEROS RECICLADOS (HDPE y SBR) Son compuestos con excelentes propiedades mecánicas, físicas. elásticas, térmicas, entre otros. Se emplearon diferentes porcentajes de HDPE y SBR en la MAC, con la intención de mejorar la mezcla asfáltica. HDPE SBR VARIABLES DEFINICIÓN CONCEPTAL DEFINICIÓN OPERACIONAL INDICADORES Variable Dependiente: PROPIEDADES MECÁNICAS Análisis de los beneficios y prejuicios en una mezcla asfáltica modificada utilizando como aditivo el HDPE y SBR Se analiza la influencia del HDPE Y SBR en una mezcla asfáltica modificada. Estabilidad Marshall Flujo Fuente: Elaboración propia 35 . . . . . . Capítulo IV METODOLOGÍA 1.11. Metodología de la investigación Este En esta investigación se empleará el método de investigación científico. Según Caballero Romero - 2000, conceptúa como la ciencia que tiene como especialidad o campo de estudio las orientaciones que requerimos para resolver problemas nuevos (especialmente respecto a la ciencia); y, adquirir descubrir nuevos conocimientos, a partir de los ya provisoriamente establecidos y sistematizados por la humanidad. El método científico es el procedimiento o conjunto de procedimientos que se emplean para obtener conocimientos científicos, el modelo de trabajo pauta general que orienta la investigación mediante procesos experimentales. El método para la obtención del conocimiento denominado científico es un procedimiento riguroso, de orden lógico, cuyo propósito es demostrar el valor de verdad de ciertos enunciados. 1.12. Tipo de investigación Según Sánchez Carlessi – 1998. En la etapa de búsqueda del tema de investigación, etapa que se presenta previa a la formulación de un Plan o Proyecto, es importante interrogarse acerca de la naturaleza y los propósitos de la investigación a desarrollar, de tal manera que nos lleve a asignarle un carácter o tipo a dicho estudio. Sánchez Carlessi H. y Reyes Meza C. - 2006, el tipo de investigación es aplicada, llamada también constructiva o utilitaria, ya que se caracteriza por su interés en la aplicación de los conocimientos teóricos a determinada situación concreta y las consecuencias prácticas que de ella se deriven. 36 Este tipo de investigación tiene la finalidad de solucionar problemas prácticos inmediatos en orden a trasformar las condiciones del acto productivo y a mejorar la calidad del producto 1.13. Nivel de investigación Este estudio propone el nivel explicativo para abarcar la problemática de la investigación, ya que este nivel centra su atención en la comprobación de hipótesis causales buscando reconstruir, fundamentar y aplicar una teoría, así mismo trata de explicar y experimentar con las muestras para analizarlas y relacionarlas con las variables propuestas, y en este sentido producir un efecto significativo y positivo en la investigación. 1.14. Diseño de la investigación a) Diseño general El diseño de investigación apropiado para este trabajo será experimental. El diseño experimental se centra en controlar el fenómeno a estudiar, empleando el razonamiento hipotético-deductivo. Según Hernández Sampieri – 2014: un experimento es una situación de control en la cual se manipulan, de manera intencional, una o más variables independientes (causas) para analizar las consecuencias de tal manipulación sobre una o más variables dependientes (efectos). b) Diseño especifico El diseño de investigación específico será el cuasi experimento, ya que permitió a las investigadoras manipular la variable independiente empleando criterios no aleatorios. Según Hernández Sampieri – 2014: el cuasi experimento manipula deliberadamente las variables independientes para probar su efecto sobre una variable dependiente, sin asignar grupos al azar ya que los grupos están formados antes del experimento. • Diagrama de investigación experimental según Sampieri (2014- Pág. 140 - 143). 37 Esta investigación empleará el diseño con posprueba únicamente y grupo de control. Este diseño incluye dos grupos: uno recibe el tratamiento experimental y el otro no (grupo de control). Es decir, la manipulación de la variable independiente alcanza solo dos niveles: presencia y ausencia. Los sujetos se asignan a los grupos de manera aleatoria. Cuando concluye la manipulación, a ambos grupos se les administra una medición sobre la variable dependiente en estudio. El diseño se diagrama de la siguiente manera: 𝑅𝐺1 𝑋 𝑂1 𝑅𝐺2 − 𝑂2 𝑅𝐺1 = 𝑔𝑟𝑢𝑝𝑜 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙, 𝑅𝐺2 = 𝑔𝑟𝑢𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙, 𝑋 = 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜, 𝑒𝑠𝑡í𝑚𝑢𝑙𝑜 𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙, − = 𝑎𝑢𝑠𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡í𝑚𝑢𝑙𝑜, 𝑂1, 𝑂2 = 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝑜 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑠𝑝𝑟𝑢𝑒𝑏𝑎. Donde: • Grupo experimental y grupo de control: mezcla asfáltica en caliente en porcentaje óptimo de cemento asfáltico, • Tratamiento, estímulo o condiciónexperimental: implementación de HDPE y SBR, • Medición o aplicación de la post prueba: Estabilidad y flujo Marshall, • Número de pruebas: 5 (a un 1, 2, 3, 4, 5 % de SBR de un 4% de HDPE), • Número de repeticiones por prueba: 3. 1.15. Población y muestra a) Población La población estuvo compuesta por 68 probetas de mezclas asfálticas en caliente en sus diferentes variaciones, elaboradas a partir de cálculos.La población y muestra que estudiará esta investigación constará de: 38 Tabla 5: Población. TRATAMIENTO O NIVELES POBLACIÓN MAC CONVENCIONAL (al 4, 4.5, 5, 5.5 y 6 % de Cemento Asfáltico CA) (siendo requeridas 5 variaciones como mínimo). (3) 15 MAC MODIFICADA CON HDPE (al 2, 4, 6, 8 y10 % de HDPE del % óptimo de CA). 15 MAC MODIFICADA CON SBR (al 4, 6, 8, 10 y 12 % de SBR del % óptimo de CA). 15 MAC MODIFICADA CON HDPE Y SBR (al 1, 2, 3, 4 y 5 % de SBR del % óptimo de HDPE). 15 MAC EXPUESTA A LA HELADA (MAC convencional óptima, MAC modificada con HDPE óptima, MAC modificada con SBR 8 óptima y MAC modificada con HDPE y SBR óptima). TOTAL 68 PROBETAS Fuente: Elaboración propia b) Muestra A partir de la población, se seleccionaron muestras representativas en función de la investigación realizada, la cual estuvo constituida por 6 probetas de MAC. Tabla 6: Muestra. TRATAMIENTO O NIVELES MUESTRA MAC convencional al porcentaje óptimo de CA. 3 MAC modificada con HDPE al porcentaje óptimo. 3 MAC modificada con SBR al porcentaje óptimo. 3 MAC modificada con HDPE Y SBR al porcentaje óptimo de los polímeros. 3 TOTAL 12 Fuente: Elaboración propia 39 1.16. Técnicas e instrumentos de recolección de datos 1.16.1. Técnicas de recolección de datos a. Análisis documental Es un trabajo mediante el cual por un proceso intelectual extraemos la información necesaria y detallada para obtener datos necesarios para elaborar nuestra investigación de fuentes como: libros, fichas textuales, artículos científicos, documentos, normas técnicas e internet. b. Trabajos y ensayos en laboratorio Son procedimientos definitivos mediante las cuales se podrán determinar una o más características de las muestras de acuerdo a procedimientos especificados. Los resultados de estas pruebas pueden ser cualitativas, categóricas o cuantitativas. El desarrollo de esta técnica es vital para analizar y obtener datos importantes para la investigación. c. Observación Es un método fundamental para obtener información intencionada y selectiva, ilustrada e interpretativa de las muestras. El propósito de la observación es múltiple, permite al analista determinar que se está haciendo, como se está haciendo, cuánto tiempo toma, donde se hace y porque se hace. La observación tiende a adquirir mayor sentido al nivel técnico del procesamiento de datos, donde las tareas se cuantifican más fácilmente. d. Diagrama de flujo Es una representación pictórica de los pasos en proceso. Útil para determinar cómo funciona realmente el proceso para producir un resultado. Los diagramas de flujo se pueden aplicar a cualquier aspecto del proceso desde el flujo de materiales hasta los pasos para hacer la venta u ofrecer un producto. 40 1.16.2. Instrumentos ➢ Ficha de resumen: Llamado también fichas contextuales ➢ Fichas textuales: Se utilizarán para elaborar las bases teóricas ➢ Fichas bibliográficas: Sirvió para elaborar las referencias bibliográficas. ➢ Equipos de Laboratorio: equipos e instrumentos que se emplearan para realizar investigaciones, experimentos, prácticas y trabajos de carácter científico, tecnológico o técnico necesarios para la ejecución de este estudio en el marco de la tecnología de materiales. ➢ Fichas de ensayo: son fichas donde se registrarán los datos informativos obtenidos de los ensayos en el laboratorio. ➢ Fichas de observación: consistirán en fichas donde se registrarán y ordenarán los datos obtenidos durante el proceso de la investigación ➢ Equipos de registro y procesamiento de datos: refiere a cámaras fotográficas, computadores, calculadoras, entre otros para registrar y procesar adecuadamente los datos que se obtendrán durante la ejecución de la investigación. 1.16.3. Criterios de validez y confiabilidad de los instrumentos a. Validez Verificar que los diferentes resultados de las diversas investigaciones tengan cierta relación permiten este tenga validez, en función de los datos que se han obtenido otorgara confiabilidad en la presente investigación. b. Confiabilidad La información es confiable al ser tomadas de fuentes citadas y acreditadas correctamente, esto con el fin de darle una confiabilidad y validez correcta. 41 1.17. Técnicas y procesamiento de análisis de datos 1.17.1. Técnicas de análisis de datos ➢ Durante este proceso se inspeccionará, limpiará y transformará la información obtenida previamente con el objetivo de resaltar información útil. Se tomarán decisiones para el procesamiento, análisis y manipulación de los datos para llegar a los resultados deseados. ➢ Se emplearán cuadros y gráficos informativos y estadísticos, a través de los cuales se formularán apreciaciones cualitativas, categóricas y cuantitativas que se interpretarán y analizarán de acuerdo a los requerimientos de los propósitos, variables y dimensiones de la investigación. ➢ Las interpretaciones que se obtendrán de la investigación no serán verdades absolutas ni opiniones personales; serán inferencias, sugerencias o hipótesis sobre lo que significan los datos, basados en el conocimiento adquirido y la interpretación personal de los investigadores. 1.17.2. Procesamiento de datos Las etapas del procesamiento de datos fueron las siguientes: a. Primera etapa o etapa de entrada Obtención y clasificación de los datos necesarios para la elaboración del proceso de investigación: ➢ estudio de canteras, ➢ selección de cemento asfáltico, ➢ selección de fibras de HDPE y SBR, ➢ elaboración de cálculos previos. b. Segunda etapa o etapa de procesos Durante esta etapa se ejecutarán las operaciones necesarias y adecuadas para transformar los datos en información significativa, en este caso, constará del estudio de diseño de mezclas asfálticas, la elaboración de las probetas y los ensayos necesarios de calidad. En esta etapa se obtendrá la información 42 necesaria para realizar el análisis de resultados de la investigación. ➢ Elaboración de probetas de mezclas asfálticas en caliente convencionales y modificadas con HDPE y SBR de acuerdo a los cálculos establecidos con anterioridad y con cada resultado. ➢ Elaboración de ensayos para MAC. ➢ Obtención de datos de los ensayos realizados. c. Tercera etapa o etapa de salida En esta etapa se realizará el análisis de la información obtenida en la etapa anterior, a través de la cual se elaborará un informe final con los resultados y conclusiones obtenidas de la investigación. ➢ Procesamiento y análisis de datos con los obtenidos de los ensayos a través de softwares y cálculos diversos. ➢ Descripción y síntesis de resultados a través de cuadros estadísticos. ➢ Realización de discusiones, conclusiones y recomendaciones de la investigación realizada. 43 . . . . . . Capítulo V ADMINISTRACIÓN 1.18. Recursos humanos Para la realización del presente proyecto se contará con la participación de: ➢ El investigador ➢ El asesor. ➢ Digitador ➢ Especialista en laboratorio de mecánica de suelos ➢ Especialista en laboratorio de ensayos referentes a pavimentos-asfaltos. 1.19. Recursos de materiales y equipos ➢ Útiles de escritorio ➢ 1 laptop Corel i7 ➢ 3 USB de 16 Gb c/u ➢ Impresora ➢ Tinta para impresora ➢ 1 millar de papel bond tamaño A4, 80 gr.➢ Equipos de laboratorio de mecánica de suelos. ➢ Equipos de laboratorio de ensayos referentes a pavimentos-asfaltos. 44 1.20. Presupuesto a) Personal con participación directa en la investigación Tabla 7: Personal con participación directa en la investigación Nombre del investigador Actividad de Participación Horas Costo por hora S/. Total Financiador Ramon De La Cruz Rossy Definición del Problema, objetivos, hipótesis y justificación. 40 10 400 Autofinanci ado Ramon De La Cruz Rossy Definición de la metodología, Elaboración del material y métodos de investigación y/o recolección de datos. 50 10 500 Autofinanci ado Ramon De La Cruz Rossy Análisis de contenido. 80 10 800 Autofinanci ado Ramon De La Cruz Rossy Elaboración del plan de tesis. 50 10 500 Autofinanci ado TOTAL 2200 Fuente: Elaboración propia b) Bienes de capital: Alquiler de equipos que se requiere para la investigación Tabla 8: Bienes de capital: Alquiler de equipos que se requiere para la investigación Caracterización del bien Finalidad de Uso Unidad es Valor Unidad Total Financiad or Computadora HACER i7 Tipeado de la planificación y ejecución del proyecto. Unidad 4800 4800 Autofinan ciado Impresora Impresión de los trabajos (Proyecto de Inversión de Inv.) Unidad 350 350 Autofinan ciado Equipos de laboratorio de mecánica de suelos Ensayos De muestras 12 horas 240 200 Autofinan ciado Equipos de laboratorio de pavimentos-asfalto Ensayos De muestras 36 horas 900 300 Autofinan ciado TOTAL 5650 Fuente: Elaboración propia 45 c) Pago por Servicios Tabla 9: Pago por Servicios Persona que recibe el pago Tipo de servicio que brindará Unidad es Valor Unida d Total Financiador Digitador - Tipear los datos e información recaudada 15h 10 150 Autofinanc iado Técnico en laboratorio de mecánica de suelo Realizar los ensayos de mécanica de suelos 12 h 30 360 Autofinanc iado Tecnico de laboratorio de pavimento-asfalto Realizar los ensayos de pavimento- asfalto 24 h 50 1200 Autofinanc iado Ramon De La Cruz Rossy Movilidad 48 viajes 20 960 Autofinanc iado Ramon De La Cruz Rossy viáticos 1 persona 180 180 Autofinanc iado TOTAL 2850 Fuente: Elaboración propia d) Insumos para la investigación Tabla 10: Insumos para la investigación Insu mo Finalidad Unidades Valor Unida d Total Financiado r USB Archivar 3 unidades 25 75 Autofinanc iado Energía Eléctrica Funcionamien to de equipos Unidad 50 50 Autofinanc iado Celular Consultas 25 horas 2 50 Autofinanc iado Internet Consultas 80 horas 1.50 120 Autofinanc iado TOTAL 295.00 Fuente: Elaboración propia 46 e) Resumen económico El costo total del proyecto está proyectado de la siguiente manera: Tabla 11: Resumen económico ITEM MONTO TOTAL S/. FINANCIADOR Pago a personas 2200 Ramon De La Cruz Rossy Bienes de capital 5650 Ramon De La Cruz Rossy Pagos por servicios 2850 Ramon De La Cruz Rossy Insumos 295 Ramon De La Cruz Rossy TOTAL 10995 Ramon De La Cruz Rossy Fuente: Elaboración propia 1.21. Financiamiento Este proyecto será autofinanciado, La distribución del autofinanciamiento será con recursos propios. 1.22. Cronograma de actividades Tabla 12: Cronograma de actividades A C T I V I D A D 2022 A M J J A S O N D 1. Planteamiento del Problema X X 2. Elaboración y aprobación y aprobación del Plan X 3. Elaboración del marco teórico X 4. Planteamiento de hipótesis X 5. Planteamiento de la metodología X 6. Planteamiento de la administración X 7. Elaboración de la bibliografía X 8. Presentación del plan de investigación X 9. Discusión de resultados X X X 10. Presentación del trabajo de investigación X 11. Sustentación de la investigación X Fuente: Elaboración propia 47 . . . . . . Capítulo VI REFERENCIAS BIBLIÓGRAFICAS ✓ The Asphalt Institute. Manual del instituto del asfalto. Traducido al español por Manuel Velázquez. URMO, S. A. de ediciones ESPAATERO. España. ✓ Manual de Carreteras. Especificaciones Técnicas Generales para Construcción EG-2013. Lima – Perú. 2013. ✓ Roberto Hernandez Sampieri. Metodología de la Investigación. Edición 6° INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. México DF. 2014. ✓ Jesús Rojas, Rodrigo Torres, Rolando Vallejos, Paola Flores y Mariana Flores. Estudio de mezclas asfálticas con material plástico (poliestireno) para pavimento de pequeños tramos viales sucre 2009. Universidad Mayor Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca. Sucre – Bolivia. 2014. ✓ Robert Emilio Martinez Dongo. Empleo del polímero SBR en la fabricación de mezclas asfálticas para zonas de altura. Universidad Nacional de Ingeniería. Lima -Perú. 2003 ✓ José Melchor Arreche. Diseño de mezclas asfálticas. Universidad Nacional de Ingeniería. Lima Perú. 2007. ✓ Universidad Técnica Particular de Loja. Diseño de mezclas método Marshall e interpretación de resultados. Loja – Ecuador. ✓ QuimiNet.com. Usos y aplicaciones de las placas de polietileno de alta densidad. ✓ 2010. Disponible en: https://www.quiminet.com/articulos/usos-y-aplicaciones- de-lasplacas-de-polietileno-de-alta-densidad-42316.htm ✓ EcuRed Conocimiento con todos y para todos. Caucho. Cuba. 2016. Disponible en: https://www.ecured.cu/Caucho 48 ✓ Sociedad la República. Basura plástica que genera el país. 2018. Disponible en: https://larepublica.pe/sociedad/1239008-99-basura-plastica-genera-pais- recicla/ ✓ Oceana. 10 datos gráficos sobre los plásticos de un solo uso. 2018. Disponible en: https://peru.oceana.org/es/blog/10-datos-graficos-sobre-los-plasticos-de- un-solo-uso ✓ Wordpress. Reciclaje de neumáticos, procesos y usos. 2012. Disponible en: https://reciclajeverde.wordpress.com/2012/06/26/reciclaje-de-numáticos- proceso-y-usos/151 ✓ Dw. Cementerio de neumáticos- un problema global. Disponible en: https://www.dw.com/es/cementerio-de-neumaticos-un-problema-global ✓ UMSS – FCYT – laboratorio de asfaltos y pavimentos. Guía de ensayos de laboratorio “diseño de mezclas asfálticas en caliente (método Marshall)” ✓ Ing. Silene Minaya – M. I. Abel Ordoñez. Manual de laboratorio de ensayos para pavimentos volumen I. Universidad Nacional de Ingeniería. Lima - Perú 2001. ✓ Instituto Mexicano del Transporte. Aspectos del diseño volumétrico de mezclas asfálticas. Sanfandila – Querétaro 2004 48 ANEXOS Tabla 13: Matriz de consistencia TITULO: INFLUENCIA DE LOS POLÍMEROS RECICLADOS (HDPE) Y SBR EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE PARA PAVIMENTOS EN LA CIUDAD DE HUANCAYO. PROBLEMAS OBJETIVOS HIPOTESIS VARIABLES DIMENSIONES METODOLOGÍA Problema General ¿De qué manera influyen los polímeros reciclados (HDPE) y SBR en las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo? Objetivo General Determinar la influencia de los polímeros reciclados (HDPE) y SBR en las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo. Hipótesis General Los polímeros reciclados (HDPE) y SBR influye significativamente en las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos en la ciudad de Huancayo. Variable Independiente POLÍMEROS RECICLADOS HDPE Y SBR • Polietileno de alta densidad reciclado (HDPE) • Caucho estireno butadieno (SBR) • Método de investigación: Método científico Tipo de investigación: Aplicada. Nivel de investigación: Explicativa. Diseño de investigación Diseño General: Experimental Diseño específico:
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