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