ANÁLISIS COMPARATIVO TÉCNICO Y ECONÓMICO ENTRE UNA MEZCLA ASFÁLTICA CONVENCIONAL Y MODIFICADA CON INCORPORACIÓN DE RCD Y PET PARA UN PAVIMENTO FLEXIBLE, LIMA – 2023 AUTOR: Jasmin Erika Turumanya Torres Daniel Franco Armas Vílchez ASESORES: Mg. Ing. Gerson Elías Vega Rivera Lima – Perú 2024 I. INTRODUCCION Realidad problemática La infraestructura vial enfrenta desafíos complejos, desde la reducción de fondos estatales hasta la falta de mantenimiento, lo que conduce al desgaste prematuro de las carreteras. Esto se agrava por la desaprobación de proyectos debido a costos excesivos y al agotamiento de la vida útil de las vías, agravado por el aumento del tráfico. La disponibilidad limitada de materiales de calidad y el transporte de desechos también elevan los costos y contribuyen al deterioro de las carreteras. La ingeniería civil ha progresado con tecnologías innovadoras que estabilizan materiales de construcción, incluyendo residuos de demolición y construcción. Estas tecnologías fomentan la sostenibilidad al reducir la extracción de recursos y la cantidad de desechos enviados a vertederos. El uso de materiales reciclados no solo beneficia el medio ambiente, sino que también reduce los costos de construcción y promueve una economía circular, con efectos positivos en las comunidades locales. . El manejo eficiente de residuos en la construcción es crucial para reducir la contaminación ambiental y mejorar la calidad de vida. La colaboración entre diferentes actores, incluidos los responsables de políticas y las comunidades locales, es esencial para implementar soluciones integrales que minimicen el impacto ambiental y fomenten una construcción más sostenible. Abordar estos desafíos requiere un enfoque integral que considere todo el ciclo de vida de las estructuras civiles y promueva prácticas de gestión de residuos más efectivas y sostenibles. Justificación El crecimiento de la población en Perú ha impulsado el desarrollo urbano, generando impactos ambientales significativos por la explotación de bancos de materiales. La construcción y demolición de estructuras producen residuos (RCD) que suelen terminar en rellenos sin regulación adecuada. A pesar de la legislación, persisten problemas en la gestión de estos residuos. La importancia del desarrollo sostenible ha sido reconocida por agencias y contratistas, enfocándose en mantener y rehabilitar infraestructuras con técnicas que minimicen costos, emisiones y uso de materiales no renovables. Estudios ambientales de pavimentos buscan cuantificar los impactos para promover el desarrollo sostenible. Problemas ¿Cuáles son las características y porcentajes de dosificación que deben tener los materiales a utilizar en el diseño de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023? PE1: ¿Cuáles son las PE2: ¿Cuáles son las características y porcentajes de dosificación que deben tener propiedades mecánicas de una los materiales a utilizar en el mezcla asfáltica convencional diseño de una mezcla asfáltica y modificada con convencional y modificada con incorporación de RCD y PET incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023? para un pavimento flexible, Lima – 2023? PE3:¿Cuáles son las propiedades mecánicas de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023? Objetivos General Analizar técnica y económicamente una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. Específicos Determinar las características y porcentajes de dosificación que deben tener los materiales a utilizar en el diseño de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. Determinar las propiedades mecánicas de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. Evaluar el costo de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. Hipotesis GENERAL Si se adiciona RCD y PET a una mezcla asfáltica convencional, se mejora técnica y económicamente el pavimento flexible, Lima – 2023. Se Se logró determinar las características y porcentajes de dosificación que deben tener los materiales a utilizar en el diseño de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. Se logró determinar las propiedades mecánicas de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. ESPECÍFICAS Se logró evaluar el costo de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. Antecedentes A N T E C E D E N T E S Antecedentes Internacionales Bermúdez (2021) evaluó la Fonseca y Sánchez (2019) resistencia a la compresión del estimaron la conducta de concreto usando residuos de residuos de edificaciones y edificación y demolición (RCD) demoliciones como eje como agregado grueso. Concluyó granular en pavimentos que, aunque el RCD requiere más mediante un diseño agua y no cumple completamente experimental. Concluyeron que con la normativa NTC 174, su uso estos residuos no son es viable con un pretratamiento adecuados para bases adecuado para eliminar impurezas granulares en pavimentos. y ajustar la granulometría. Contreras et al. (2021) investigaron la reutilización de residuos de construcción y demolición (RCD) para reemplazar agregados naturales (NA) en elementos prefabricados. Los resultados mostraron que, aunque el uso de RCD aumentó la porosidad y la inclusión de agua, y disminuyó la densidad y la resistencia a la compresión, los productos prefabricados cumplieron con la normativa EN 1338. Algunos incluso superaron la resistencia a la tracción de los productos comerciales. Los prefabricados con RCD cumplieron con los requisitos para ser clasificados como clase 3, adecuados para áreas peatonales o de alto tráfico. Antecedentes A N T E C E D E N T E S Antecedentes Nacionales Guerrero y Ramírez (2020) elaboraron un concreto permeable usando residuos de edificaciones y demoliciones para reducir drenajes y prevenir el deterioro por agua. El diseño experimental mostró que reemplazar entre 25% y 50% de agregados naturales por residuos es viable. Los residuos mantuvieron propiedades adecuadas y permitieron un descuento del 4.5% en costos comparado con concreto convencional, manteniendo un costo de S/.544 frente a S/.521 del diseño permeable con 75% de residuos. Zapata (2021) analizó el concreto Cusma y Goicochea (2022) en pavimentos con incorporación de investigaron el diseño óptimo de residuos de construcción y pavimentos usando residuos de demolición (RCD). La concreto como agregado. Utilizaron investigación mostró que el diseño una metodología aplicada y con 20% de agregado reciclado experimental, encontrando que tenía un coeficiente de menores porcentajes de residuos permeabilidad de 0.185 cm/s y ofrecían mejores resultados en mayor resistencia a la compresión términos de resistencia. Diseños (220.5 kg/cm²). Sin embargo, al con 0% residuos mostraron mejor aumentar el contenido de agregado desempeño. A mayor porcentaje de reciclado al 40%, la resistencia a la residuos, se redujo el Slump, compresión disminuyó a 161.4 afectando negativamente la kg/cm². Concluyó que la resistencia a la compresión. Los incorporación de RCD puede residuos inferiores al 2.5%, y aumentar la permeabilidad y afectar porcentajes del 5% y 7.5%, no la resistencia a la compresión del lograron la resistencia requerida. concreto. Marco teórico VARIABLE INDEPENDIENTE: RCD y PET Porcentaje óptimo de plástico y residuos de construcciones y demoliciones para mejorar las propiedades mecánicas del asfalto convencional Se puede concluir el nivel porcentual de adición de plástico reciclado (PET) y (RCD), teniendo en cuenta el adecuado contenido de cemento asfáltico convencional para obtener el cemento asfáltico modificado. A continuación, se elaboran briquetas y se evalúan mediante ensayos normalizados (Marshall) para determinar todas las características mecánicas de una combinación de tipo convencional, con una mezcla de asfalto alterada, teniendo en cuenta plástico reciclado. Dimensiones: Propiedades de PET y RCD. / Resistencia Indicadores: Granulometría Peso específico / % de RCD y PET % Marco teórico VARIABLE DEPENDIENTE: Análisis técnico y económico de la mezcla asfáltica convencional y modificada El análisis técnico y económico se refiere a la evaluación y comparación de las características, propiedades y los costos asociados con el tipo de mezcla de tipo convencional y la combinación alterada con adición de RCD y PET. Con el fin de realizar el análisis técnico y económico de la combinación de asfalto, tanto convencional como modificada con incorporación de RCD y PET, se lleva a cabo la evaluación de sus propiedades físicas y mecánicas de la mezcla, así como el análisis económico, la comparación y toma de decisiones. Dimensiones: Análisis técnico de la mezcla asfáltica convencional y alterada Análisis económico de la combinación de asfalto convencional y modificada Indicadores: Estabilidad, Durabilidad, Impermeabilidad, Trabajabilidad, Oposición a la fatiga, Análisis de Precios Unitarios % de incorporación de RCD y PET. II. METODOLOGÍA • Nivel: Aplicada • Enfoque: Cuantitativo • Diseño: Experimental. Técnicas de análisis de datos Población y Muestra • Todas las mezclas asfálticas en caliente para pavimentos flexibles de la ciudad de Lima. • No probabilístico: 21 muestras de concreto, 12 de mezcla asfáltica convencional y las 9 muestras restantes. Técnica e instrumento • Técnicas: Observación directa y, revisión bibliográfica. • Instrumentos: Análisis granulométrico, ensayo Marshall, gravedad específica, mezcla en caliente – Marshall Esta investigación evaluó la incorporación de residuos de construcción y demolición (RCD) y polietileno tereftalato (PET) en mezclas para pavimentos. Inició con estudios de terreno y análisis ingenieriles, determinando la proporción óptima de estos materiales para mejorar propiedades y rendimiento del pavimento. Tipo y diseño de investigación III. RESULTADOS Según el primer objetivo específico Se analizaron referencias bibliográficas para establecer dosificaciones de RCD al 10%, 15% y 20%, y PET al 0.5% en tres mezclas. Se observó que la combinación con 10% de RCD y 0.5% de PET presentó una proporción óptima de materiales, con porcentajes específicos de agregados triturados y filler. Similarmente, las otras dos combinaciones mostraron proporciones adecuadas para cada tipo de agregado. 100% 90% 80% 0,5% 40,0% 39,2% 0,3% 0,5% 40,0% 44,2% 0,3% 0,5% 40,0% 42,9% 0,3% 20,0% 70% 60% 50% 40% 15,0% 30% 20% 10,0% 10% 0% RDC PET TM3/4 MEZCLA 01 MEZCLA 02 ARENA TRI. MEZCLA 03 FILLER III. RESULTADOS Según el segundo objetivo específico Al analizar las particularidades de la mezcla de asfalto y convencional donde se utilizó la gradación ASTM D3515 “D5” Especificación técnica MTC EG -2013, se obtuvo el tipo de asfalto PEN 60/70 y un porcentaje oportuno de asfalto residual de 5.55, donde se obtuvo que se realizaron 75 golpes a la mezcla en todas las dosificaciones modificadas y a la convencional según lo establecido por la EG-2013 que consiste en determinar las cualidades mecánicas de una combinación de asfalto común y alterada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. III. RESULTADOS Según el segundo objetivo específico - Prueba de vacíos Respecto a los vacíos se obtuvo que en el diseño convencional un 4.2 %, en la mezcla RCD 10 % y 0.5 % PET se obtuvo 4.5 %, en la mezcla RCD 15 % y 0.5 % PET se obtuvo 4.8%, en la mezcla RCD 20 % y 0.5 % PET se obtuvo 5.3 %, donde según el intervalo de 3% a 5 % EG-2013 todos cumplen, excepto la mezcla de RCD 20 % y 0.5 % PET. III. RESULTADOS Según el segundo objetivo específico - Prueba al polvo Respecto a la prueba al polvo se obtuvo que en el diseño convencional un 0.98 %, en la mezcla RCD 10 % y 0.5 % PET se obtuvo 0.81 %, en la mezcla RCD 15 % y 0.5 % PET se obtuvo 0.72 %, en la mezcla RCD 20 % y 0.5 % PET se obtuvo 0.62 %, donde según el intervalo de 0.6% a 1.3 % EG-2013 todos cumplen. III. RESULTADOS Según el segundo objetivo específico - Prueba de Diagrama de estabilidad Respecto a la estabilidad se obtuvo que en el diseño convencional un 11.4 kN, en la mezcla RCD 10 % y 0.5 % PET se obtuvo 11.8 kN, en la mezcla RCD 15 % y 0.5 % PET se obtuvo 14.1 kN, en la mezcla RCD 20 % y 0.5 % PET se obtuvo 12.6 kN DIAGRAMA DE ESTABILIDAD RDC PET 0,5% 0,5% 0,5% 15,0% 20,0% 10,0% 11.8KN 14.1KN 12.6KN MEZCLA 01 MEZCLA 02 MEZCLA 03 III. RESULTADOS Según el segundo objetivo específico - Prueba diagrama de estabilidad y flujo Respecto a la estabilidad/flujo se obtuvo que en el diseño convencional un 3336.2 Kn en la mezcla RCD 10 % y 0.5 % PET se obtuvo 4185.6 kN, en la mezcla RCD 15 % y 0.5 % PET se obtuvo 5047.8 kN, en la mezcla RCD 20 % y 0.5 % PET se obtuvo 4339.2 kN. Cabe destacar, que según el intervalo de 8 Kn a 15 Kn EG-2013 todos cumplen. DIAGRAMA DE ESTABILIDAD/FLUJO RDC 0,5% PET 0,5% 0,5% 15,0% 20,0% 10,0% 4185.6 KN 5047.8 KN 4339.2 KN MEZCLA 01 MEZCLA 02 MEZCLA 03 III. RESULTADOS Según el tercer objetivo específico Se obtuvieron cotizaciones de empresas del sector de la construcción para ambas combinaciones, alterada y convencional, por metro cúbico (m3). Los resultados demostraron que la combinación alterada es económicamente viable en comparación con la convencional. Este hallazgo respalda la viabilidad económica de utilizar este material como aditivo DIAGRAMA DE COSTO POR M3 RDC 0,5% PET 0,5% 0,5% 15,0% 20,0% 10,0% S/636.02 S/630.38 S/622.08 MEZCLA 01 MEZCLA 02 MEZCLA 03 III. RESULTADOS - Validez de la hipótesis - Hipótesis específica 1 • Ho: Se logró determinar las características y porcentajes de dosificación que deben tener los materiales a utilizar en el diseño de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. • Ha: No se determinaron las características y porcentajes de dosificación que deben tener los materiales a utilizar en el diseño de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. III. RESULTADOS - Validez de la hipótesis - Hipótesis específica 1 • Los resultados muestran que el nivel de significancia es < 0.05, confirmando la hipótesis nula: "Se definieron las características y dosificaciones de una mezcla asfáltica convencional y modificada con RCD y PET para pavimento flexible en Lima - 2023". Con una correlación inversamente proporcional de 0.965, sugiriendo una fuerte relación entre las variables analizadas, se respalda la fiabilidad de los resultados y las conclusiones del estudio. III. RESULTADOS - • Validez de la hipótesis - Hipótesis específica 2 Ho: Se logró determinar las propiedades mecánicas de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. • Ha: No se determinaron las propiedades mecánicas de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. III. RESULTADOS - Validez de la hipótesis - Hipótesis específica 2 • Los resultados muestran que el nivel de significancia es < 0.05, confirmando la hipótesis nula: "Se determinaron las propiedades mecánicas de mezclas asfálticas convencionales y modificadas con RCD y PET para pavimento flexible en Lima - 2023". Con una correlación inversamente proporcional de 1.000, indicando una relación extremadamente alta entre las variables, se respalda la fiabilidad y consistencia de los resultados, fortaleciendo las conclusiones del estudio. III. RESULTADOS - Validez de la hipótesis - Hipótesis específica 3 • Ho: Se logró evaluar el costo de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. • Ha: No se logró evaluar el costo de una mezcla asfáltica convencional y modificada con incorporación de RCD y PET para un pavimento flexible, Lima – 2023. III. RESULTADOS - Validez de la hipótesis - Hipótesis específica 3 • Los resultados revelan que el nivel de significancia es < 0.05, confirmando la hipótesis nula: "Se evaluó el costo de una mezcla asfáltica convencional y modificada con RCD y PET para pavimento flexible en Lima - 2023". Con una correlación inversamente proporcional de -1.000, se indica una relación extremadamente alta entre las variables. Esta alta correlación, superando el umbral de 0.70, sugiere resultados altamente confiables y consistentes, respaldando las conclusiones del estudio. IV. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES Discusión Para el objetivo 2 Para el objetivo 1 Para el objetivo 3 Los autores Fonseca y Sánchez La investigación de Herrera y (2019) destacan que la inclusión de En su investigación, Balbín y Valencia (2021) revela que la adición Chochón (2019) evidenciaron la RCD en mezclas de asfalto reduce el de PET aumenta la densidad y impacto ambiental y ahorra costos al reducción de costos en la mezcla de estabilidad del asfalto, reduciendo el asfalto. La mezcla reciclada en disminuir el consumo de áridos esfuerzo cortante. Resultados naturales y eliminar vertederos. Los caliente resultó ser un 12.75 % similares se obtienen al incrementar menos costosa que la estándar, con hallazgos coinciden con la el porcentaje de RAP, mejorando la investigación actual, donde aumentar un ahorro del 16.36 % en cemento de resistencia a la penetración. El el porcentaje de RCD y PET mejora asfalto. El uso de RCD y PET como análisis estadístico confirma la la resiliencia del módulo del aditivos demostró ser hipótesis, mostrando un nivel de económicamente viable para agregado. La validación estadística significancia menor a 0.05 y una respalda la hipótesis nula, optimizar costos en la producción de correlación muy alta (0.965), demostrando una alta correlación pavimento. El análisis estadístico respaldando la influencia positiva de entre las propiedades mecánicas y la respaldó la hipótesis nula, mostrando RCD y PET en las mezclas de asfalto incorporación de RCD y PET en las una alta correlación inversa. para pavimentos flexibles. mezclas de asfalto. Conclusiones Primer objetivo especifico: Tercer objetivo especifico: Segundo objetivo especifico: Los resultados muestran que las mezclas con 0.5% de PET y 10%, Los resultados mostraron que las La mezcla asfáltica con 10% de RCD y 0.5% de 15%, y 20% de RCD variaron en mezclas con RCD y PET PET demostró ser un 12.75% más rentable que la los porcentajes de agregado de cumplieron en su mayoría con las estándar, con una reducción del 16.36% en cemento arena triturada (49.2%, 44.2%, y normativas EG-2013. La mezcla asfáltico y un ahorro del 16.67% en arena triturada. 39.2%, respectivamente). La con 10% RCD y 0.5% PET tuvo El reciclaje representó un ahorro del 40%, mezcla óptima fue con 10% de óptimos resultados: vacíos 4.5%, impactando positivamente en los costos de RCD y 0.5% de PET, mejorando polvo 0.81%, estabilidad 11.8 kN y producción. El costo de la producción de pavimento notablemente la resistencia a la estabilidad/flujo 4185.6 kN. Esta convencional fue de S/. 641.60, reduciéndose a S/. penetración en comparación con mezcla se comparó favorablemente 636.02 con la mezcla modificada con 10% de RCD una mezcla asfáltica común. Las con el asfalto convencional, y 0.5% de PET. La mezcla con 15% de RCD y 0.5% de PET alcanzó S/. 630.38, mientras que la mezcla pruebas mostraron bajos CBR destacando su viabilidad y convencional con 20% de RCD y 0.5% de PET se (3.7%, 3.9%, y 5.4%), destacando sostenibilidad, reemplazando la importancia de entender cómo agregados naturales sin afectar las redujo a S/. 622.08. Estos resultados confirman la RCD y PET afectan las mezclas de propiedades mecánicas y siendo viabilidad económica de utilizar RCD y PET como aditivos para optimizar costos en la producción de asfalto. segura ante condiciones climáticas. pavimento.
