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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA “JUAN MISAEL SARACHO”
FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE TOPOGRAFÍA Y VÍAS DE COMUNICACIÓN
“DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE CARPETA
ASFÁLTICA EN PAVIMENTOS FLEXIBLES MEDIANTE EL
USO DEL GPR EN EL TRAMO UYUNI – CONDO K”
Por:
ROMER PLATINI MAMANI PAUCAR
Proyecto de grado presentado a consideración de la “UNIVERSIDAD AUTÓNOMA
JUAN MISAEL SARACHO”, como requisito para optar al Grado Académico de
Licenciatura en Ingeniería Civil.
SEMESTRE II - 2017
TARIJA – BOLIVIA
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA “JUAN MISAEL SARACHO”
FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DPTO. DE TOPOGRAFÍA Y VÍAS DE COMUNICACIÓN
“DETERMINACIÓN DE ESPESORES DE CARPETA
ASFÁLTICA EN PAVIMENTOS FLEXIBLES MEDIANTE EL
USO DEL GPR EN EL TRAMO UYUNI – CONDO K”
Por:
ROMER PLATINI MAMANI PAUCAR
SEMESTRE II - 2017
TARIJA – BOLIVIA
M. Sc. Ing. Ernesto Roberto Álvarez M. Sc. Lic. Elizabeth Castro Figueroa
Gozalvez
DECANO VICEDECANA
FACULTAD DE FACULTAD DE
CIENCIAS Y TECNOLOGÍA CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
TRIBUNAL:
M.Sc.Ing. Trinidad C. Baldiviezo Montalvo
Ing. Eusebio Ortega Alvarado
M.Sc.Ing. Marcelo E. Sosa Castellanos
El Tribunal Calificador del presente trabajo,
no se solidariza con la forma, términos,
modos y expresiones vertidas en el mismo,
siendo esta responsabilidad del autor.
DEDICATORIA:
Mi familia Jhasmin y Maya que me brindaron
toda su confianza y apoyo incondicional, mis
padres Victor Mamani Huarachi y Salome
Paucar Limachi, por comprenderme y
apoyarme en mí formación profesional, por
ser las personas que siempre pensaron en mis
hermanos y en mí, antes que en ellos mismos
y sobre todo por ser mis guías y ejemplo de
vida a seguir.
AGRADECIMIENTO:
A Dios: Por darme la vida, por darme una familia, por
darme la oportunidad de formarme como persona y
profesionalmente, por cuidarme a mí y a mi familia siempre
sin el nada hubiera sido posible.
A mis padres y hermanos por darme ánimos en todo
momento y su constante apoyo ejemplo de perseverancia.
A mis tutores por brindarme sus enseñanzas, experiencias de
trabajo, de vida y darme las herramientas necesarias para el
desarrollo de mi profesión.
A la Ing. Celina Rocha Montaño y el Ing. Percy Flores
Laura por el apoyo incondicional en el desarrollo de mi
proyecto dándome sus concejos y un pleno apoyo.
PENSAMIENTO:
“........La mente que se abre a una nueva
idea, jamás volverá a su tamaño
original.....”
(Albert Einstein)
ÍNDICE
CAPÍTULO I.
1.1. INTRODUCCIÓN…….……………………..…………….………………... 1
1.2. JUSTIFICACIÓN…..……………………………………………………...… 3
1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA……..………………..………... 3
1.3.1. Situación problémica……………………………………………….. 3
1.3.2. Problema……………………………………………………………. 4
1.4. OBJETIVOS DEL PROYECTO……..………………………..……….... 4
1.4.1. Objetivo general………………………………………………….... 4
1.4.2. Objetivos específicos…………………………………………….… 4
1.5. HIPÓTESIS……………………………………………..……………...... 5
1.6. DEFINICIÓN DE VARIABLES INDEPENDIENTES Y
DEPENDIENTES……………………………………………………………. 5
1.6.1. VARIABLE INDEPENDIENTES Y DEPENDIENTES.…......... 5
1.6.1.1. Variable independiente……………………………………...... 5
1.6.1.2. Variable dependiente…………………………………………. 5
1.6.1.3. Conceptualización y operacionalizacion de variables…..……. 6
1.7. DISEÑO METODOLÓGICO……………..…………………………….. 7
1.7.1. COMPONENTES……………….……………………………….... 7
1.7.1.1. Unidad de estudio…………………………………………….. 7
1.7.1.2. Población……………………………………………………... 7
1.7.1.3. Muestra……………………………………………………….. 7
1.7.1.4. Muestreo…………………………………………………........ 7
1.7.2. MÉTODOS Y TÉCNICAS EMPLEADAS…………………..….... 8
1.7.2.1. Proceso metodológico………………………………………..... 8
1.7.2.1.1. Métodos…………………………………………………...... 9
1.7.2.1.2. Técnicas…………………………………………………...... 9
1.7.2.1.3. Medios……………………………………………………… 10
1.8. ALCANCE….………………..…………………………………………….... 11
CAPÍTULO II. ASPECTOS GENERALES DEL GEORRADAR
EMPLEADO EN LA DETERMINACIÓN DE ESPESORES EN
PAVIMENTOS FLEXIBLES
2.1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS…………………….……………………. 13
2.2. MARCO TEÓRICO…..................................................................................... 14
2.2.1. DEFINICION PAVIMENTO FLEXIBLE……................................ 14
2.2.2. TIPOS DE DAÑOS EN LOS PAVIMENTOS FLEXIBLES.…...... 17
2.2.3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PAVIMENTO FLEXIBLE. 17
2.2.3.1. Ventajas………………………………………………………... 17
2.2.3.2. Desventajas…………………………………………………..… 17
2.2.4. COMPOSICION DEL PAVIMENTO FLEXIBLE……………...... 18
2.2.4.1. Sub rasante…………………………………………………….. 19
2.2.4.2. Capa sub base………………………………………………….. 19
2.2.4.3. Capa base………………………………………………………. 21
2.2.4.4. Capa de rodadura…………………………………………….… 22
2.2.4.5. Carpeta asfáltica……………………………………………...... 22
2.2.5. EVALUACIÓN DE PAVIMENTOS………………….………..... 23
2.2.5.1. Evaluación superficial………………………………………..... 24
2.2.5.2. Evaluación estructural…………………………......................... 26
2.2.5.2.1. Métodos destructivos……………………………………….. 26
2.2.5.2.2. Métodos no destructivos…………………………………..... 27
2.2.5.3. MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DE ESPESORES 27
2.2.5.3.1. Métodos para la obtención de núcleos utilizando el
extractor de núcleos (ASTM C 42/C 42M)………..................................... 28
2.2.5.3.2. Métodos para determinar los espesores de las capas de
pavimento usando el GPR (ASTM D-4748)…........................................... 28
2.3. GEORRADAR GPR (GROUND PENETRATION RADAR)………..…….. 28
2.3.1. INTRODUCCION…...………………………………………….…. 28
2.3.2. CONCEPTOS GENERALES DEL GPR………………………...... 29
2.4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL GEORRADAR DE PENETRACION
DEL SUBSUELO GPR (GROUND PENETRATION RADAR)……………….. 35
2.4.1. INTRODUCCION…..………………………………………........... 35
2.4.2. PROPAGACION DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS...…..... 37
2.4.3. PARÁMETROS ELECTROMAGNÉTICOS DE UN MEDIO........ 38
2.4.3.1. Conductividad (σ) ……………………………………..…….… 39
2.4.3.2. Permitividad dieléctrica (ɛ)………………………………….… 40
2.4.3.3. Permeabilidad magnética (µ)………………………………..…. 40
2.4.3.4. Velocidad de propagación………………………………….….. 40
2.5. CARACTERÍSTICAS DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS EN 43
MEDIOS MATERIALES………………………………………………………...
2.5.1. Atenuación de onda………………………………………..……… 44
2.5.2. Reflexión y refracción………………………………………...…... 45
2.5.3. Absorción……………………………………………………….… 47
2.5.4. Dispersión de la energía……………………………………….….. 48
2.5.5. Rango del radar………………………………………………….... 48
2.6. PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS ELECTROMAGNÉTICAS DE
LOS MEDIOS POR DONDE SE PROPAGA LA ONDA……………………..... 50
2.6.1. INTRODUCCIÓN……………..……………………………….… 50
2.6.2. COMPOSICION DEL MEDIO……………………………….….. 52
2.6.3. DENSIDAD, GRANULOMETRÍA, POROSIDAD Y
CONTENIDO DE AGUA…………………………………………………….….. 52
2.7. INTERPRETACIÓN DE REGISTROS…………...……………………..….. 53
2.7.1. Planificación……………………………………………………..... 53
2.7.2. Realización tareas preliminares………………………………….... 54
2.7.3. Realización toma de datos……………………………………..….. 55
2.7.4. Análisis de datos………………………………………………..…. 55
2.8. CALIBRACIÓN DEL EQUIPO ANTENAS…..………………………….... 55
2.9. GPR UTILIZADO SISTEMA MALA PROEX……………………………... 57
2.9.1. INTRODUCCIÓN…………..………………………………….… 57
2.9.2. EQUIPO BÁSICO Y FUNCIONAMIENTO……..…………….... 58
2.9.2.1. PARTES DEL EQUIPO……………………………………..... 58
2.9.2.2. ARMADO DEL EQUIPO……………………………..……… 59
2.9.2.3. TOMA DE DATOS…………………………...……….……... 59
2.9.2.4. RECOLECCIÓN DE DATOS……………………….….…..... 60
2.9.2.5. PROCESAMIENTO DE DATOS………………...……..…..... 61
2.10. COMPONENTES MALA PROEX (GPR)…..……………………….……. 61
2.10.1. Unidad de control ProEx…………………………………….…... 64
2.10.2. Antenas………………………………………………………..…. 65
2.10.3. Equipos complementarios…………………………………….…. 68
2.10.4. Soluciones de problemas sobre el equipo…………………….…. 68
2.11. TOMA DE DATOS EN CAMPO………………….……………………..... 68
2.11.1. PROCESAMIENTO DE DATOS E INTERPRETACIÓN…....... 69
2.11.2. HERRAMIENTAS INFORMÁTICAS DE INTERPRETACIÓN 70
2.11.2.1. Software de procesamiento Rad Explorer………………….... 71
2.11.2.2. Herramienta de ganancia…………………………………….. 71
2.11.2.3. Filtros………………………………………………………... 72
2.11.2.4. Ejemplo del procesamiento de un radargrama………….…… 72
2.11.2.5. Aplicación de filtros…………………………………….…… 73
2.12. APLICACIÓN DEL GPR………………………………...…………….….. 76
2.13. ESTUDIOS SIMILARES DEL USO DEL GEORRADAR…………….…. 78
2.13.1. Nacional………………………………………………………... 79
2.13.2. Internacional…………………………………………………..... 82
2.14. DEFLECTOMETRO DE IMPACTO……...………………………….…… 88
2.15.1. INTRODUCCIÓN………………..……………………………. 88
2.15. EXTRACTOR DE NÚCLEOS………………………………………….…. 91
2.15.1. DEFINICIÓN…………………...…………………………….... 91
2.15.1.1. EQUIPOS Y MATERIALES……………………..…..……. 92
2.15.1.2. CONDICIONES GENERALES……………………….…... 92
2.15.1.2.1. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO…………………….…... 92
2.15.1.2.2. OBSERVACIONES DE USO………………………...... 92
2.15.1.2.3. PROCEDIMIENTO…………………………...…….….. 93
2.15.1.2.4. RECOMENDACIONES……………………..……….… 93
2.15.2. PIE DE METRO….…………………….……………………..... 94
2.15.2.1. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO……………………...…...... 94
2.15.2.2. OBSERVACIONES EN EL USO……………………..…… 95
2.15.2.3. RECOMENDACIONES……………..…………………...... 95
2.16. TEORÍA DEL ENSAYO PARA DETERMINAR LOS PESOS
ESPECÍFICOS BULK DE LOS NÚCLEOS ASTM D 1188……..........……….. 95
2.16.1. INTRODUCCIÓN…………..……………………………….… 95
2.16.2. EQUIPO…………………………………….……………….…. 96
2.16.3. DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO………………….…………..... 96
2.16.4. CÁLCULOS……………………….………………………........ 96
2.17. TEORÍA DEL ENSAYO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD
MÁXIMA TEÓRICA DE LA MEZCLA ASFÁLTICAS RICE ASTM D 2041... 97
2.17.1. INTRODUCCIÓN………..……………………………............. 97
2.17.2. EQUIPO………………………………….……………….……. 97
2.17.3. DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO………………………….......... 97
2.17.4. CÁLCULOS…………………………………………………..... 98
CAPÍTULO III. APLICACIÓN PRÁCTICA EN LA MEDICIÓN DE
ESPESORES EN EL TRAMO UYUNI – CONDO K
3.1. INTRODUCCIÓN…..…….……………………………………………..….. 100
3.2. UBICACIÓN DEL TRAMO DE ESTUDIO………………..………………. 100
3.2.1. Características del tramo de estudio………………..…………….. 101
3.2.2. Datos del diseño del pavimento………………………………….. 103
3.2.2. Recopilación de datos históricos del tramo de estudio…………... 104
3.3. CARACTERÍSTICAS DEL ENSAYO DE MEDICIÓN………………….... 105
3.3.1. Inspección georradar……………………………………………... 106
3.3.2. Extracción de testigos……………………………………….….… 108
3.4. ELECCIÓN DE LAS UNIDADES DE ESTUDIO EN EL TRAMO……….. 109
3.5. CONDICIÓN DE LA SUPERFICIE DEL PAVIMENTO FLEXIBLE EN
EL TRAMO DE ESTUDIO…………………………………………………….... 111
3.6. DETERMINACION DEL ESPESOR DE CARPETA ASFÁLTICA EN EL
TRAMO DE ESTUDIO MEDIANTE EL USO DEL GPR…………………...…. 115
3.6.1. Procedimiento de aplicación del Georradar “GPR”……….……... 115
3.6.1.1. Armado del equipo GPR……………………………………... 115
3.6.1.2. Montaje del georradar GPR (Sistema Mala ProEx) al
vehículo…………………………………………………………………………... 118
3.6.1.3. Manual rápido de funcionamiento del georradar aplicado al
tramo de estudio………………………………………………………………….. 122
3.6.1.3.1. Configuración del sistema…………………………….…... 122
3.6.1.4. Procedimiento a seguir GPR…………………………..……... 127
3.7. PROCESADO DE DATOS TOMADOS POR EL GEORRADAR…...…..... 130
3.7.1. Introducción……………………………………………………… 130
3.7.2. Parámetros de un registro………………………………………… 131
3.7.3. Registro de amplitud del georradar………………………………. 132
3.7.4. Procedimiento a seguir en la interpretación de radargramas del
programa RadExplorer…………………………………………………………… 132
3.8. DETERMINACIÓN DEL ESPESOR DE CARPETA ASFÁLTICA
MEDIANTE EL USO DEL EXTRACTOR DE NÚCLEOS………………….…. 140
3.8.1. Procedimiento de aplicación extracción de testigos o núcleos….... 140
CAPÍTULO IV-PRESENTACION DE RESULTADOS
4.1. INTRODUCCIÓN…..………………………………………………………. 144
4.2. PRESENTACIÓN DE LOS ESPESORES DE CARPETA ASFÁLTICA Y
CAPA BASE MEDIANTE LOS RADARGRAMAS………………...…………. 144
4.3. PRESENTACIÓN DE LOS ESPESORES DE CARPETA ASFÁLTICA
OBTENIDOS DE LOS NÚCLEOS EXTRAÍDOS……………..……………….. 150
4.4.1. Determinación de espesores en laboratorio……………………..... 150
4.4. PRESENTACIÓN DE LA VARIACIÓN DE ESPESORES DE CARPETA
ASFÁLTICA MEDIDOS DE LOS NÚCLEOS…………..……………………... 156
4.5. CORRELACIÓN ENTRE EL TIEMPO DE REFLEXIÓN T Y ESPESOR
REAL NÚCLEO H………………………………………………………………. 157
4.6. CORRELACIÓN ENTRE LA VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN V Y
ESPESOR REAL NÚCLEO H…………………………………………………... 159
4.7. CALCULO DEL ERROR ABSOLUTO Y ERROR RELATIVO………….. 161
4.8. VERIFICACION DE LOS ESPESORES DE DISEÑO VS GPR,
EXTRACCION DE NUCLEOS………………..................................................... 164
4.9. EXPOSICIÓN DE LOS RESULTADOS DE LABORATORIO
OBTENIDOS DE LOS NÚCLEOS EXTRAÍDOS……………………..……….. 164
4.9.1. Determinación del peso específico Bulk………………...……….. 164
4.9.2. Determinación de la densidad máxima de la mezcla asfáltica
(RICE)……………………………………………………………………………. 168
4.10. CORRELACIÓN ENTRE LA VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN Y
PORCENTAJE DE VACÍOS NÚCLEOS………………………….……………. 175
4.11. VERIFICACIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS CON EL
GEORRADAR GPR CON RESPECTO A LOS ESPESORES DE LOS
NÚCLEOS Y ESPESORES DE DISEÑO DEL TRAMO DE
ESTUDIO…………………………………………………………………………
177
4.12. ANÁLISIS DEL GRADO DE CONFIABILIDAD EN LA
DETERMINACIÓN DE ESPESORES EN PAVIMENTOS FLEXIBLES
UTILIZANDO EL EQUIPO GEORRADAR……………………………..……... 177
4.12.1. Confiabilidad con el coeficiente de Alfa de Cronbach……..…… 177
4.12.2. Variable espesor real núcleos…………….…………………..…. 178
4.12.3. Variable Espesor “GPR”………………………………………... 180
4.13. PRESUPUESTOS Y COSTOS…………………………………..………... 182
CAPÍTULO V-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. CONCLUSIONES…………………………..………………………….…… 183
5.2. RECOMENDACIONES…………………………………………………..… 187