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I
UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
La Universidad Católica de Loja
ÁREA TÉCNICA
TÍTULO DE MAGÍSTER EN INGENIERÍA VIAL
Desarrollar y comparar un diseño de mezclas asfálticas convencionales y
mezclas asfálticas con nanotubos de carbono mediante el método Marshall
TRABAJO DE TITULACIÓN.
AUTOR: Suárez Ramos, Paúl Eduardo, Ing. Civil.
DIRECTOR: Zúñiga Suárez, Alonso Rodrigo, MSc.
LOJA- ECUADOR
2018
Esta versión digital, ha sido acreditada bajo la licencia Creative Commons 4.0, CC BY-NY-SA: Reconocimiento-No comercial-Compartir igual; la cual permite copiar, distribuir y comunicar públicamente la obra, mientras se reconozca la autoría original, no se utilice con fines comerciales y se permiten obras derivadas, siempre que mantenga la misma licencia al ser divulgada. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.es
2018
ii
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN
Ingeniero
Zúñiga Suárez Alonso Rodrigo, MSc.
DOCENTE DE LA TITULACIÓN
De mi consideración:
El presente trabajo de titulación: Desarrollar un diseño de mezclas asfálticas
convencional y mezclas asfálticas con nanotubos de carbono mediante el
método Marshall realizado por el Ing. Civil Suárez Ramos Paúl Eduardo, ha sido orientado
y revisado durante su ejecución, por cuanto se aprueba la presentación del mismo.
Loja, marzo de 2018
f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
iii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS
“Yo Suárez Ramos Paúl Eduardo declaro ser autor (a) del presente trabajo de
titulación: Desarrollar un diseño de mezclas asfálticas convencional y mezclas asfálticas con
nanotubos de carbono mediante el método Marshall, de la Titulación de Magíster en
Ingeniería Vial, siendo Alonso Rodrigo Zúñiga Suárez director (a) del presente trabajo; y
eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus
representantes legales de posibles reclamos o acciones legales. Además, certifico que
las ideas, concepto, procedimientos y resultados vertidos en el presente trabajo
investigativo, son de mi exclusiva responsabilidad.
Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 88 del Estatuto Orgánico de
la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente textualmente
dice: “Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de
investigaciones, trabajos científicos o técnicos y tesis de grado o trabajos de titulación que
se realicen con el apoyo financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad”
f. ..............................................................
Autor: Suárez Ramos Paúl Eduardo
Cédula: 0704773720
iv
DEDICATORÍA
Al creador de todas las cosas, el que me ha dado fortaleza para continuar cuando estado a
punto de caer; por ello, con toda la humildad que de mi corazón puede emanar, dedico en
primer lugar mi trabajo a Dios.
A mis padres, quienes a lo largo de mi vida han velado por mi bienestar y educación siendo
mi apoyo en todo momento.
A mi esposa, compañera inseparable de cada jornada. Ella representó gran esfuerzo y tesón
en momentos de decline y cansancio.
A mis hermanos, por su entera confianza en cada reto; por ser los amigos que me han
ayudado a crecer.
A mis sobrinos, porque sus risas me hacen crecer y sentirme muy afortunado de tenerlos
conmigo.
Este es solo el comienzo de una gran historia
Paúl Eduardo
v
AGRADECIMIENTO
Debo expresar mi sincero agradecimiento:
A mi estimado tutor MSc. Alonso Zúñiga por toda su ayuda en el proceso de mi maestría, al
igual que mis co-tutores MSc. Berenice Zúñiga y MSc. Carmen Esparza por toda su
disposición y entrega.
A mi querida Magíster Annabel López, por toda su ayuda brindada en este largo proceso de
maestría.
Paúl Eduardo
vi
ÍNDICE DE CONTENIDOS
CARATULA……………………………………………………………………………………….……i
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN……………......…ii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS…………………..........…….……iii
DEDICATORÍA………………..…… ………………………………………………..……………....iv
AGRADECIMIENTO…………………………………………………………………………….…....v
ÍNDICE DE CONTENIDOS………..…………………………………………….…….……....…....vi
ÍNDICE DE TABLAS………………………………………………………………………………...viii
ÍNDICE DE FIGURAS………………………………………………………………………………..ix
RESUMEN………..………………………..…………………………………………………............1
ABSTACT...………………………….…………………………………………….…………….….…2
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………..…….………..…….3
Objetivos……………………………………………………………………………….……….….…..5
Alcance…………….........................…………………………………………………….……….…..6
Justificación………………………………………………………………………………...………….6
CAPITULO 1 .......................................................................................................................... 5
1. ANTECEDENTES TEÓRICOS ....................................................................................... 5
1.1. Asfaltos. ................................................................................................................... 6
1.2. Asfaltos de producción nacional. ............................................................................. 7
1.3. Caracterización mecánica del asfalto....................................................................... 8
1.4. Nanotubos de carbono (NTC). ................................................................................. 8
1.4.1. Propiedades de los nanotubos. ........................................................................ 9
1.4.2. Clasificación de los nanotubos de carbono. .................................................... 10
1.4.3. Dispersión de nanotubos de carbono. ............................................................ 10
1.4.4. Influencia de los Nanotubos de Carbono en mejoramiento de materiales. ...... 12
1.5. Asfalto modificado. ................................................................................................... 13
1.6. Caracterización de agregados. .................................................................................. 13
1.7. Mezclas asfálticas. ................................................................................................. 14
1.8. Mezclas asfálticas modificadas. ............................................................................. 15
1.9. Método Marshall. ................................................................................................... 16
CAPÍTULO 2 ........................................................................................................................ 17
2. METODOLOGÍA ........................................................................................................... 17
2.1. Descripción de la metodología utilizada en la investigación .......................................... 18
2.2. Caracterización de los agregados. ............................................................................ 20
vii
2.3. Asfalto. ...................................................................................................................... 21
2.4. Nanotubos de carbono. ............................................................................................. 22
2.5. Agente dispersante de la metodología I..................................................................... 22
2.6. Equipos utilizados en la primera metodología. .......................................................... 22
2.6.1. Ultrasonido. ......................................................................................................... 22
2.7. Segunda etapa. ......................................................................................................... 23
2.8. Diseño de la Mezcla asfáltica convencional método Marshall. ................................... 23
2.9. Mezclas asfálticas convencionales. ........................................................................... 25
2.9.1. Preparación de los materiales y elaboración de briquetas. ................................ 26
2.10. Diseño de la Mezcla asfáltica modificada con NTC método Marshall. .................... 28
2.11. Dispersión de nanotubos en asfalto. ........................................................................ 29
2.11.1. Uso del ultrasonido. .......................................................................................... 30
2.12. Modificación de las mezclas asfálticas con NTC. ................................................... 32
2.13. Ensayos realizados a los especímenes de mezcla asfáltica modificada y
convencional. ................................................................................................................... 32
CAPÍTULO 3 ........................................................................................................................ 37
3. ANÁLISIS Y RESULTADOS ......................................................................................... 37
3.1. Diseño de la mezcla modificada con NTCs + Keroseno. ............................................... 41
3.2. Análisis y resultados del asfalto convencional y modificado con NTCs. .................... 45
CONCLUSIONES ................................................................................................................ 48
RECOMENDACIONES .................................................................................................... 50
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 51
ANEXOS…………………………………………………………………………………………...56
viii
ÍNDICE DE TABLAS
Tablas 1. Resumen del estado de la calzada de la red vial ................................................... 6
Tabla 2. Cemento Asfaltico AC-20 ......................................................................................... 8
Tabla 3. Caracterización Mecánica de agregados ............................................................... 14
Tabla 4. Ensayos realizados sobre el cemento asfáltico AC20…………...…………..……….21
Tabla 5. Granulometría para el Diseño ................................................................................ 23
Tabla 6. Clasificación de tráfico ........................................................................................... 24
Tabla 7. Diseño de la mezcla asfaltico (Porcentaje de materiales) ....................................... 25
Tabla 8. Diseño de la mezcla asfaltico (Porcentaje de materiales) ....................................... 28
Tabla 9. Porcentajes de materiales para el diseño de mezclas modificadas con Ntc ........... 28
Tabla 10. Porcentaje de diseño para Mezcla asfáltica en caliente ....................................... 41
Tabla 11. Resumen de estudio Marshall mezcla convencional ............................................ 41
Tabla 12. Resumen de estabilidad solución asfalto-keroseno-nanotubo. ............................. 42
Tabla 13. Resumen de estabilidad solución asfalto-nanotubo. ............................................. 43
Tabla 14. Resumen de fluencia solución asfalto-nanotubo. ................................................. 44
Tabla 15. Resumen Ensayo de penetración. ....................................................................... 45
Tabla 16. Resumen Punto de Ablandamiento. ..................................................................... 47
ix
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Productos Bituminosos ........................................................................................... 7
Figura 2. Diámetro de NTC de pared simple; Distancia entre paredes de NTC de múltiple
pared ..................................................................................................................................... 9
Figura 3. A. Tipo de enrollados los NTC B. Nanotubo de capa múltiple .............................. 10
Figura 4. Metodología I ........................................................................................................ 18
Figura 5. Metodología II ....................................................................................................... 19
Figura 6. A. y B. Cantera Catamayito III ............................................................................... 20
Figura 7. A. Nanotubos de carbono (MWCNTs). B. Keroseno C. Ultrasonic homogenizer
ModelJY96-IIN D. Equipo Marshall ...................................................................................... 22
Figura 8: A. Granulometría B. Lavado de materiales B. Lavado de materiales C. Secado de
materiales D. Calentamiento de materiales .......................................................................... 27
Figura 9. A. Mezcla homogénea B. Golpe de martillo C. Probetas compactadas ................. 27
Figura 10. A. Nanotubos de carbono B. Temperatura keroseno C. Baño de hielo ............... 29
Figura 11. A. Configuración equipo 01 B. Configuración equipo 02 .................................... 30
Figura 12. A. Configuración equipo 03 B. Configuración equipo 04 C. Configuración equipo
05 D. Configuración equipo 06 ............................................................................................. 31
Figura 13. A. Dispersión B. Placa caliente C. Agitador mecánico D. Proceso de dispersión-
mezcla ................................................................................................................................. 32
Figura 14. A. Probeta baño maría B. Probeta ..................................................................... 33
Figura 15: Porcentaje de asfalto vs estabilidad .................................................................... 38
Figura 16. Porcentaje de asfalto vs Bulk .............................................................................. 38
Figura 17. Porcentaje de asfalto vs vacíos ........................................................................... 39
Figura 18: Porcentaje de asfalto vs V.A.M ........................................................................... 39
Figura 19. Porcentaje de asfalto vs Flujo ............................................................................. 40
Figura 20. Porcentaje de asfalto vs R.B.V ............................................................................ 40
Figura 21. Estabilidad Marshall- solución asfalto-keroseno-nanotubos ................................ 42
Figura 22. Estabilidad Marshall- solución asfalto-nanotubos ................................................ 43
Figura 23. Flujo Marshall- solución asfalto-nanotubos ......................................................... 44
x
Figura 24. Ensayo de Penetración ....................................................................................... 46
Tabla 24. Resumen Punto de Ablandamiento. ..................................................................... 47
Figura 25. Ensayo de Punto de Ablandamiento ................................................................... 47
1
RESUMEN
Esta investigación es un apoyo para futuros estudios en nuestro país en el desarrollo de nuevas
técnicas a utilizar en el campo de la vialidad, tomando como base y fuente de guía la ciencia de
la nanotecnología, se pretende adicionar en el estudio nuevos materiales como son nanotubos
de carbono de pared múltiple (NTCPM), agentes dispersantes como es el keroseno y otro
mecanismo utilizados para la dispersión de los nanotubos de carbono de manera mecánica que
contribuyen al mejoramiento de las características mecánicas de las mezclas convencionales con
un incremento del 72,00% para mezclas asfálticas modificados con 1% de contenido de
nanotubos de carbono de pared múltiple, además los nanotubos en las mezclas hacen que la
muestra sea más estable, debido a los módulos de Young y a la alta estabilidad. Cabe recalcar
que este tipo de asfalto modificado se podrá utilizar en área de temperatura alta.
Para establecer las mejores condiciones de actuación de los nanotubos en las mezclas asfálticas
se desarrollaron tablas de tabulación y valoración de los ensayos, a su vez brindar la relación de
nanotubos con respecto al asfalto en % para que su aplicación sea la idónea en el futuro diseño
de mezclas modificadas con nanotubos.
PLABRAS CLAVE: Nanotubos de carbono de pared múltiple, agentes dispersantes,
dispersión, asfalto, agregados.
2
ABSTRACT
This research is a support for future study in our country in the development of new techniques to
be used in the field of roads, based on the science of nanotechnological science as a guide and
source, it is intended to add new materials in the study, such as Multiple wall carbon nanotubes
(NTCPM), dispersing agents such as kerosene and another mechanism used for the mechanical
dispersion of carbon nanotubes that contribute to the improvement of the mechanical
characteristics of conventional mixtures with an increase of 72.00 % for asphalt mixtures modified
with 1% content of multiwall carbon nanotubes, in addition the nanotubes in the mixtures make
the sample more stable, due to the Young's modules and the high stability. It should be noted that
this type of modified asphalt can be used in high temperature area.
In order to establish the best performance conditions for the nanotubes in the asphalt mixtures,
the tables for tabulation and evaluation of the tests were developed, in turn providing the ratio of
nanotubes with respect to the asphalt in% so that its application is ideal in the future design. of
modified mixtures with nanotubes.
KEY PLAQUES: Multi-wall carbon nanotubes, dispersing agents, dispersion, asphalt, aggregates.
3
INTRODUCCIÓN
“Es cada vez mayor el dilema: para lograr menores deformaciones y por consiguiente mayor
rigidez, los porcentajes de asfalto en las mezclas deben disminuir, pero por otra parte para lograr
menores fisuraciones los porcentajes deben aumentar” (Paucar, 2013).
El asfalto es originario del derivado de petróleo que junto con los agregados forman las
mezclas asfáltica (Cárdenas, 2014). En Ecuador por lo general, un pavimento flexible tiene un
periodo de vida útil de 10 años a 15 años, los pavimentos flexibles presentan algunas
consideraciones después de su colocación que causan grandes problemas de deterioro, por tal
razón no cumplen la vida útil (Chimborazo, 2012).
“En la actualidad, el incremento de las cargas, el volumen de tráfico, la presión de inflado de
las llantas y las condiciones climáticas, hacen que se reduzca la vida útil de los pavimentos,
reflejándose en deformaciones y fisuras dentro de la carpeta asfáltica” (Coyopotl, 2006, p.12).
En muchos casos, los asfaltos sin modificar en la vialidad no satisface generalmente los
diseños para los que fueron establecidos en el proyecto, presentándose problemas entre la baja
resistencia y una menor durabilidad, ocasionando problemas de deterioros superficiales y daños
estructurales en el pavimento asfáltico (Coyopotl, 2006).
El desarrollo tecnológico en el campo de la construcción vial, generan nuevos mecanismos
que ayudan a optimizar y mejorar los rendimientos en la vialidad; esto permite que se desarrollen
nuevas investigaciones con modelos actuales y soluciones viables para el mejoramiento de la
duración de los asfaltos.
Recientemente, hay un gran interés sobre la dispersión de los nanotubos (NTC) y el posible
beneficio que genera en los asfaltos al ser adicionado. Además, se prevé que junto a los
materiales que conforman las mezclas asfálticas van a contribuir con su estabilidad y reducir su
deterioró (Jiménez, 2012), debido a que los nanotubos de carbono poseen propiedades que
ayudan al mejoramiento de los asfaltos (Rangel, 2014).
4
En este contexto, se requiere aumentar su desempeño ante fenómenos generados por el paso
de vehículos en la superficie de rodadura, estableciendo como objetivo principal de esta
investigación es desarrollar una mezcla con nanotubo de carbono que permita mejorar la
estabilidad y el flujo empleando el método de ensayo Marshall para su diseño.
La elaboración del presente trabajo de investigación está conformado por tres capítulos donde
se describe los principales lineamientos para el desarrollo de la mezcla asfáltica modificada,
basada en una metodología y artículos científicos para la investigación desarrollada, el mismo
que determina el incremento de los parámetros de estabilidad y flujo extendiendo la vida útil del
pavimento asfaltico y el confort de los usuarios al transitar por una vía.
La investigación se enfoca en la dispersión de nanotubos de carbono para el asfalto Ac-20 y
la incorporación con los agregados de la cantera de Catamayito III para formar las mezclas
modificadas y comparar con las mezclas asfálticas convencionales a través del método Marshall
y de esta forma obtener un mejor rendimiento y desempeño de la misma en el campo de la
vialidad. En este escenario, la investigación estudia la modificación del asfalto convencional y el
asfalto modificado con NTC en las mezclas asfálticas, evaluando sus características por el
método Marshall.
La mezcla asfáltica modificada con NTC presentó mejoras en el desempeño de una de sus
propiedades al incrementar la estabilidad hasta 72.96% respecto al hormigón asfáltico no
modificado y una disminución del flujo al reducir el 29.41% en un porcentaje de concentración de
NTC del 1% en la mezcla asfáltica. La razón fundamental de la disminución del flujo se le atribuye
al módulo de Young de los NTCs (Faramarzi. M, Arabani. M, Haghi. K y Mottaghitalab, 2015). El
uso histórico de la utilización de mezclas asfálticas en el campo de la vialidad de nuestro estado
ecuatoriano, ha estado lleno de problemas que obliga a buscar nuevas tecnologías que beneficien
el desempeño de mezclas asfálticas en el país.
Con el presente proyecto de investigación se pretende dar un aporte tecnológico que se pueda
ayudar en ello. La prometedora utilización de los nano-materiales que se basa la investigación
en la ingeniería civil particularmente en el campo de la vialidad y buena parte depende de la
dispersión de nanotubos de carbono en los asfaltos que junto con los agregados formará una
mezcla asfáltica modificada con gran beneficio y aporte a futuras investigaciones en nuestro país.
5
CAPITULO 1
1. ANTECEDENTES TEÓRICOS
6
El Ministerio de Transporte y Obras Públicas, como rector del desarrollo de la red vial estatal
tiene a su cargo 8.872,669 kilómetros de carreteras, de las cuales 6.960.669 son administradas
de forma directa, 1.350 km están concesionadas y 562 km delegadas a los consejos provinciales.
Ecuador es un país en vías de desarrollo y cuenta aún con una gran cantidad de vías por
intervenir.
A continuación se muestra un cuadro del resumen del estado de la calzada.
Tablas 1. Resumen del estado de la calzada de la red vial
Fuente: Ministerio de Transporte y Obras Públicas, programa de infraestructura de Transporte período 2012 Elaboración: autor
1.1. Asfaltos.
El asfalto es un material aglomerante de aspecto viscoso color negro o marrón oscuro y al ser
ligante ayuda a mantener la adhesión de diferentes partículas que se le agreguen. Según (Tipán,
2012) es un material cementante que se calienta para obtenerlo en un estado fluido que permita
cubrir los agregados finos y gruesos durante la producción de las mezclas de acuerdo al diseño.
El asfalto tiene diferente composición que varían de acuerdo al origen del crudo y su forma de
extracción que marca sus características. Para (Lesueur, 2009) se encuentran tres grupos de
compuestos químicos, los cuales interactúan para determinar el comportamiento físico y químico
del asfalto.
Descripción según el MTOP – 001 – F- 2002 sec. 810.
“Los cementos asfálticos son residuos de la destilación del petróleo y se caracterizan por
permanecer en estados semisólido a la temperatura del ambiente. Los cementos asfálticos
mezclados con agregados forman el hormigón asfáltico que son empleados en pavimentos,
en las capas de rodadura o base” (MTOP, 2002. p.867)
Estado de superficie
(km) % (km) % (km) %
Bueno 4.163,556 72,597% 1.892,595 60,321% 6.056,151 68,256 %
Regular 1.364,959 23,800% 1.098,869 35,023% 2.463,828 27,769 %
Malo 206,626 3,603% 146,064 4,655% 352,690 3,975 %
Total 5.735,141 100,00% 3.137,528 100.00% 8.872,669 100.00%
Red EstatalVías ColectorasCorresores Arteriales
7
Figura 1. Productos Bituminosos Fuente: Instituto del Asfalto. Manual del Asfalto Elaboración: Autor
Se originan del proceso del petróleo y los naturales, aunque se puede extraer de lagos
asfalticos. Para Herrera. R, Botasso. G, Chacago, Cajo. E y Palma. L (2006) en su investigación
“Caracterización de los asfaltos utilizados en las obras viales del Ecuador” de la Universidad
Central del Ecuador, los asfaltos de producción nacional se pueden obtener en diferentes estados.
1.2. Asfaltos de producción nacional.
Asfalto de origen artificial. Se obtiene por medio de la destilación del petróleo desarrollado
principalmente de las refinerías. Depende de la forma en que se presente finalmente el
producto, podemos tener asfaltos sólidos, semisólidos y líquidos.
Asfalto sólido. Se logra por medio del enfriamiento del asfalto líquido adquirido de las
plantas asfálticas.
Asfalto semisólido. Se consigue al momento en que se incluye aire por medio del residuo
durante la última fase del refinamiento. Se lo utiliza como material para techos y en
aplicaciones hidráulicas como son el revestimiento de tubos.
8
Asfalto líquido. Se alcanza mediante el proceso de refinación del petróleo. Se compone por
una base asfáltica y un destilado volátil como por ejemplo: gasolina, keroseno, diésel, bencina.
1.3. Caracterización mecánica del asfalto.
La mayor parte de ensayos que son parte de esta caracterización son empíricos. En Ecuador
se realizan los ensayos de acuerdo a las normas ecuatorianas de la construcción 2002 y
controladas por el MTOP.
En la tabla #1 se muestra los ensayos que se realizan al cemento asfáltico AC-20 para
comprobar sus características. Además de la norma INEM en Ecuador que brinda los siguientes
requisitos.
Tabla 2. Cemento Asfaltico AC-20
Fuente: INEN 2515, Productos Derivados de Petróleo. Cemento Asfáltico (Clasificación por Viscosidad). Requisitos. Quito. 2010. p 4. Elaboración: Autor
1.4. Nanotubos de carbono (NTC).
El físico japonés Sumio Lijima utilizaba un sistema de evaporación por medio de un arco
eléctrico, característico para la adquisición de fullerenos, de esta forma en el año 1961
accidentalmente observó los primeros nanotubos. Después se comprobó que tales estructuras
serían las que hoy se conocen como nanotubos de carbonos. Con el paso de los años y el avance
de las investigaciones se han dividido en nanotubos de pared sencilla y nanotubos de pared
múltiple. (Ariza y Casas, 2013)
Su base fundamental es una red hexagonal de átomos, su estructura tiene forma cilíndrica
entrelazada por covalencia y su tamaño es de 1nm de diámetro y longitud de 1 µm, García (2012).
ASTM INEN Mín. Máx.
Viscosidad Absoluta a 60oC - Pa.s D2171 -
Viscosidad Cinemática 135ºC cSt D2170 810 240 -
Penetración 25ºC, 100g. 5s. 1/10 mm D5 917 40
Punto de Inflamación ºC D92 808 232 -
Ductibilidad 25ºC 5cm/min Cm D113 916 100 -
Solubilidad en Tricloroetileno %m/m D2042 915 99 -
200 +-40
ESPECIFICACIÓNMÉTODOENSAYO UNIDAD
9
Por lo tanto, “los nanotubos de carbono (CNT) son alótropos de carbono que se asemejan a un
cable cuántico unidimensional (1D); tienen una estructura tubular hecha de capas de átomos de
carbono (láminas grafénicas) enrolladas entre sí”. (González, 2015)
1.4.1. Propiedades de los nanotubos.
Los nanotubos tienen alta resistencia a la tensión hasta 20 veces superior a los mejores aceros
con un sexto de su densidad y la mitad de densidad que el aluminio. Ariza y Casas (2013) afirman
que “la rigidez de los nanotubos es igualmente elevada alcanzando su módulo de Young 5 veces
superiores al acero” p. 20,21.
Una de las propiedades de los nanotubos de carbono son: flexibilidad, elevada fortaleza y una
gran amplitud para transportar electricidad (Ariza y Casas, 2013). Los Nanotubos de carbono
pueden encontrarse de diferentes diámetros, longitudes y tamaños, depende del método de
síntesis.
Para Rivas, Román y Cosme (2007) las propiedades varían de acuerdo al tipo de nanotubo,
como son NTC de pared simple (SWCNT) y NTC de pared múltiple (MWCNT). Además, de esto
depende sus dimensiones y sus defectos (impurezas) “pero también depende de la forma en que
están dispuestos los hexágonos de la lámina de grafito, es decir de cómo se enrollaría la
hipotética lámina de grafito que daría lugar a nuestro nanotubo” (p. 13)
Los SWCNT tienen un diámetro que varía de 0,4 a 2.4 nm y su longitud desde pequeñas
micras a milímetros. En cambio, los MWCNT tienen diámetros crecientes, el número de capas
varía de 2 a 50, de manera que el diámetro puede ser hasta más de 10 nm. (Morales, 2008).
Figura 2. Diámetro de NTC de pared simple; Distancia entre paredes de NTC de múltiple pared Fuente: Jiménez, G. (2002) Elaboración: Autor
10
1.4.2. Clasificación de los nanotubos de carbono.
Los nanotubos se pueden clasificar en dos tipos (SWCNT) y (MWCNT).
-Nanotubos de capa única (SWCNT).- Para Alcca (2010) son aquellas que tienen una capa
bidimensional de grafito que forman una estructura cilíndrica de pequeña longitud de micrones y
de radios nanométricos. Por otro lado, Lafragueta (2013) menciona que los nanotubos de acuerdo
a como se enrollan según sus distintas orientaciones hay tres tipo diferentes de SWCNT,
Armchaur, Zing – Zang y Chiral.
-Nanotubos de capa múltiple (MWCNT). Están formados por dos capas concéntricas de grafeno
(Lafragueta, 2013). Además, según Pérez (2006) la distancia entre cada capa es 0.34 nm, Castillo
(2014) alega que el diámetro está en el rango de 2-100 nm y su longitud de varios micrones.
Figura 3. A. Tipo de enrollados los NTC B. Nanotubo de capa múltiple Fuente: Alcca, 2010 Elaboración: autor
1.4.3. Dispersión de nanotubos de carbono.
Los principales aspectos que se deben tener en cuenta para lograr una mejora en las
propiedades de las mezclas asfálticas, es una adecuada dispersión de los nanotubos de carbono
en los asfaltos; ya que dependiendo del tipo y cantidad usada de nanotubos y el disolvente
pueden ayudar a mejorar las condiciones normales de las mezclas convencionales (Faramarzi,
Araban, Haghi. K y Mottaghitalab, 2015).
11
El trabajo de investigación se realizó sobre la base de las investigaciones realizadas de más
relevancia, entre las cuales podemos mencionar: “Carbón de asfalto modificado con nanotubo de
carbono: preparación y caracterización” (Faramarzi et at, 2015) y “Estudio sobre los efectos de
la CNT en asfalto de mezcla caliente Marshall-parámetros” (2013) de los autores Faramarzi. M,
Arabani. M, Haghi. K y Mottaghitalab.
El estudio “Nanotubos de carbono obtenidos por descomposición catalítica de metano para el
mejoramiento de asfalto” menciona que la obtención de nanotubos fue por vía de descomposición
de metano y a su vez los nanotubos de carbono de pared múltiple que se obtuvieron fueron
utilizados para la modificación del asfalto (Jiménez, Reyes y Daza, 2012).
El estudio “Evaluación del laboratorio de aglutinantes de asfalto modificado con nanotubos de
carbono para el clima egipcio” analizó las características reológicas del asfalto, a través de la
dispersión de los nanotubos de carbono y prístina que significa “sin modificar” (Amin, El-Badawy,
Breakah, Ibrahim, 2016).
En el estudio “Propiedades antienvejecimiento de copolímero de estireno- butadieno – estireno
modificado asfalto combinado con carbón de múltiples paredes nanotubos” se evalúa el impacto
de los nanotubos sobre las propiedades antienvejecimiento de copolímero de estireno- butadieno
– estireno para asfalto que son modificados con copolímero. (Wang, Dong, Tan y Liu, 2016).
En el estudio “Carbón de asfalto modificado con nanotubo de carbono: preparación y
caracterización” se centra en el mezclado de nanotubos de carbono con cemento asfáltico; los
nanotubos se dispersaron mediante un proceso de sonicación, el solvente elegido es el keroseno,
debido a que se trata de un producto a base de petróleo barato y fácilmente disponible. Motivos
por el cuales se eligió este procedimiento (Faramarzi et al, 2015).
En el estudio ¨caracterización de las propiedades mecánicas de HMA modificadas por CNTs¨
se enmarco en el estudio de las propiedades reológicas y la temperatura del aglutinante de
asfalto que afectan en la propiedades mecánicas, realizando algunos procedimientos entre ellos
la utilización de nanotubos de carbono para mejorar la características del aglutinante. (Arabani y
Faramarzi, 2014)
12
Finalmente, “Estudio sobre los efectos de la CNT en asfalto de mezcla caliente Marshall-
parámetros” (2013) de los autores Faramarzi. M, Arabani. M, Haghi. K y Mottaghitalab, se
presenta como un estudio muy importante por su facilidad a ser replicado a gran escala por cuyos
motivos será para del procedimiento a seguir en el proyecto.
1.4.4. Influencia de los Nanotubos de Carbono en mejoramiento de materiales.
El desarrollo tecnológico y avances en la innovación de la construcción vial ha logrado
generar nuevos mecanismos que ayudan a optimizar y mejorar la calidad y durabilidad de la
carpeta asfáltica; incrementando su rendimiento y mejorando las condiciones ambientales y por
ende socioeconómicas.
En la actualidad, se presentan muy pocas investigaciones que se enfocan en la dispersión
de nanotubos de carbono para el asfalto Ac-20 y su incorporación para lograr el mejoramiento
de sus propiedades en cuanto a rendimiento y desempeño que brindan los asfaltos en las obras
viales.
El principio de la investigación toma como referencia el estudio “Nanotubos de carbono
obtenidos por descomposición catalítica de metano para el mejoramiento de asfalto” realizado
en la ciudad de Bogotá. En esta investigación, se obtuvieron los nanotubos a través de la
síntesis por deposición catalítica para luego mezclar los nanotubos de una manera mecánica
con el asfalto a una temperatura de 153 y 173 grados.
Enfocado a los ensayos realizados, las mezclas con nanotubos obtuvo la reducción del
ahuellamiento del 31% con respecto a una mezcla sin modificar. Además, la mezcla modificada
aumentó su rigidez incluso en condiciones críticas de temperatura lo que mejora la susceptibilidad
en los cambio de temperaturas (Jiménez, Reyes y Daza, 2012).
Otro estudio realizado sobre “los efectos de los Nanotubos de carbono en asfalto de mezcla
caliente Marshall-parámetros” (2013) de los autores Faramarzi. M, Arabani. M, Haghi. K y
Mottaghitalab, se enfocó en la dispersión de los nanotubos de forma mecánica con los asfaltos,
la elaboración de mezclas asfálticas modificadas con nanotubos de carbono y su evaluación por
el método Marshall. El resultado obtenido en la estabilidad a la muestra de control mejoró en un
32.53% a la muestra convencional sin modificación. Entre las características está la disminución
13
del flujo en un 0.68% con respecto a la muestra sin modificar, y su fácil metodología de aplicar a
gran escala por lo cual se lo tomó como base en este estudio.
En otro caso particular, la utilización de los nanotubos de carbono en asfalto es la
caracterización de las propiedades mecánicas de HMA modificadas por CNTs¨ del aglutinante
(Arabani y Faramarzi, 2014), basado en comparar las propiedades funcionales de los nanotubos
utilizados en los asfalto para modificar las propiedades, entre ella la fatiga y comportamiento de
fluencia.
Los resultados que se obtuvieron fue que el modulo elástico se redujo mediante el aumento
de temperatura 5, 25 y 40 grados). Se realizó una comparación para cada porcentaje de asfalto
y dio como resultado la mejora del módulo de resiliente cuando hay menor temperatura. Además
se comprobó que las muestras que tiene 1% contenido de nanotubos con respecto a las mezclas
sin modificar mejoró en un 200% la resistencia a la fatiga.
1.5. Asfalto modificado.
Los asfaltos modificados se los define como un aglomerante que modifica sus propiedades al
añadir un producto que pueda ser incorporado o disuelto en el asfalto como son polímeros,
cauchos, nanotubos de carbono, etc. (Catriel, 2011).
Además, son el producto del diseño de la mezcla más la adición de diversos materiales según
el estudio que se pretende llevar, destacando que los polímeros son los más empleados para
modificar las características físicas y reológicas (Coyopotl, 2006).
Por otra parte Xiao, Amirkhanian, & Amirkhanian (2010), una nueva tendencia a utilizar,
aunque existe aún poca información, es la adición de los nanotubos a los asfaltos. Que se evalúa
el comportamiento del asfalto en la resistencia al incremento de temperatura.
1.6. Caracterización de agregados.
Para Esparza (2015) el agregado en un material duro e inerte, de acuerdo a su origen se
pueden clasificar en procesados y agregados naturales.
14
Agregado natural: Son aquellos que tienen poco tratamiento o procesamiento,
generalmente producidos por procesos naturales como son degradación y erosión.
Agregados procesados: Son aquellas partículas trituradas y tamizadas antes de emplearse
en las construcciones. Todo esto dependiendo de su utilidad, variará la gradación, textura y su
forma.
La caracterización se la obtiene a través de diversos ensayos los cuales depende del tipo de
agregado a evaluar (clasificación), lo cual ayuda a obtener los parámetros necesarios de
participación de los mismos en la mezcla asfáltica. (MTOP, 2002)
Los agregados conforman del 90 al 95 % de la mezcla en peso y el 75 a 80 % en volumen,
recalcando que la calidad de la mezcla depende de los agregados en un gran porcentaje (Crespín,
Santa Cruz y Torres, 2012).
Los ensayos se encuentran determinados en la siguiente tabla a través de la Normativa (INEN
861, ASTM C).
Tabla 3. Caracterización Mecánica de agregados
ENSAYO NORMATIVA
GRANULOMETRÍA ASTM D 3515
ABRASIÓN INEN 861
DETERMINACIÓN DE PARTÍCULAS ALARGADAS ASTM D 4791
DETERMINACIÓN DE CARAS FRACTURADAS ASTM D 5821
DETERMINACIÓN DE DELETÉREOS
AGREGADOS FINOS Y GRUESO ASTM C 142
DETERMINACIÓN DE CARAS FRACTURADAS ASTM D 5821
PORCENTAJE DE FINOS EN ARENAS ASTM D-2419
PESO ESPECÍFICO DE AGREGADOS ASTM C-128
Fuente: Elaboración propia Elaboración: Autor
1.7. Mezclas asfálticas.
Las mezclas asfálticas están compuestas por áridos bien graduados y material aglomerante.
Para Corrales (2015) “generalmente las mezclas asfálticas están por un 90% de material pétreo
grueso y fino, un 5% de polvo mineral (filler) y otro 5% de ligante asfáltico (cemento asfáltico,
15
alquitran)” p.21. Cabe destacar que el cemento asfáltico influye en la calidad de la producción de
la mezcla.
Reyes (2009) afirma en los tres primeros puntos que lo ideal que debe tener una mezcla asfáltica
es:
“Baja rigidez o viscosidad a las temperaturas normales de manejo en planta y colocación en
obra.
Alta rigidez y buenas características elásticas a temperaturas bajas de servicio para reducir
el riesgo de la aparición de fisuras por cambios de temperatura.
Buenas características adherentes en presencia de humedad, con el propósito de reducir la
pérdida de adherencia (stripping)”.
La determinación del porcentaje óptimo de asfalto que se va adicionar en la mezcla
dependerá de los agregados y el objetivo que se busca para el diseño. (Esparza, 2015).
1.8. Mezclas asfálticas modificadas.
Con el desarrollo y avances sobre los estudios de las mezclas asfálticas que se basan en
mejorar sus características mecánicas, químicas y reológicas a través de diferentes técnicas las
cuales dependerán del objeto de estudio. (Prada, Rondón, González y Reyes, 2009).
Los estudios que se presenta sobre la modificación de las mezclas asfáltica son: la
modificación de las mezclas con la adición de plásticos, provenientes de las bolsas de leche y el
caucho derivado de las llantas usadas-recicladas (Reyes, Madrid y Callejas, 2007).
En otro estudio se presentó el comportamiento de dos mezclas asfálticas modificadas con
desechos de policloruro de vinilo, en el cual las mezclas modificas presentaron mayor resistencia
a las deformaciones permanentes en comparación con las mezclas convencionales. (Prada, et
al, 2009).
Así se destaca que existen un sin fin de estudios enfocado a la modificación de las mezclas
asfálticas que dependiendo de la capacidad técnica y financiera de cada institución se han
realizado. Por lo tanto, en base a lo anterior, este estudio de investigación se enmarca sobre la
adición de nanotubos de carbono en las mezclas asfálticas para mejorar las condiciones de
estabilidad y flujo, de esta forma aportar al mejoramiento de la resistencia y alargar la vida útil.
16
1.9. Método Marshall.
El criterio del método Marshall en el diseño de mezclas para pavimentación fue planteado por
el ingeniero Bruce Marshall, en el departamento de carreteras del estado de Misissipi. Es así que,
el cuerpo de ingenieros de Estados unidos en base a investigaciones mejoró y aumentó ciertos
aspectos al procedimiento que hoy se conoce como ensayo Marshall y a la vez se creó el criterio
para el diseño de mezclas. (Garnica, Delgado, Gómez y González. A, 2004)
El propósito del método es el de encontrar el contenido óptimo de asfalto que junto a los
agregados previamente estudiados para conformar la mezcla y a la vez proveer de información
sobre la mezcla. (López, 2016).
17
CAPÍTULO 2
2. METODOLOGÍA
18
2.1. Descripción de la metodología utilizada en la investigación
El presente proyecto tiene como finalidad el diseño de la mezcla asfáltica, de acuerdo a las
normas de la construcción ecuatoriana MOP-001-F2002, donde se estipula los requisitos que
debe de cumplir los agregados pétreos y la calidad del cemento asfáltico; las mismas que se
realizan en los laboratorios de la Universidad Técnica Particular de Loja (UTPL). Luego de esto
las muestras de la mezclas asfálticas se ensayan según el método de estabilidad y flujo de
Marshall (Norma ASTM D 6926).
En el presente proyecto de investigación se realiza dos metodologías de trabajo que ilustran
de manera simplificada la estrategia de la investigación.
Figura 4. Metodología I Fuente: Esquema de la metodología de trabajo Elaboración: Autor
19
Con la intensión de dar cumplimiento al propósito de la investigación en la metodología se
definieron las siguientes etapas.
Primera etapa.- se realizan los ensayos a los agregados finos y gruesos, al asfalto AC-20 y la
dispersión de los nanotubos por medio de un dispersante como es el keroseno.
Segunda etapa.- es la elaboración y ensayos de las mezclas convencionales y las mezclas
asfálticas modificadas con nanotubos de carbono.
Tercera etapa.- evaluar los resultados entre las mezclas convencionales y las mezclas con
nanotubos de carbono.
Figura 5. Metodología II Fuente: Esquema de la metodología de trabajo. Elaboración: Autor
20
Las metodología I y II empleada en la figura 5 y figura 6 empieza con la selección de los
materiales, en este caso se inicia con la granulometría, el tipo de asfalto AC-20 seguida de la
caracterización de los mismos.
Posteriormente, se realiza las dispersión de nanotubos de carbono en los asfaltos, luego junto
con los agregados conforman las mezclas que tiene como finalidad determinar el porcentaje
óptimo de asfalto de las mezclas asfálticas mediante la metodología Marshall; además, se
fabrican muestras con asfalto convencionales y modificados con el propósito de establecer su
comportamiento para este estudio y finalmente se compara las dos mezclas para mostrar la
mejoría en base a la estabilidad.
2.2. Caracterización de los agregados.
El material pétreo utilizado proviene de la cantera Catamayito III ubicado en la via Catamayo-
Macará. Se realizó la recolección de los agregados según la norma ASTM D75 que determina
algunas formas de como hacer el muestreo del material, de igual manera se desarrolló el
muestro del material apilado debido a que los agregados finos y gruesos se encuentran en
diferentes montículos según su gradación.
Para conseguir las muestras de agregados se debe ser cuidadoso al seleccionar los
materiales. Este procedimiento se inicia en diferentes sitios de la pila (en pie, en el medio y en la
corona) y se debe desechar el agregado que ha estado expuesto a los agentes climáticos.
Figura 6. Cantera Catamayito III Fuente: Autor Elaboración: Autor
21
Las granulometrías en la investigación corresponden a los materiales pétreos tomado de la
cantera Catamayito III, se realizarán los ensayos que se muestran en la tabla 1, empleados para
la elaboración de las mezclas asfálticas de la investigación.
2.3. Asfalto.
Los asfaltos empleados en la investigación para la elaboración de las probetas, provienen de
la refinería de Esmeraldas de la empresa Petroecuador y su característica se muestran en la tabla
4.
Los ensayos que se necesitan para evaluar las propiedades requeridas de calidad del cemento
asfaltico son varios. La Tabla 5 presenta la comparación entre los valores especificados en la
norma NTE-INEN 2515 Enmienda 1 (NTE-INEN 2515, 2014) y los resultados de los ensayos de
caracterización realizados al asfalto.
Tabla 4. Ensayos realizados sobre el cemento asfáltico AC-20
Fuente: Pincay J, 2017. Tesis maestría en ingeniera vial. UTPL, Loja. Elaboración: Autor
Observaciones: Los valor de viscosidad absoluta y ductilidad del residuo están fuera de
especificación.
Características de ensayo
Sobre muestra Original
Viscosidad Absoluta (60 ᵒC) Pa.s 160 - 240 210
Viscosidad Cinemática (135 ᵒC) Pa.s 300 mín. 353
Punto de Inflamación (ᵒC) ° C 232 mín. 295
Densidad Relativa (25 ᵒC) g/cm3 1 1.0218
Índice de Penetración - - 1,5 a 1 -1.0
Penetración (25ᵒC) mm/10 60 -70 70
Punto de Ablandamiento ᵒC ° C 47 - 58 48
Viscosidad Absoluta (60 ᵒC) Pa.s 800 máx. 888
Cambio de Masa (%) % 1.0 máx. -0.32
Ductilidad (25 ᵒC) cm 50 mín. 42
Sobre residuo del (TFOT. 5 horas a 163 °C)
Unidad Especificación Resultados
22
2.4. Nanotubos de carbono.
Los nanotubos de carbono utilizados para el proyecto de investigación fueron comprados en
la empresa Chengdu Organic Chemicals Co. Ltd, Chinese Acaemy of Sciences. Como se observa
en la figura 8. Son nanotubos de pared múltiple de corta longitud y nanotubos de pared múltiple,
industria que poseen un diámetro de 20-40nm, una pureza >90wt% con una longitud de 10-
30μm.
2.5. Agente dispersante de la metodología I.
El dispersante empleado en el ensayo es un producto químico llamado Keroseno, que es
obtenido de la destilación del petroleo con una densidad de 0.80 g/ cm3 , insoluble en agua.
2.6. Equipos utilizados en la primera metodología.
Los equipos que se utilizados en la investigación pertenecen a la institución.
2.6.1. Ultrasonido.
Para poder dispersar los nanotubos en una solución como es el keroseno se utiliza el
ultrasonic homogenizer ModelJY96-IIN (figura 7 B) la cual genera una potencia de 150 w en un
volumen de 10 a 100 ml. Además cuenta con una punta cilíndrica que opera con frecuencias de
20 – 25 khz. el cual será utilizado para la metodología I.
Figura 7. A. Nanotubos de carbono (MWCNTs). B. Ultrasonic homogenizer ModelJY96-IIN y Nanotubo dispersado Fuente: Autor Elaboración: Autor
A B
C
23
2.7. Segunda etapa.
En esta segunda etapa se describe las mezclas convencionales, mezclas modificadas con
nanotubos.
2.8. Diseño de la Mezcla asfáltica convencional método Marshall.
Para el diseño de la mezcla asfáltica que es para vía de flujo de tránsito pesado, se deberá
cumplir algunos parámetros entre ellos la relación entre el porcentaje del peso de los agregados
y el contenido de asfalto en porcentaje, no debe de ser mayor o igual a 0.8% y nunca superior
a 1.2.%.
La granulometría que se debe emplear en la mezcla se debe de tomar siguiendo la norma del
MOTP-2002 tabla 405-5.1. Para el proyecto en estudio del tamiz ¾”.
Tabla 5. Granulometría para el Diseño
Fuente: Especificaciones generales para la construcción de caminos y puentes, 2002. Elaboración: Ministerio de transporte y obras públicas
Tabla 6. Granulometría de diseño
TAMIZ
Nro. INEN - 154
3/4" 1/2" 3/8" N 4
1" (25.4mm.) 100% --- --- ---
3/4" (19.0 mm) 90%-100% 100% --- ---
1/2"(12.7 mm) --- 90%-100% 100% ---
3/8 (9.5 mm) 56%-80% 90%-100% 100%
# 4 (4.75 mm) 35%-65% 44%-74% 55%-85% 80%-100%
# 8 ( 2.36mm) 23%-49% 28%-58% 32%-67% 65%-100%
# 16 1.18 --- --- --- 40%-80%
# 30 0.60 mm --- --- --- 25%-65%
# 50 0.30 mm 5%-19% 5%-21% 7%-23% 7%-40%
# 100 0.15 mm --- --- --- 3%-20%
# 200 0.075mm 2%-8% 2%-10% 2%-10% 2%-10%
porcentaje en peso que pasa a través de los tamices
de malla cuadrada
24
Tabla 6. Clasificación de tráfico
Fuente: Especificaciones generales para la construcción de caminos y puentes, 2002. Elaboración: Ministerio de transporte y obras públicas.
En este estudio el tráfico es de tipo pesado con cual se debe cumplir cada una de los requisitos
tomando en cuenta que la intensidad promedio de vehículos pesados esperada por el carril en el
momento de su funcionamiento es de 200 a 1000.
Una vez que se tiene todos los procedimientos se realiza la formula maestra del instituto del
asfalto.
P = 0.035 a + 0.045 b + kc + K
Donde p= porcentaje de cemento asfaltico respecto al peso de la mezcla
a= porcentaje de agregado retenido en el tamiz N 10
b= porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz N 10 y se retiene en el tamiz N 200
c= porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz N 200
k= tomando los siguientes valores
0.2 cuando el porcentaje de agragdo que pasa sobre el tamiz N200 varia del 11% al 15%
0.18 cuando el porcentaje de agragdo que pasa sobre el tamiz N200 varia del 06% al 10%
0.15 cuando el porcentaje de agragdo que pasa sobre el tamiz N200 es menos del 05%
TIPO DE TRAFICO Muy Pesado Pesado Medio Liviano
CRITERIOS MARSHALL Min. Max.Min. Max. Min. Max.Min. Max
N° de Golpes/Cara 75 75 50 50
Estabilidad (libras) 2200 ---- 1800 ---- 1200 ----1000 2400
Flujo (pulgada/100) 8 14 8 14 8 168 16
% de vacios en mezcla
- Capa de Rodadura 3 5 3 5 3 53 5
- Capa Intermedia 3 8 3 8 3 83 8
- Capa de Base 3 9 3 9 3 93 9
%Vacios agregados
Relación filler/betún 0.8 1.2 0.8 1.2
% Estabilidad retenida luego 7 días en agua temperatura ambiente
Capa de Rodadura 70 ---- 70 ----
Intermedia o base 60 ---- 60 ----
VER TABLA 405-5.5
25
Tabla 7. Diseño de la mezcla asfaltico (Porcentaje de materiales)
MATERIAL PORCENTAJE DE DISEÑO
Material grueso 3/4" 22%
Material grueso 1/2" 25%
Material arena triturada 12%
Material arena lavada 34%
Material Filler 7%
% Asfalto 5.75
Fuente: Autor Elaboración: Autor
2.9. Mezclas asfálticas convencionales.
Se realizó la mezcla caliente convencional en el laboratorio utilizando el método Marshall.
Para realizar las mezclas convencionales se consiguió los cinco materiales agregados y el
ligante que son: material grueso ¾, material grueso ½, material arena triturada, material arena
lavada, material de filler y asfalto AC-20 a las cuales se le realizaron los siguientes ensayos para
el diseño como son:
Ensayo de abrasión INEN 861 (anexo # 8).
Ensayo de adherencia de los materiales bituminosos norma ASTM D 1664 (anexo # 9).
Ensayo de determinación de partículas alargadas Norma ASTM D 4791 (anexo # 10).
Ensayo de determinación de caras fracturadas Norma ASTM D5821 (anexo # 11).
Ensayo de determinación de deletéreos Norma ASTM C 142 (anexo # 13).
Porcentaje de finos en arenas Norma ASTM D-2419 (anexo # 14)
Análisis granulométricos (anexo 15, 16, 17, 18,19).
Peso específico de agregados Norma ASTM C-128 (anexo # 21, 22, 23,24).
Penetración de materiales bituminosos ASTM D 5.
Indice de Penetración (IP).
Determinación de la viscosidad cinemática ASTM D 2170.
Puntos de inflamación y combustión mediante la copa abierta de cleveland ASTM D 92.
Punto de ablandamiento de asfaltos (Aparato, anillo y bola) ASTM D 36.
Peso específico de asfalto semi-sólidos ASTM D 70.
26
Ductilidad de los materiales bituminosos ASTM D 113.
Viscosidad del asfalto por el método viscosímetro capilar ASTM D 2171.
Viscosidad saybolt furol de asfalto líquidos ASTM D 88.
Ensayo de la película delgada ASTM D 2174.
Una vez obtenidos los ensayos de todos los materiales de agregados y ligantes se procede a
realizar el diseño de la mezcla que en este caso se corrigió la granulometría para el correcto
diseño de la mezcla.
Se prepara las probetas para encontrar el contenido óptimo de asfalto para la granulometría
específica con el fin de cumplir los requerimientos de estabilidad del proyecto. Además, se realizó
3 probetas para cada porcentaje de asfaltos a partir de 4 al 6.5 en valores porcentuales de 0.5%.
2.9.1. Preparación de los materiales y elaboración de briquetas.
Una vez lavado los materiales se ingresaron al horno a una temperatura de 110°C para su
correcto secado, se pesó los materiales de acuerdo a cada fracción que se necesita en el diseño
(tabla # 7) con un peso global de 1400 a 1500 gr. Luego, se colocó los materiales en una plancha
caliente a una temperatura de 28 °C controlada por un termómetro de mano (figura # 8 D), esto
crea elevaciones con los materiales en forma de volcán en el centro para la colocación del asfalto;
luego se realiza una mezcla homogénea con los materiales (figura #8 D) calentando el asfalto a
una temperatura de 135 °C.
A B
27
Figura 8: A. Granulometría B. Lavado de materiales C. secado materiales 24 horas
D. Calentamiento De agregados Fuente: Autor Elaboración: Autor
Antes de colocar los materiales homogenizados, se deben limpiar y calentar el martillo y
moldes a una temperatura entre 93 a 135°C al salir del horno; después se debe colocar papel en
la base, luego el collar de extensión que se ajustan a los bordes para sostener el molde.
Finalmente, se procede a aplicar 75 golpes por cada cara (figura 9 B).
Figura 9. A. Mezcla homogénea B. Golpe de martillo C. Probetas compactadas Fuente: Autor Elaboración: Autor
Luego de la compactación, se retira los moldes del equipo para su enfriamiento a una
temperatura ambiente por 48 horas (figura 9 C). Luego, se retira de las probetas los moldes en
un gato hidráulico para poder medir su espesor y su altura.
C D
B
C A B
28
2.10. Diseño de la Mezcla asfáltica modificada con NTC método Marshall.
Se elaboraron las briquetas modificadas con NTC siguiendo el mismo procedimiento descrito
en 2.9.1 para la elaboración de las briquetas con la diferencia de que el asfalto a utilizar ya ha
sido modificado con la incorporación de los nanotubos de carbono.
Tabla 8. Diseño de la mezcla asfaltico (Porcentaje de materiales) TIPO DE TRAFICO Muy Pesado Pesado Medio Liviano
CRITERIOS MARSHALL Min. Max. Min. Max. Min. Max. Min. Max
N° de Golpes/Cara 75 75 50 50
Estabilidad (libras) 2200 ---- 1800 ---- 1200 ---- 1000 2400
Flujo (pulgada/100) 8 14 8 14 8 16 8 16 % de vacios en mezcla
Capa de Rodadura 3 5 3 5 3 5 3 5
Capa Intermedia 3 8 3 8 3 8 3 8
Capa de Base 3 9 3 9 3 9 3 9
%Vacios agregados VER TABLA 405-5.5
Relación filler/betún 0.8 1.2 0.8 1.2 % Estabilidad retenida luego 7 días en agua temperatura ambiente
Capa de Rodadura 70 ---- 70 ----
Intermedia o base 60 ---- 60 ---- Fuente: Autor Elaboración: Autor
Tabla 9. Porcentajes de materiales para el diseño de mezclas modificadas con Ntc
MATERIAL
PORCENTAJE
DE DISEÑO A
PORCENTAJE
DE DISEÑO B
PORCENTAJE
DE DISEÑO C
Material grueso 3/4" 22% 22% 22%
Material grueso 1/2" 25% 25% 25%
Material arena
triturada 12% 12% 12%
Material arena lavada 34% 34% 34%
Material Filler 7% 7% 7%
% ASFALTO 5.75 5.75 5.75
% NTCs 0.1 0.5 1
Fuente: Autor Elaboración: Autor
29
2.11. Dispersión de nanotubos en asfalto.
La dispersión de los asfalto permite seleccionar la cantidad de nanotubos de carbono
(MWCNT) en base a un estudio descrito en capítulos anteriores. Este se desarrolla en dos formas
diferente en las cuales se describe a continuación:
La primera metodología de dispersión es utilizando el tipo de asfalto producido en nuestro país
como es el AC-20 y con un disolvente llamado keroseno este procedimiento es por vía húmeda.
Dependiendo del porcentaje de asfalto optimo que se necesita para cada briqueta que se va
ensayar en el estudio Marshall, se tomó como referencia la dispersión del artículo científico en
el que, con 84 gr (120 ml) de keroseno en un cilindro de medición, se mezclan 1,28 g de CNT y
se aplicó la sonicación.
Partiendo de esta base y de acuerdo a los datos obtenidos en el presente estudio se empezó
a realizar la dispersión de cada probeta para cada porcentaje de nanotubos requeridos para la
muestra, siguiendo el siguiente proceso.
Para la dispersión se inicia tomando en cuenta los datos de la mezcla convencional
específicamente el contenido óptimo de asfalto. Con el valor del contenido de óptimo de asfalto
se relaciona la cantidad de gramos nanotubos (figura 10 A) y gramos de keroseno (figura 10 B).
Se colocó papel aluminio sobre la balanza para evitar pérdida de nanotubos; además se debe
tomar en cuenta la temperatura ambiente del keroseno teniendo como referencia que su punto
de inflamación es 37-65°C.
Figura 10. A. Nanotubos de carbono B. Temperatura keroseno C. Baño de hielo al keroseno Fuente: Autor Elaboración: Autor
B C A
30
Una vez pesado los materiales se procede a colocar los nanotubos de carbono en el disolvente
keroseno. Para el ingreso al equipo de ultrasonido, se debe tener en cuenta un punto importante,
el de evitar el calentamiento del keroseno; para ello se coloca en un baño de hielo alrededor de
un vaso de precipitación que contiene keroseno más nanotubos de carbono (figura 10 C)
Luego, se ingresaron los materiales al equipo de ultrasonido para su dispersion; con una
potencia de 240 vatios a 50% de pulso y tiempo de sonicación de 25 min, junto con 2 min de alta
cizalladura a 2500 rpm. A continuación describiremos el ingreso de cada punto.
2.11.1. Uso del ultrasonido.
Se coloca la muestra, la aguja del equipo de ultrasonido debe estar a una altura de 40 mm de
la mezcla de nanotubos-keroseno y se enciende el equipo en la parte posterior. Al dar enter
comenzamos a programar el mecanismo a utilizar.
Se programa el número de proyecto en el equipo para futura utilización. Para ajustar cada
sistema se debe programar dando click en la tecla SET, luego aparecerá SET 1 y se procede a
colocar el tiempo de sonicación.
Figura 11. A. Configuración equipo 01 B.
Configuración equipo 02 Fuente: Autor Elaboración: Autor
Como siguiente punto se coloca:
1. En el SET 2 el tiempo de pulso de energía.
2. En el SET 3, el tiempo de parada del pulso.
3. En el SET 4, se coloca la temperatura máxima a llegar (este equipo no cuenta con
esto).
A B
31
4. El SET 5, aquí se coloca el poder del pulso. Y se da clik en ENT teniendo esta imagen.
Figura 12. A. Configuración equipo 03 B. Configuración equipo 04 C. Configuración equipo 05 D.
Configuración equipo 06 Fuente: Autor Elaboración: Autor
Una vez configurado el equipo, se procede a dispersar los nanotubos en el disolvente ; luego
de la utilizacion del ultrasonido, se procede a dar 2 min de alta cizalladura (mezclado) a 2500
rpm. El procedimiento proporciona suficiente energía de desagregación para romper la
agregación de CNT sin dañar los nanotubos.
Una vez disperso el nanotubos en la solución de keroseno, se continúa a mezclar con el asfalto
usando un mezclador de bajo cizallamiento; hasta que se evapore la cantidad pretendida del
disolvente.
La segunda metodología de dispersión se utilizó el tipo de asfalto producido en nuestro país
como es el AC-20, se empleó una técnica que consiste en aplicar el cizallamiento en la mezcla
para la incorporación de los nanotubos de carbono. A continuación de describe los pasos
utilizados en esta metodología.
Se calentó el asfalto hasta llegar a una temperatura de 160ºC para agregar los nanotubos de
forma manual, como siguiente punto se realizó el cizallamiento del asfalto-nanotubos en un
agitador mecánico a una velocidad controlada de 1550 rpm manteniendo una temperatura de
160ºC por un lapso tiempo de 40 minutos. El control de temperatura se realizó por medio de una
placa caliente que permite tener una temperatura controlada.
A B C D
32
Figura 13. A. Dispersión nanotubos B. Placa caliente para control de temperatura C. Agitador mecánico
D. Proceso de dispersión-mezcla Fuente: Autor Elaboración: Autor
2.12. Modificación de las mezclas asfálticas con NTC.
Se pretende mejorar las condiciones de estabilidad y flujo de las mezclas, y adicionar los
nanotubos de carbono por método Marshall. Además, se intenta mostrar las mejoras e incidencia
en comparación con la mezclas sin modificar.
Al tener dispersado la solución asfalto-keroseno-nanotubos como primera metodología y
conjuntamente solución asfalto-nanotubos como segunda metodología, se procede a mezclar
cada solución con los materiales agregados finos y gruesos siguiendo los procedimientos antes
descritos del método Marshall; comprobando las mejoras de la estabilidad y flujo
2.13. Ensayos realizados a los especímenes de mezcla asfáltica modificada y
convencional.
El objetivo que se persigue es encontrar el porcentaje óptimo de asfalto que cumpla con las
especificaciones. Luego en el ensayo Marshall, cada probeta compactada se somete a los
siguientes ensayos:
Determinación de peso específico bulk en la cual se utiliza la siguiente formula :
A
B
C B
C A D
33
Ecuación 1.1
Donde:
WD = Peso seco, en (gr).
WSSD = Peso con superficie saturada superficialmente seca, en (gr).
WSub = Peso sumergido en agua, en (gr).
Ensayo de estabilidad y flujo.- en este ensayo se coloca las probetas en un baño a una
temperatura de 60 grados por un tiempo de 30 minutos (figura 19), y luego se aplica la carga a
una velocidad de 50.8 mm/ min hasta producir su máxima rotura figura 14.
Figura 14. A. Probeta baño maría B. Probeta Fuente: Autor Elaboración: Autor
Determinación gravedad bulk de los agregados en la cual se utiliza la siguiente fórmula
Ecuación 1.2
Donde:
WD = Peso seco en (gr).
WSSD= Peso con superficie saturada superficialmente seca en (gr).
WSub =Peso sumergido en agua, en (gr).
34
Gravedad específica teórica máxima de la mezcla compactada.
Ecuación 1.3
Dónde:
Wagg = Peso del agregado, en (gr).
Wb = Peso de la mezcla asfáltica, en (gr).
Vb = Volumen de la mezcla asfáltica, en (cm3).
Veff = Volumen efectivo del agregado.
Gravedad específica efectiva de los agregados (Gse).
𝐺𝑠𝑒 =𝑃𝑚𝑚 − 𝑃𝑏𝑝𝑚𝑚𝐺𝑚𝑚
− 𝑃𝑏
𝐺𝑏
Ecuación 1.4
Donde:
Pmm = Sumatoria de los porcentajes de mezcla (100%).
Gmm = Gravedad específica teórica máxima (Rice).
Gb = Peso específico del asfalto, en (gr/cm3).
Luego de esto una serie de fórmulas para determinar las siguientes variables como son:
Vacíos de aire en la mezcla asfáltica compactada.
Ecuación 1.5
Dónde:
Va = Volumen de los vacíos con aire.
VT = El volumen total del espécimen compactado.
Gmb= Gravedad específica bulk de la mezcla compactada.
Gmm= Gravedad específica teórica máxima de la mezcla.
35
Vacíos de aire en el agregado mineral
Ecuación 1.6
Dónde:
VT = El volumen total del espécimen compactado.
Vbe = Volumen efectivo de la mezcla asfáltica.
Gsb = Gravedad específica bulk del agregado.
Pb = Porcentaje de asfalto contenido en la mezcla.
Gm =Gravedad específica bulk de la mezcla compactada.
Ps = Porcentaje de agregados contenidos en la mezcla
Vacíos llenos con asfalto
Ecuación 1.7
Dónde:
Va = Volumen de los vacíos con aire.
VT = El volumen total del espécimen compactado.
Vbe = Volumen efectivo de la mezcla asfáltica.
VMA = Vacíos de aire en el agregado mineral.
Pa = Porcentaje de vacíos con aire.
Vbe =Volumen efectivo de la mezcla asfáltica.
36
Volumen de asfalto absorbido.
Ecuación 1.8
Dónde:
Gsb = Gravedad específica bulk del agregado.
Wba = Peso de asfalto absorbido de la mezcla.
Ps =Porcentaje de agregados contenidos en la mezcla.
Gse = Gravedad específica ca efectiva del agregado.
Gb = Gravedad específica ca de la mezcla asfáltica.
Wagg = Peso del agregado.
Luego de aplicar todas las fórmulas pertinentes a cada uno de los ensayos se procede a
elaborar las gráficas para determinar el porcentaje óptimo de asfalto siguiendo el siguiente
esquema.
% de Vacíos Vs % de asfalto, para el cual el % de vacíos es del 4%.
Densidad Vs % de asfalto.
Estabilidad Vs % de asfalto.
Flujo Vs % de asfalto.
% de Vacíos llenos con asfalto Vs % de asfalto.
% de vacíos en los agregados minerales Vs % de asfalto.
Una vez obtenido el porcentaje óptimo de asfalto y cumpliendo todos los parámetros normas
para mi diseño se continua con la dispersión.
37
CAPÍTULO 3
3. ANÁLISIS Y RESULTADOS
38
Con base a los resultados obtenidos de los ensayos, con fundamento en las investigaciones
iniciales al proyecto de investigación, considerando las dos metodologías presentadas se
analizan los siguientes resultados.
Figura 15: Porcentaje de asfalto vs estabilidad Fuente: Autor Elaboración: Autor
La gráfica 15 representa el porcentaje de cemento asfáltico vs estabilidad, que representa un
valor de 5.75% según la estabilidad máxima de 2090 libras.
Las Normas Ecuatorianas de la tabla 405.5.4 del año 2002, menciona que:
Para tráfico muy pesado la estabilidad mínima es de 2200 libras, con lo cual el estudio
cumple con la norma mencionada.
Para tráfico pesado la estabilidad mínima es 1800 libras, con lo cual el estudio cumple
con la norma mencionada.
Figura 16. Porcentaje de asfalto vs Bulk Fuente: Autor Elaboración: Autor
TENDENCIA
ASFALTO ESTABILIDAD
4.5 1758.5
5 1939.1
5.5 2114.3
6 2037.4
6.5 1848
TENDENCIA
ASFALTO BULK
4.5 2.249
5 2.284
5.5 2.331
6 2.338
6.5 2.317
TENDENCI AASF. BULK
4. 5 2. 2495 2. 284
5. 5 2. 3316 2. 338
6. 5 2. 317
2.240
2.260
2.280
2.300
2.320
2.340
2.360
4 4.5 5 5.5 6 6.5 7
BU
LK
% DE ASFALTO
% ASFALTO vs BULK
TENDENCI AASF. ESTAB.
4. 5 1758. 55 1939. 1
5. 5 2114. 36 2037. 4
6. 5 1848
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
4 4.5 5 5.5 6 6.5 7
ES
TA
BIL
IDA
D
% DE ASFALTO
% ASFALTO vs ESTABILIDAD
% ASFALTO vs VACIOS
39
La gráfica 16 representa el porcentaje de cemento asfáltico que tiene un valor de 5.75% y la Bulk
máxima de 2336 libras.
Figura 17. Porcentaje de asfalto vs vacíos Fuente: Autor Elaboración: Autor
La gráfica 17 representa el porcentaje de cemento asfáltico que tiene un valor de 5.75% según
su volumen de vacíos es de 4.4 %.
Figura 18: Porcentaje de asfalto vs V.A.M Fuente: Autor Elaboración: Autor
La gráfica 18 representa el porcentaje de cemento asfáltico que tiene un valor de 5.75% según
su volumen de V.A.M es de 14.25 %
Las Normas Ecuatorianas de la tabla 405.5.4 del año 2002, menciona que para el tipo de
mezcla CD, Su V.A.M mínimo (volumen del agregado mineral) es 14 % por lo que el caso en
estudio si cumplen, su valor es de 14.25 %.
TENDENCI AASF. V. A. M
4. 5 16. 365 15. 49
5. 5 14. 236 14. 43
6. 5 15. 62
1212.5
1313.5
1414.5
1515.5
1616.5
17
4 4.5 5 5.5 6 6.5 7
V.A
.M.
% DE ASFALTO
% ASFALTO vs V.A.M.
TENDENCIA
ASFALTO VACIOS
4.5 7.7353
5 6.5424
5.5 4.6785
6 3.6904
6.5 4.07
TENDENCIA
ASFALTO V.A.M.
4.5 16.36
5 15.49
5.5 14.23
6 14.23
6.5 15.62
TENDENCI AASF. VACI OS
4. 5 7. 73535 6. 5424
5. 5 4. 67856 3. 6904
6. 5 4. 07
0
2
4
6
8
10
4.5 5 5.5 6 6.5 7V
AC
IOS
% DE ASFALTO
% ASFALTO vs VACIOS
40
Figura 19. Porcentaje de asfalto vs Flujo Fuente: Autor Elaboración: Autor
La gráfica 19 representa el porcentaje (%) de cemento asfáltico que tiene un valor de 5.75 %;
según su flujo es de 11.5 pulgadas/100.
Las Normas Ecuatorianas de la tabla 405.5.4 del año 2002, menciona que:
Para tráfico muy pesado, el flujo es 8 a 14 pulg/100; por lo que el caso en estudio si
cumple, ya que su valor es de 11.5 pulg/100.
Para tráfico pesado, el flujo es 8 a 14 pulg/100; por lo que el caso en estudio si cumple,
ya que su valor es de 11.5 pulg/100.
Figura 20. Porcentaje de asfalto vs R.B.V Fuente: Autor Elaboración: Autor
La gráfica 20 representa el porcentaje de cemento asfáltico que tiene un valor de 5.75% según
su volumen de R.B.V (relación de asfalto con vacíos) es de 74.00 %.
TENDENCIA
ASFALTO FLUJO
4.5 9.2133
5 9.61
5.5 11.01
6 12.00
6.5 13.28
TENDENCIA
ASFALTO ESTABILIDAD
4.5 56.29
5 63.21
5.5 72.95
6 78.91
6.5 78.47
TENDENCI AASF. V. A. M
4. 5 56. 295 63. 21
5. 5 72. 956 78. 91
6. 5 78. 47
50.00
55.00
60.00
65.00
70.00
75.00
80.00
85.00
4.5 5 5.5 6 6.5 7
R.B
.V
% DE ASFALTO
% ASFALTO vs R.B.V
TENDENCI AASF. FLUJO
4. 5 9. 21335 9. 61
5. 5 11. 016 12. 00
6. 5 13. 28
% DE ASFALTO
8
9
10
11
12
13
14
15
16
4.5 5 5.5 6 6.5 7F
LU
JO
% DE ASFALTO
% ASFALTO vs FLUJO
41
Resumen final del diseño Marshall:
Tabla 10. Porcentaje de diseño para Mezcla asfáltica en caliente
MATERIAL
PORCENTAJE DE
DISEÑO
Material grueso 3/4" 22%
Material grueso 1/2" 25%
Material arena triturada 12%
Material arena lavada 34%
Material Filler 7%
Porcentaje de asfalto 5.75%
Fuente: Datos obtenidos en laboratorio. Elaboración: Autor
Tabla 11. Resumen de estudio Marshall mezcla convencional
Fuente: Datos obtenidos en laboratorio. Elaboración: Autor
3.1. Diseño de la mezcla modificada con NTCs + Keroseno.
Con este diseño se realiza el procedimiento tomando el óptimo para poder realizar la
dispersión de la metodología de la solución asfalto-keroseno-nanotubo y la solución de asfalto-
nanotubo.
RESUMEN : REQUERIMIENTOS
5.75 % 5.5 % 6 %
2 090 lb > 1 800 lb
11.50 1/100 8.0 1/100 14 1/100
2336.0 gr/cm3
4.40 % 3 % 5 %
14.25 % > 14 %
75.00 % 65 % 75 %
2.35 gr/cm3
PORCENTAJE OPTIMO
ESTABILIDAD
FLUENCIA
DENSIDAD
VACIOS CON AIRE
VACIOS DE AGRAGADO MINERAL
RELACION BITUMEN VACIOS
PESO ESPECIFICO MAXIMO TEORICO
42
Con base a los resultados obtenidos de los ensayos, con fundamento en las investigaciones
iniciales al proyecto de investigación, considerando la primera metodología presentada se
analizan los siguientes resultados.
Tabla 12. Resumen de estabilidad solución asfalto-keroseno-nanotubo.
Estabilidad Marshall (libras)
Solución: Asfalto-keroseno-Nanotubo
Mezcla convencional 2039
0.1% nanotubos 1845
0.5% nanotubos 1495
1% nanotubos 1250
Fuente: Datos obtenidos en laboratorio. Elaboración: Autor
Figura 21. Estabilidad Marshall- solución asfalto-keroseno-nanotubos Fuente: Autor Elaboración: Autor
En figura 21 correspondiente a la estabilidad marshall se observó que entre más cantidad se
adiciono de nanotubos su estabilidad fue decreciendo, motivo por cual no funciono la solución
de asfalto-keroseno-nanotubos. Otro punto muy importante es que una vez confirmada la relación
de resultados se determinó no seguir utilizando más nanotubos porque la línea de valores era
decreciente. Además al iniciar la investigación se pudo contar con el keroseno procedente de
extranjero pero al hacerle el análisis de rigor debido a que los resultados no concedían se
0
500
1000
1500
2000
2500
Libras
Mezclaconvencional
0.1% nanotubos
0.5% nanotubos
1% nanotubos
43
comprobó que la solución de keroseno no era la óptima (pura), sumado a que en nuestro País se
encuentra en restricción se procedió aplicar otro mecanismo de dispersión.
Con base a los resultados obtenidos de los ensayos, con fundamento en las investigaciones
iniciales al proyecto de investigación, considerando la segunda metodología presentada se
analizan los siguientes resultados.
Tabla 13. Resumen de estabilidad solución asfalto-nanotubo.
Estabilidad Marshall (libras) Solución asfalto - nanotubos
Mezcla convencional 2090 0.1% nanotubos 2325 0.5% nanotubos 2827 1% nanotubos 3615
Fuente: Datos obtenidos en laboratorio. Elaboración: Autor
Figura 22. Estabilidad Marshall- solución asfalto-nanotubos Fuente: Autor Elaboración: Autor
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Estabilidad (libras)
Mezclaconvencional
0.1% nanotubos
0.5% nanotubos
1% nanotubos
44
Tabla 14. Resumen de fluencia solución asfalto-nanotubo.
Fluencia
Mezcla convencional 11.5
0.1% nanotubos 8.5
0.5% nanotubos 8.5
1% nanotubos 8.5
Fuente: Datos obtenidos en laboratorio. Elaboración: Autor
Figura 23. Flujo Marshall- solución asfalto-nanotubos Fuente: Autor Elaboración: Autor
En la figura 22, los valores de la estabilidad en la mezcla modificadas con la adición de
nanotubos de carbono en porcentajes de 0.1%, 0,5% y 1% mejoró con respecto a la muestra
convencional de control, sin modificar que entre más cantidad se adicionó de nanotubos la
estabilidad son mayores.
Entre los valores respecto a la mezcla de control, tiene un valor de 2090 libras de estabilidad,
lo que señala que con un porcentaje de 0.1 % la estabilidad mejoró con un valor de 2325 libras,
esto indica un índice de mejora del 11.24% con respecto a la mezcla de control.
0
2
4
6
8
10
12
14
Fluencia
Mezcla convencional
0.1% nanotubos
0.5% nanotubos
1% nanotubos
45
En el valor de 0.5% de adición de nanotubos con respecto a mezcla de referencia, el resultado
de la estabilidad mejoró, teniendo como resultado 2827 libras, lo que indica un valor de mejora
de 35.26%.
Con el porcentaje del 1% de adición de nanotubos en la mezcla de asfalto, se presentó un
incremento de la estabilidad del 72 % con respecto a la muestra de control, con un valor de 3615
libras.
En la figura 23, si bien los valores de flujo redujeron en un 28.26% con respecto a la muestra
de control, siguen cumpliendo la norma de diseño. El motivo de su reducción es debido a su alto
módulo de Young de nanotubos de carbono.
Según Ariza y Casas (2013), “la rigidez de los nanotubos es igualmente elevada, alcanzando
su módulo de Young 5 veces superiores al acero” p. 20,21. Esta característica mejora
notablemente la resistencia a las deformaciones permanente (M, Arabani, Faramarzi. M ,2014)
En cuanto a los resultados del ensayo de estabilidad, se seleccionó el mejor ejemplo,
quedando como referencia la solución que contiene 1% de nanotubos en peso de asfalto. Esta
muestra respecto a la estabilidad de control sin modificar mejoró en un 72%, que influyen
directamente en las condiciones de tránsito esperados en el diseño y a la durabilidad que tendrá
nuestra carpeta asfáltica.
3.2. Análisis y resultados del asfalto convencional y modificado con NTCs.
Tabla 15. Resumen Ensayo de penetración.
Ensayo de penetración 25C, 100g. 5s (unidad 1/10mm)
Mezcla convencional 70 0.1% nanotubos 60 0.5% nanotubos 57 1% nanotubos 53
Fuente: Datos obtenidos en laboratorio. Elaboración: Autor
46
Figura 24. Ensayo de Penetración Fuente: Autor Elaboración: Autor
En la figura 24, los valores que consideran respecto al asfalto convencional, tiene un valor de
70 (1/10mm) con un porcentaje de 0.1 %, el grado de penetración disminuyó de 60 (1/10mm) lo
que indica un índice de reducción del 14.29% a la mezcla de control.
En el valor de 0.5% de adición de nanotubos con respecto a asfalto de referencia, el resultado
del grado de penetración redujeron, teniendo como resultado 57 (1/10mm), lo que indica un valor
de reducción de 18.57%.
Con el porcentaje del 1% de adición de nanotubos en el asfalto se presentó una reducción de
grado de penetración del 24.285 %, con respecto a la muestra de control, con un valor de 53
(1/10mm).
Los cambios de grado de penetración de la muestra de control con las muestras modificada,
nos indican que entre mayor adición de nanotubos contiene la mezcla, menor es su grado de
penetración, debido a la alta estabilidad a la tracción de los nanotubos de carbono.
0
10
20
30
40
50
60
70
Unidad 1/10mm
Mezclaconvencional
0.1% nanotubos
0.5% nanotubos
1% nanotubos
47
Tabla 16. Resumen Punto de Ablandamiento.
Punto de Ablandamiento Solución Asfalto-Nanotubos
Mezcla convencional 48 0.1% nanotubos 49 0.5% nanotubos 51 1% nanotubos 54
Fuente: Autor Elaboración: Autor
Figura 25. Ensayo de Punto de Ablandamiento Fuente: Autor Elaboración: Autor
En la figura 25 muestra los cambios de punto de ablandamiento de la muestra de control con
las muestras modificada, como se puede observar entre mayor adición de nanotubos contiene
la mezcla mayor es su punto de ablandamiento, debido que los módulos de Young y a la alta
estabilidad lo que hace que la muestra sea más estable. Cabe recalcar que este tipo de asfalto
modificado se podrá utilizar en área de temperaturas alta.
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
Temperatura en grados
Mezclaconvencional
0.1% nanotubos
0.5% nanotubos
1% nanotubos
48
CONCLUSIONES
Como se ha señalado anteriormente, el objetivo de este estudio fue la dispersión de nanotubos
de carbono para el asfalto Ac-20 mediante dos metodologías y comparar las mezclas asfálticas
convencionales con las mezclas asfálticas modificadas través del método Marshall Comparando
los resultados se mostró una mejora en la estabilidad del 72% en el asfalto modificado con el 1%
de nonotubos en peso en relación a la muestra control. Además:
La primera metodología aplicada mostro valores bajos en cuanto a la estabilidad,
resultados que atribuimos a las impurezas que presento el keroseno al análisis de rigor,
sumado a que en el país se encuentra en restricción su venta, motivos por los cuales se
decidió no seguir con la metodología planteada.
La segunda metodología mostro valores altos de estabilidad, cumpliendo con los
parámetros del estudio, además es una metodología de fácil aplicación en el campo
industrial, motivo por el que se decidió aplicarla a lo largo del estudio.
Los Nanotubos de carbono en la estructura de la mezcla asfáltica son capaces de
incrementar la estabilidad con lo cual el espesor de la capa es menor con respecto a la
mezcla de control lo que contribuye a una reducción de costo.
En cuanto al punto de ablandamiento, las muestras modificadas que contienen mayor
adición de nanotubos (1% en peso) fueron de 54 grados, pudiendo utilizarlo en áreas de
temperaturas alta.
En cuanto al grado de penetración se observó que entre mayor adición de nanotubos
contiene la mezcla menor es su grado de penetración.
Al análisis de costo-beneficio se pudo observar que en una carpeta asfáltica sin modificar
es de 12.04 dólares por metro cuadrado y una carpeta asfáltica modificada con nanotubos
tiene un valor de 12.28 dólares por metro cuadrado, siendo la estabilidad de la carpeta
asfáltica sin modificar de 2.090 libras y la estabilidad de la carpeta asfáltica modificada
49
con 1% de nanotubos es de 3.615 libras, lo que nos representa un mayor beneficio en
relación al costo.
50
RECOMENDACIONES
Realizar el estudio del asfalto modificado con nanotubos para el fenómeno de fatiga.
El presente estudio puede complementarse con nuevos ensayos de esta forma se pueda
desarrollar una nueva investigación sobre la influencia de los nanotubos de carbono para
asfalto; y poder determinar todos los niveles de mejora en el campo vial.
Siendo los nanotubos de carbono uno de los componentes principales que se basa
nuestro estudio, se recomienda su posible producción en los laboratorios del país.
Dado que se cuenta con poca de información sobre la dispersión a nivel macro de los
nanotubos, se recomienda que la Universidad Técnica Particular de Loja, realice nuevos
estudios sobre mecanismo de dispersión para una futura industrialización en el sector vial.
Se recomienda utilizar la segunda metodología aplicada en el estudio por su fácil
aplicación a gran escala.
En otras investigaciones que formaron parte de este estudio se comprobó que la carpeta
asfáltica se reduce en un 50% de espesor y acotaron que los costos relacionados con el
consumo de energía de la producción de asfalto, materiales (agregados y betún), la
producción, la reparación y el mantenimiento se reducen por la reducción de asfalto de
mezcla en caliente necesario.
51
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preview_click&show_checkout=1&purchase_referrer=www.google.com.ec&purchase_site_licen
se=LICENSE_DENIED
56
ANEXOS
57
ANEXOS 1 ENSAYO MARSHALL DE MEZCLAS CONVENCIONAL
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Faja de trabajo: 2/4 Instituto del asfalto Grado de cemento asfaltico: AC-20 Golpes: 75
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VOLUMEN (cm³)
PESO ESPECIFICO
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MAXIMO TEÓRICO
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ANEXOS 2 MEZCLAS CON NANOTUBOS DE CARBONO AL 0.1 % SOLUCIÓN
ASFALTO-KEROSENO-NANOTUBO
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Faja de trabajo: ¾” Instituto del asfalto Grado de cemento asfaltico: AC-20
Golpes: 75
PR
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FAJA
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P. agua (gr)
VOLUMEN (cm³)
PESO
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1441
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5.69
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15
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12.0
011
.31
2.54
63
1130
.85
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.98
658.
8347
2.15
2.39
5W
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41.3
21.
147.
0115
7517
9613
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Lav
34.0
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1048
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.24
604.
9644
3.28
2.36
41.
326.
6915
0319
8514
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6.60
2.33
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.14
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.32
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3847
5.94
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81.
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9717
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PESO
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MAXIMO
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TER
IALE
S
59
ANEXOS 3 MEZCLAS CON NANOTUBOS DE CARBONO AL 0.5 % SOLUCIÓN
ASFALTO-KEROSENO-NANOTUBO
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Faja de trabajo: ¾” Instituto del asfalto con 0,005 Grado de cemento asfaltico: AC-20
Golpes: 75
PR
OY
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:
FAJA
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:
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% AGREGADOS
% DOSIFICACION
PESO
ESPECIFICO
AGREGADOS (gr)
PESO
ESPECIFICO
25/25°C
ASFALTO
MUESTRA
P. Aire Seco (gr)
P. Aire S.S.S. (gr)
P. agua (gr)
VOLUMEN (cm³)
PESO
ESPECIFICO
BULK (gr/cm³)
PESO
ESPECIFICO
MAXIMO
FACTOR DE
CORRECCION
LECTURA (kN)
LECTURA (lbs)
CORREGIDA
FLUJO 0.01"
3/4"
22.0
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.74
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146.
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12.0
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255.
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.46
1079
.63
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7345
0.90
2.39
41.
255.
4912
3415
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IALE
S
60
ANEXOS 4 MEZCLAS CON NANOTUBOS DE CARBONO AL 1 % SOLUCIÓN ASFALTO-
KEROSENO-NANOTUBO
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Faja de trabajo: ¾” Instituto del asfalto con 0,01 Grado de cemento asfaltico: AC-20
Golpes: 75
PR
OY
EC
TO
:
FAJA
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GR
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% AGREGADOS
% DOSIFICACION
PESO
ESPECIFICO
AGREGADOS (gr)
PESO
ESPECIFICO
25/25°C
ASFALTO
MUESTRA
P. Aire Seco (gr)
P. Aire S.S.S. (gr)
P. agua (gr)
VOLUMEN (cm³)
PESO
ESPECIFICO
BULK (gr/cm³)
PESO
ESPECIFICO
MAXIMO
FACTOR DE
CORRECCION
LECTURA (kN)
LECTURA (lbs)
CORREGIDA
FLUJO 0.01"
3/4"
22.0
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.74
2.60
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5543
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1.32
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Trt
12.0
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.31
2.54
63
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.11
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.17
615.
6344
0.54
2.39
7W
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41.3
21.
325.
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.11
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2.38
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.24
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.61
659.
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S
61
ANEXOS 5 MEZCLAS CON NANOTUBOS DE CARBONO AL 0.1 % SOLUCIÓN ASFALTO-NANOTUBO (SEGUNDA METODOLOGÍA)
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Faja de trabajo: ¾” Instituto del asfalto Grado de cemento asfaltico: AC-20
Golpes: 75
PR
OY
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:
FAJA
DE
TRA
BA
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% AGREGADOS
% DOSIFICACION
PESO
ESPECIFICO
AGREGADOS (gr)
PESO
ESPECIFICO
25/25°C
ASFALTO
MUESTRA
P. Aire Seco (gr)
P. Aire S.S.S. (gr)
P. agua (gr)
VOLUMEN (cm³)
PESO
ESPECIFICO
BULK (gr/cm³)
PESO
ESPECIFICO
MAXIMO
FACTOR DE
CORRECCION
LECTURA (kN)
LECTURA (lbs)
CORREGIDA
FLUJO 0.01"
3/4"
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1276
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0054
5.00
2.33
90.
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BIL
IDA
D
62
ANEXOS 6 MEZCLAS CON NANOTUBOS DE CARBONO AL 0.5 % SOLUCIÓN ASFALTO-NANOTUBO (SEGUNDA METODOLOGÍA)
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Faja de trabajo: ¾” Instituto del asfalto Grado de cemento asfaltico: AC-20
Golpes: 75
PR
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FAJA
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% DOSIFICACION
PESO
ESPECIFICO
AGREGADOS (gr)
PESO
ESPECIFICO
25/25°C
ASFALTO
MUESTRA
P. Aire Seco (gr)
P. Aire S.S.S. (gr)
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VOLUMEN (cm³)
PESO
ESPECIFICO
BULK (gr/cm³)
PESO
ESPECIFICO
MAXIMO
FACTOR DE
CORRECCION
LECTURA (kN)
LECTURA (lbs)
CORREGIDA
FLUJO 0.01"
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1420
.00
814.
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.00
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1360
.00
1365
.00
782.
8058
2.20
2.33
60.
8316
.09
3608
2995
8.5
Are
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34.0
034
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2.58
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7.00
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PR
OM
EDIO
63
ANEXOS 7 MEZCLAS CON NANOTUBOS DE CARBONO AL 1 % SOLUCIÓN ASFALTO-NANOTUBO (SEGUNDA METODOLOGÍA)
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Faja de trabajo: ¾” Instituto del asfalto Grado de cemento asfaltico: AC-20
Golpes: 75
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PESO
ESPECIFICO
AGREGADOS (gr)
PESO
ESPECIFICO
25/25°C
ASFALTO
MUESTRA
P. Aire Seco (gr)
P. Aire S.S.S. (gr)
P. agua (gr)
VOLUMEN (cm³)
PESO
ESPECIFICO
BULK (gr/cm³)
PESO
ESPECIFICO
MAXIMO
FACTOR DE
CORRECCION
LECTURA (kN)
LECTURA (lbs)
CORREGIDA
FLUJO 0.01"
3/4"
22.0
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0/20
17
PRO
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IO
64
ANEXOS 8 ENSAYO DE ABRASIÓN INEN 861
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Muestra: Mima Catamayito Ubicación: Catamayo
Profundidad: STOCK Operador: E.B.R.
65
ANEXOS 9 ENSAYO DE ADHERENCIA DE LOS MATERIALES BITUMINOSOS
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Muestra: Mezcla faja ¾” Ubicación: Catamayo
Profundidad: STOCK Operador: E.B.R. Norma: ASTM D 1664
66
ANEXOS 10 ENSAYO DE DETERMINACIÓN PARTÍCULAS ALARGADAS
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Muestra: Mezcla faja ¾” Ubicación: Catamayo
Profundidad: STOCK Operador: C.G. Norma: ASTM D 4791
67
ANEXOS 11 ENSAYO DE DETERMINACIÓN DE CARAS FRACTURADAS
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Muestra: Mezcla faja ¾” Ubicación: Catamayo
Profundidad: STOCK Operador: C.G. Norma: ASTM D 5821
68
ANEXOS 12 MEZCLAS DE MATERIALES (FAJA ¾”)
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Faja de trabajo: ¾” Instituto del asfalto Grado de cemento: AC-20 Golpes: 75
Mezcla de materiales: Faja ¾”
69
ANEXOS 13 ENSAYO DE DETERMINACIÓN DE DELETREROS
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Muestra: Mezcla faja ¾” Ubicación: Catamayo
Profundidad: STOCK Operador: C.G. Norma: ASTM C 142
70
ANEXOS 14 PORCENTAJE DE FINOS EN ARENAS
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Muestra: Mezcla faja ¾” Muestra: Triturado
Ubicación: Catamayo Norma: ASTM D 2419
71
ANEXOS 15 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Muestra: 1/2 Ubicación: Catamayo
72
ANEXOS 16 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO 3/4
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Muestra: 3/4 Ubicación: Catamayo
73
ANEXOS 17 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO ARENA LAVADA
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Muestra: Arena Lavada Ubicación: Catamayo
74
ANEXOS 18 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO ARENA TRITURADA
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Muestra: Arena Triturada Ubicación: Catamayo
75
ANEXOS 19 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO FINO
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Ubicación: Catamayo Muestra #1: 3/4 Muestra #2: 1/2 Muestra #3: Arena Trit. Muestra #4: Arena Lav. Muestra #5: Filler
76
ANEXOS 20 MEZCLA FAJA ¾” INSTITUTO DEL ASFALTO
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Localización: Mina Catamayo Ubicación: Catamayo Muestra #1: 3/4 Muestra #2: 1/2 Muestra #3: Arena Trit. Muestra #4: Filler Muestra #5:
77
ANEXOS 21 PESO ESPECÍFICO DE AGREGADOS ARENA TRIT. Y ¾”
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Muestra: Arena Triturada Y ¾” Ubicación: Catamayo
78
ANEXOS 22 PESO ESPECÍFICO DE AGREGADOS ARENA LAV. Y 1/2
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Ubicación: Catamayo Muestra: Arena Lavada Y ½” grueso triturado
Norma: ASTM C 128
ANEXO 15 PESO ESPECIFICO DE AGREGADOS ARENA LAV. Y 1/2
PROYEC: TRABAJO DE TITULACION MAESTRIA INGENIERIA VIAL
OBRA: MEZCLA ASFÁLTICA
LOCALZ.: CATAMAYO MUESTRA: Arena Lav. Y 1/2"
MUESTRA: Arena Lavada y 1/2" Grueso Triturado
DATOS:
1247,05 gr
444,58 gr
802,47 cc
1553,54 gr
486,12 gr
2,51 gr/cm³
2,584 gr/cm³
2,71 gr/cm³
2,86%
DATOS:
3560,00 gr
2190,00 gr
3505,00 gr
2,56 gr/cm³
2,599 gr/cm³
2,67 gr/cm³
1,57%
DENSIDAD APARENTE:
ABSORCION:
NORMA DE ENSAYO: ASTM C-127
PESO EN EL AIRE:
PESO SUMERGIDO:
PESO SECO:
DENSIDAD MASIVA:
DENSIDAD SSS:
PESO SUELO SECO:
DENSIDAD MASIVA:
DENSIDAD SSS:
DENSIDAD APARENTE:
ABSORCION:
PESO ESPECIFICO AGREGADO GRUESO
PESO ESPECIFICO AGREGADO FINO
NORMA DE ENSAYO: ASTM C-128
PESO PICNOMETRO MAS AGUA:
PESO PICNOMETRO:
VOLUMEN PICNOMETRO:
PESO TOTAL:
79
ANEXOS 23 PESO ESPECÍFICO DE AGREGADOS FILLER
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Ubicación: Catamayo Muestra: Filler
Muestra: Arena Lavada Y ½” grueso triturado Peso específico: Agregado fino
Norma: ASTM C 128
PROYEC: TRABAJO DE TITULACION MAESTRIA INGENIERIA VIAL
OBRA: MEZCLA ASFÁLTICA
LOCALZ.: CATAMAYO MUESTRA: FILLER
MUESTRA: Arena Lavada y 1/2" Grueso Triturado
DATOS:
1248,21 gr
445,60 gr
802,61 cc
1533,77 gr
455,05 gr
2,12 gr/cm³
2,332 gr/cm³
2,68 gr/cm³
9,88%
ANEXO 16 PESO ESPECIFICO DE AGREGADOS FILLER
DENSIDAD SSS:
DENSIDAD APARENTE:
ABSORCION:
PESO PICNOMETRO MAS AGUA:
PESO PICNOMETRO:
VOLUMEN PICNOMETRO:
PESO TOTAL:
PESO SUELO SECO:
DENSIDAD MASIVA:
PESO ESPECIFICO AGREGADO FINO
NORMA DE ENSAYO: ASTM C-128
80
ANEXOS 24 RESUMEN PESO ESPECÍFICO DE AGREGADOS
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Ubicación: Catamayo
ANEXO 17 RESUMEN PESO ESPECIFICO DE AGREGADOS
PROYEC: TRABAJO DE TITULACION MAESTRIA INGENIERIA VIAL
OBRA: MEZCLA ASFÁLTICA
LOCALZ.: CATAMAYO
MUESTRA:
2,603 g/cm³
2,599 g/cm³
2,584 g/cm³
2,546 g/cm³
2,332 g/cm³
PESO ESPECIFICO ARENA LAVADA=
PESO ESPECIFICO ARENA TRITURADA=
PESO ESPECIFICO FILLER=
PESO ESPECIFICO 3/4"=
PESO ESPECIFICO 1/2"=
81
ANEXOS 25 RESUMEN PESO ESPECÍFICO DE AGREGADOS
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Ubicación: Catamayo
AN
EX
O 1
8 R
ES
IST
EN
CIA
A L
A D
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)
190
mm
(3"
)63
mm
(2
1/2"
)-
--
--
--
--
--
--
63m
m (
2 1/
2")
50m
m (
2")
50m
m (
2")
37,5
mm
(1
1/2"
)
37,5
mm
(1
1/2"
)25
mm
(1"
)
25m
m (
1")
19m
m (
3/4"
)
19m
m (
3/4"
)12
,5 m
m(1
/2")
670,
3
12,5
mm
(1/2
")9.
5mm
(3/
8")
332,
0
59.
5mm
(3/
8")
4,75
mm
(N
º4)
54,0
300,
130
0,07
-4m
m (
Nº5
)29
4,43
1,9
1,0
--
--
-
100,
01,
6
Pas
ante
Re
ten
ido
19,
5mm
(3/
8")
4,75
mm
(N
º4)
24,
75m
m (
Nº4
)2,
36m
m (
Nº8
)49
,41,
40,
7
32,
36m
m (
Nº8
)1,
18m
m (
Nº1
6)26
,10,
90,
2
41,
18m
m (
Nº1
6),6
00m
m (
Nº3
0)14
,73,
90,
6
5,6
00m
m (
Nº3
0)30
0mm
(N
º50)
9,8
4,1
0,4
100,
01,
9
100,
0796
,13
100,
0195
,93
TO
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L
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DID
A (
%)
PER
DID
A
CO
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%)
OB
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100,
0998
,71
100,
0599
,19
-
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EN
SA
YO
(g
)
1,4
0,5
--
--
--
--
439
,210
02,2
8-
8mm
(5/
16")
988,
69
-
36,
8-
-16
mm
(5/
8")
-1,
40,
1-
--
--
--
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1/4"
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-
GR
AC
ION
82
ANEXOS 26 COSTO DE NANOTUBO
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial
PROYEC: TRABAJO DE TITULACION MAESTRIA INGENIERIA VIAL
cantidadvalor
($)
1 230
230
TNIM6
Industrial
MWCNTs,OD:20-
40nm,Purity:>90%,Len
gth:10-30um
230 $/kg
codigo de
productoespecificación Precio(USD) Unit
Total USD
Anexo # 19 costo de Nanotubo
83
ANEXOS 27 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Rubro: Capa de rodadura de hormigón asfáltico en planta e=5.00 cm Unidad: m2
K(H/U): 0.005 Rendimiento: 200.000
ANEXO 20
PROYEC: TRABAJO DE TITULACION MAESTRIA INGENIERIA VIAL
OBRA: MEZCLA ASFÁLTICA
UNIDAD: m2
DETALLE: K(H/U): 0.005
RENDIMIENTO: 200.000
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=A*B R D=C*R
Herramienta menor 5% Mano de Obra 1.00 0.013 0.040
Planta mezcladora de asfalto 1.00 180.00 180.00 0.013 2.394
Rodillo neumatico 1.00 35.00 35.00 0.013 0.466
Rodillo vibratorio liso 1.00 35.00 35.00 0.013 0.466
Corgadora Frontal 1.00 45.00 45.00 0.013 0.599
Terminadora de asfalto 1.00 85.00 85.00 0.013 1.131
PARCIAL M 5.096
MANO DE OBRA
DESCRIPCION CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=A*B R D=C*R
Responsable de la planta asfáltica 1.00 3.82 3.82 0.013 0.051
Ope. Rodillo autopropulsado 2.00 3.82 7.64 0.013 0.102
Ope. Cargadora frontal 1.00 3.82 3.82 0.013 0.051
Ope. Acabadora de pavimento de hormigón 1.00 3.82 3.82 0.013 0.051
Peón 12.00 3.41 40.92 0.013 0.544
SUBTOTAL N 0.799
MATERIALES
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
A B C=A*B
Triturado 3/4" m3 0.011 17.50 0.193
Triturado 1/2" m3 0.013 18.50 0.231
Arena m3 0.006 8.50 0.051
Triturado fino m3 0.017 15.00 0.255
Asfalto AC-20 kg 8.337 0.36 3.001
filler m3 0.004 1.20 0.004
SUBTOTAL O 3.735
TRANSPORTE
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD TARIFA COSTO
A B C=A*B
SUBTOTAL P
TOTAL COSTO DIRECTO X=(M+N+O+P) 9.630
INDIRECTOS Y UTILIDADES % 25.00 2.408
OTROS INDIRECTOS %
COSTO TOTAL DEL RUBRO 12.038
VALOR OFERTADO 12.04
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
RUBRO: Capa de rodadura de hormigón asfáltico en planta e= 5.00 cm
84
ANEXOS 28 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
Proyecto: Trabajo De Titulación Maestría Ingeniería Vial Obra: Mezcla asfáltica Rubro: Capa de rodadura de hormigón asfáltico en planta e=5.00 cm incluye nanotubo Unidad: m2
K(H/U): 0.005 Rendimiento: 200.000
ANEXO 21
PROYEC: TRABAJO DE TITULACION MAESTRIA INGENIERIA VIAL
OBRA: MEZCLA ASFÁLTICA
UNIDAD: m2
DETALLE: K(H/U): 0.005
RENDIMIENTO: 200.000
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=A*B R D=C*R
Herramienta menor 5% Mano de Obra 1.00 0.013 0.040
Planta mezcladora de asfalto 1.00 180.00 180.00 0.013 2.394
Rodillo neumatico 1.00 35.00 35.00 0.013 0.466
Rodillo vibratorio liso 1.00 35.00 35.00 0.013 0.466
Corgadora Frontal 1.00 45.00 45.00 0.013 0.599
Terminadora de asfalto 1.00 85.00 85.00 0.013 1.131
PARCIAL M 5.096
MANO DE OBRA
DESCRIPCION CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C=A*B R D=C*R
Responsable de la planta asfáltica 1.00 3.82 3.82 0.013 0.051
Ope. Rodillo autopropulsado 2.00 3.82 7.64 0.013 0.102
Ope. Cargadora frontal 1.00 3.82 3.82 0.013 0.051
Ope. Acabadora de pavimento de hormigón 1.00 3.82 3.82 0.013 0.051
Peón 12.00 3.41 40.92 0.013 0.544
SUBTOTAL N 0.799
MATERIALES
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO
A B C=A*B
Triturado 3/4" m3 0.011 17.50 0.193
Triturado 1/2" m3 0.013 18.50 0.231
Arena m3 0.006 8.50 0.051
Triturado fino m3 0.017 15.00 0.255
Asfalto AC-20 kg 8.337 0.36 3.001
filler m3 0.004 1.20 0.004
nanotubo de carbono gr 0.83 0.23 0.191
SUBTOTAL O 3.926
TRANSPORTE
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD TARIFA COSTO
A B C=A*B
SUBTOTAL P
TOTAL COSTO DIRECTO X=(M+N+O+P) 9.821
INDIRECTOS Y UTILIDADES % 25.00 2.455
OTROS INDIRECTOS %
COSTO TOTAL DEL RUBRO 12.276
VALOR OFERTADO 12.28
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
RUBRO: Capa de rodadura de hormigón asfáltico en planta e= 5.00 cm incluye
nanotubo