REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

CONTENIDO

Introducción Riegos sin gravilla

Riegos con gravilla Lechadas asfálticas y microaglomerados en frío Mezclas asfálticas en caliente Concreto asfáltico Método Marshall Método de diseño volumétrico SUPERPAVE

CONTENIDO (continuación) Evaluación de mezclas de concreto asfáltico Ensayos para análisis y diseño empírico-mecanístico de pavimentos asfálticos Módulo elástico Resistencia a la fatiga

Ahuellamiento del pavimento asfáltico Agrietamiento térmico Susceptibilidad a la humedad

Fricción

CONTENIDO (continuación) Mezclas abiertas en caliente Mezclas SMA

Mezclas asfálticas de alto módulo Mezcla discontinua en caliente para capa de rodadura Mezcla drenante Mezclas asfálticas en frío Mezclas densas en frío Mezclas abiertas en frío

REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

INTRODUCCIÓN

REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

Definición El revestimiento bituminoso es la capa superior de un pavimento, constituida por un tratamiento o por una mezcla bituminosa Función Brindar una superficie de rodamiento lisa y segura al tránsito automotor

REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

Composición Agregados pétreos y un producto bituminoso, aplicados en forma de riegos o de mezcla. En el primer caso el revestimiento no brinda aporte estructural y en el segundo generalmente sí Requerimientos Proporcionar adecuada resistencia al deslizamiento, al ahuellamiento (mezclas) y a la fractura por causas imputables o no a las cargas del tránsito

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Características generales La mayoría de las pruebas para verificar la calidad de los materiales para los revestimientos bituminosos son las mismas exigidas para las capas granulares Existen dos tipos de pruebas adicionales, que sirven para verificar ciertas condiciones específicas del agregado como parte del revestimiento: —Coeficiente de pulimento acelerado —Adhesividad con el ligante bituminoso Así mismo, para el diseño de mezclas asfálticas se requiere conocer los pesos específicos de los agregados y del llenante

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Coeficiente de pulimento acelerado (INV E-232) Es una medida de la resistencia de los agregados a la acción de pulimento bajo la acción de los neumáticos de los vehículos Muestras del agregado son sometidas a la acción de una llanta con presión de 3.15 kg/cm2 y a un polvo abrasivo y agua durante 6 horas

Las características de fricción del agregado pulimentado se miden con el péndulo británico de fricción

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Coeficiente de pulimento acelerado (INV E-232) MÁQUINA DE ENSAYO

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Coeficiente de pulimento acelerado (INV E-232)

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso Los ensayos de afinidad con el ligante buscan determinar la resistencia de los agregados al desprendimiento de la película de asfalto en presencia de agua

Los ensayos usuales determinan la adhesividad pasiva, es decir, la resistencia al desplazamiento del ligante en contacto los agregados, por la acción del agua y/o del tránsito: —Adherencia en bandeja —Placa Vialit —Stripping —Riedel Weber —Estabilidad retenida (Marshall) —Resistencia retenida (inmersión-compresión) —Resistencia retenida (tracción indirecta)

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso Ensayo de adherencia en bandeja (INV E 740) Se usa para valorar la adherencia de los agregados para la construcción de tratamientos superficiales

Partículas de agregado seco se adhieren a una película de asfalto de 1.5 mm, llevándose el conjunto al horno a 60ºC por 1 día y cubriéndolo luego con agua durante 4 días, después de los cuales se remueven las partículas y se evalúa, en porcentaje, la proporción de su superficie que conserva el asfalto adherido

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso Ensayo de adherencia en bandeja (INV E 740)

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso Ensayo de adherencia en Placa Vialit (NLT 313) Se usa para valorar la adherencia de los agregados para la construcción de tratamientos superficiales

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso Ensayo de adherencia en Placa Vialit (NLT 313) Se coloca el ligante sobre la placa y se insertan en él 100 partículas de la gravilla por emplear y se compactan Una vez curado el ligante, la placa se coloca en posición invertida sobre el soporte del dispositivo de ensayo y se somete a 3 impactos de una esfera de acero Se cuentan las partículas desprendidas que no estén manchadas por el ligante (A) Adhesividad (%) = 100 - A

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso

Ensayo de adherencia en Placa Vialit (NLT 313)

Placa con ligante y gravilla

Colocación de placa sobre el soporte

Posición de la esfera para los impactos

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso

Ensayo de adherencia en Placa Vialit (NLT 313)

Se levanta la placa luego de los impactos

Aspecto de la muestra luego de la prueba

Conteo de partículas no manchadas

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso Stripping (AASHTO T 182 – INV E-737) Se emplea para valorar la afinidad con el asfalto de los agregados para mezclas abiertas en caliente Una muestra del agregado se mezcla con una cantidad conocida de asfalto, se sumerge en agua por 48 horas y luego se estima de manera visual si el área de las partículas cubiertas por el ligante es mayor o menor de 95 %

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso Stripping (AASHTO T 182 – INV E-737)

AGREGADOS CON DIFERENTES NIVELES DE ADHESIVIDAD

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso Ensayo Riedel – Weber para arenas (INV E - 774) Partículas de arena de tamaños entre 0.20 mm y 0.63 mm, mezcladas con asfalto, se someten a la acción de soluciones de carbonato sódico de concentraciones crecientes

Se determina cuál es la menor de las concentraciones de la solución que produce el desprendimiento total del ligante de la superficie de la arena

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso

Estabilidad Marshall retenida (AASHTO T 245) Probetas Marshall elaboradas con el contenido óptimo de asfalto según diseño, se sumergen en agua a 60º C por 48 horas y luego se someten al ensayo de estabilidad Las estabilidades se comparan con las obtenidas sobre probetas ensayadas en condición normal (inmersión a 60ºC por 30 minutos)

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso

Resistencia retenida por inmersión compresión (AASHTO T 165 y T 167 – INV E-738) Probetas con el contenido óptimo de asfalto se compactan por presión (170 kN) y se someten a curado, divididas en 2 grupos, durante 4 días: uno al aire a 25 ºC y el otro en agua a 49 ºC por 4 días o a 60 ºC por 24 horas Las probetas se fallan por compresión simple y se comparan los resultados promedio de los 2 grupos: RESISTENCI A RETENIDA 

RESISTENCI A TRAS CURADO HÚMEDO *100 RESISTENCI A TRAS CURADO SECO

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso

Resistencia retenida por inmersión compresión (AASHTO T 165 y T 167 – INV E-738)

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso Resistencia retenida en tracción indirecta (AASHTO T283 – INV E-725)

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso Resistencia retenida en tracción indirecta (INV E-725)

Las probetas cilíndricas son sometidas a compresión hasta la falla a lo largo de dos generatrices opuestas, con una velocidad de deformación de 50 mm/minuto a 25 °C Este modo de carga produce un esfuerzo horizontal de tensión a lo largo del eje vertical y uno de compresión a lo largo del diámetro horizontal

La falla se produce por agrietamiento por tensión a lo largo del diámetro vertical

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso Resistencia retenida en tracción indirecta (INV E-725)

2000 * P ST   * D *t

ST = resistencia a la tensión indirecta, kPa P = carga máxima, N D = diámetro de la probeta, mm t = espesor de la probeta, mm

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Adhesividad con el ligante bituminoso Resistencia retenida en tracción indirecta (INV E-725)

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Ensayo adicional sobre el agregado grueso Contenido de impurezas (INV E 237)

Determina la limpieza superficial del agregado grueso Mediante lavado, se separan las partículas menores al tamiz # 35 (0.5 mm), las cuales se consideran como impurezas El porcentaje en masa de las impurezas respecto de la masa seca de las partículas ensayadas, es el resultado del ensayo

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Peso específico del agregado grueso (AASHTO T85 – INV E-223) 1. Determinación de la condición SSS

 Una muestra del agregado se sumerge en agua 24 horas, luego se seca con una tela absorbente para eliminar el agua libre,

pero dejando la apariencia de que la superficie de las partículas está húmeda  Se anota el peso del agregado SSS (B)

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Peso específico del agregado grueso (AASHTO T85 – INV E-223) 2. Determinación de los pesos específicos Se coloca la muestra en una canasta de malla y se determina el peso de la muestra sumergida en agua (C)

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Peso específico del agregado grueso (AASHTO T85 – INV E-223) 2. Determinación de los pesos específicos Se saca la muestra de la canasta, se seca en el horno y se determina su peso (A)

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Peso específico del agregado grueso (AASHTO T85 – INV E-223) 2. Determinación de los pesos específicos

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Peso específico del agregado fino (AASHTO T84 – INV E-222) 1. Determinación de la condición SSS Una muestra del agregado humedecido se coloca en un molde troncocónico y se le aplican 25 golpes de un pisón metálico Se levanta el molde y si la arena mantiene la forma, es que se encuentra muy húmeda y se debe airear Se repite la operación hasta que la muestra se escurre al retirar el molde

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Peso específico del agregado fino (AASHTO T84 – INV E-222) 1. Determinación de la condición SSS

Apisonado del agregado

Condición SSS del agregado

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Peso específico del agregado fino (AASHTO T84 – INV E-222) 2. Determinación de los pesos específicos Se colocan 500 gramos del agregado en condición SSS en un frasco de volumen V Se llena el frasco con agua a 20ºC y se determina el peso de agua requerida para llenarlo (W) Se saca el agregado del frasco, se seca en el horno y se pesa (A)

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Peso específico del agregado fino (AASHTO T84 – INV E-222) 2. Determinación de los pesos específicos

Colocación de la muestra en el frasco de volumen V

Eliminación de las burbujas de aire

Completando el agua para llenar el frasco

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Peso específico del agregado fino (AASHTO T84 – INV E-222) 2. Determinación de los pesos específicos

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Peso específico del llenante mineral (AASHTO T100 – INV E-128) La muestra de ensayo y se pesa (Wo) Se coloca la muestra en un picnómetro, se llena éste con agua a temperatura Tx y se pesa (Wb) Se determina el peso del picnómetro lleno de agua a la temperatura Tx (Wa)

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Peso específico del llenante mineral (AASHTO T100 – INV E-128)

Determinación peso del picnómetro lleno de agua a temperatura Tx

Sacando burbujas de aire del frasco con agua y llenante, mediante calor

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

Peso específico de los agregados y el llenante mineral combinados Cuando se mezclan varios agregados, se debe determinar el peso especifico de la mezcla de ellos, incluyendo el llenante mineral, si éste se encuentra presente

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA LECHADAS ASFÁLTICAS

ESPECIFICACIONES INVÍAS

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA LECHADAS ASFÁLTICAS

ESPECIFICACIONES IDU - 2006

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA CONCRETOS ASFÁLTICOS

ESPECIFICACIONES IDU - 2006

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA CONCRETOS ASFÁLTICOS (CONT.)

ESPECIFICACIONES IDU - 2006

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA MEZCLAS DISCONTINUAS EN CALIENTE PARA CAPA DE RODADURA

ESPECIFICACIONES IDU - 2006

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO

REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA MEZCLAS DRENANTE

ESPECIFICACIONES INVÍAS

AGREGADOS PÉTREOS PARA EL REVESTIMIENTO GRANULOMETRÍAS TÍPICAS DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA TRATAMIENTOS Y MEZCLAS BITUMINOSAS

TIPOS DE REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

Riegos sin gravilla(*)

Revestimientos bituminosos

Imprimación Riegos de liga Otros riegos (curado, antipolvo, niebla, etc) Riegos con Tratamiento superficial simple gravilla Tratamiento superficial doble Lechadas asfálticas en caliente Mezclas en frío

densas (concreto asfáltico) abiertas discontinuas drenantes densas abiertas

(*)los riegos sin gravilla no son propiamente revestimientos bituminosos, sino tratamientos previos a ellos o colocados con otros fines

REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

RIEGOS SIN GRAVILLA

RIEGOS SIN GRAVILLA

Imprimación Aplicación de un ligante bituminoso sobre una capa granular, previa a la construcción de un revestimiento bituminoso

El ligante por emplear debe presentar baja viscosidad para que sea fácilmente aplicable, penetre por capilaridad en la capa de base e impregne adecuadamente la superficie de ésta El ligante debe ser de curado medio (asfalto líquido MC 30 o MC 70) o de rotura lenta (emulsión asfáltica CRL 0) para favorecer el proceso de penetración dentro de la base

RIEGOS SIN GRAVILLA

Imprimación (cont.) La dosificación se establece en obra y no será inferior a 500 g/m2 de ligante residual

RIEGOS SIN GRAVILLA

Riego de liga Aplicación de un ligante bituminoso sobre un pavimento existente, previamente a la extensión de una capa bituminosa El ligante por emplear debe ser fluido para permitir una fácil aplicación, lo más uniforme posible y en dosificaciones pequeñas Deberá ser una emulsión asfáltica de rotura rápida (CRR), para permitir la puesta en obra de la nueva capa lo más rápidamente posible Debe tener muy pequeñas cantidades de disolventes o carecer de ellos, pues su exceso puede contaminar la capa bituminosa, desmejorando sus características mecánicas La dosificación se establece en obra y oscila entre 200 y 300 gramos/m2 de ligante residual

OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA

Riego antipolvo (paliativo de polvo) Aplicación de un ligante asfáltico sobre la superficie de un camino destapado, con el fin de eliminar el polvo del mismo y hacer más cómoda la circulación  Se suelen emplear emulsiones de rotura lenta (CRL 1) diluidas entre 5 y 10 veces el volumen de la emulsión  La cantidad de emulsión por aplicar oscila entre 0.8 y 1.5 litros/m2, según la condición de la superficie por tratar

OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA Riego antipolvo (paliativo de polvo)

SIN RIEGO

CON RIEGO

OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA

Riego de curado Aplicación de un ligante asfáltico sobre una base estabilizada con cal o con cemento Portland, Su finalidad es formar una película continua que impida o retrase la evaporación del agua, favoreciendo el curado de la capa e impidiendo su fisuramiento  Se emplean emulsiones de rotura rápida (CRL 1) en cantidades no inferiores a 400 g/m2 de ligante residual

OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA Riego de curado

OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA Riego niebla (riego en negro) Aplicación de un ligante asfáltico sobre un pavimento antiguo para mejorar su impermeabilidad o para rejuvenecerlo si presenta síntomas de degradación por desgaste o por escasez en la dosificación del ligante

 Se emplean emulsiones de rotura lenta (CRL 1) diluidas en agua en proporciones iguales  La cantidad del material diluido por regar varía entre 0.5 y 1.0 litro/m2

OTROS RIEGOS SIN GRAVILLA

Riego niebla (riego en negro)

REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

RIEGOS CON GRAVILLA

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Tratamiento superficial simple Es la aplicación de un ligante bituminoso sobre una superficie, seguida inmediatamente por la extensión y compactación de una capa de agregado pétreo de tamaño tan uniforme como sea posible

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Tratamiento superficial doble Consiste en dos aplicaciones alternativas y consecutivas de un ligante bituminoso y agregados pétreos, seguidas de un proceso de compactación

 El tamaño máximo del agregado de la segunda distribución es, aproximadamente, la mitad del tamaño del agregado de la primera capa El agregado debe ser tan uniforme en tamaño como sea posible, de manera que el tratamiento tenga esencialmente una sola capa de partículas

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Tratamiento superficial doble

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Funciones de los componentes El ligante desempeña las funciones de impermeabilizar el pavimento y fijar las partículas del agregado. Se recomienda el empleo de emulsiones asfálticas de rotura rápida (CRR 2 o CRR 2m) El agregado aporta al tratamiento características antideslizantes, resistencia a la circulación de los vehículos y asegura la drenabilidad de las aguas superficiales El tratamiento provee una superficie de rodamiento económica, asegura la estanqueidad de las capas inferiores del pavimento y brinda una textura superficial que impide el deslizamiento de los vehículos

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES FRANJAS GRANULOMÉTRICAS TÍPICAS PARA TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Simples (Artículo 430 Especificaciones INVIAS) TAMIZ Normal 19.0 mm 12.5 mm 9.5 mm 6.3 mm 4.75 mm 2.36 mm

Alterno 3/4‖ 1/2‖ 3/8‖ 1/4‖ No.4 No.8

PORCENTAJE QUE PASA TSS-1 TSS-2 100 90-100 100 20-55 90-100 0-15 10-40 0-15 0-5 0-5

Dobles (Artículo 431 Especificaciones INVIAS) TAMIZ Normal Alterno 25.0 mm 19.0 mm 12.5 mm 9.5 mm 6.3 mm 4.75 mm 2.36 mm 1.18 mm

1‖ 3/4‖ 1/2‖ 3/8‖ 1/4‖ No.4 No.8 No.16

PORCENTAJE QUE PASA TIPO TSD 1 TSD 2 TSD 3 TSD 4 100 90-100 100 10-45 90-100 100 0-15 20-55 90-100 100 0-15 10-40 90-100 0.5 0-15 20-55 0-5 0-5 0-15 0-5

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES FRANJAS GRANULOMÉTRICAS TÍPICAS PARA TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Dosificación de los tratamientos

Los métodos de dosificación son empíricos Inicialmente, se define el tamaño y la dosificación del agregado pétreo La cantidad de ligante debe ser suficiente para fijar el agregado y quedar a una altura aproximada del 70 % de éste Cualquiera sea el método utilizado, la dosificación básica se debe modificar a la vista de las condiciones particulares de cada obra

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

RECOMENDACIONES INVIAS PARA LA DOSIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES TRATAMIENTOS SUPERFICIALES SIMPLES AGREGADOS Gradación Dosificación (l/m2)

LIGANTE RESIDUAL (l/m2)

TSS-1

8-10

0.9-1.3

TSS-2

6-8

0.7-1.1

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

RECOMENDACIONES INVIAS PARA LA DOSIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES TRATAMIENTOS SUPERFICIALES DOBLES

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES MÉTODO DE DOSIFICACIÓN DEL CRR (CENTRE DE RECHERCHES ROUTIERES DE BÉLGICA)

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

MÉTODO DE DOSIFICACIÓN DE LINCKENHEYL (REGLA DEL DÉCIMO) Parámetro Definición D Tamaño máximo nominal d

Tamaño mínimo nominal

A Q

Tamaño medio agregado Cantidad de agregado para el riego

L

Dosificación del ligante residual

Unidad Cálculo mm Se obtiene de franja granulométrica mm Se obtiene de franja granulométrica mm (D+d)/2 2 l/m Q = 0.9*A, si A >10mm Q = 3+0.7*A, si A 10mm 2 l/m L = 0.1*Q

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES COMPARACIÓN ENTRE LOS MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Ejemplo Tratamiento superficial simple Franja granulométrica TSS 2 — (D = 9.5 mm; d = 4.75 mm; A = 7.1 mm) Parámetro de pérdidas (R = 1.0 litros/m2)

Superficie normal (a = 0.34) Agregados pétreos naturales (b = 0.09) Emulsión catiónica CRR 2, concentrada al 68 % (0.68)

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES COMPARACIÓN ENTRE LOS MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Solución Especificaciones de construcción INVIAS Q = 6 - 8 litros/ m2 L = 0.7 - 1.1 litros/ m2 Método del CRR Q = A- (A2/100) + R = 7.1 - (7.1*7.1/100) + 1 = 8.6 litros/ m2 L = a + b*Q = 0.34 + 0.09*8.6 = 1.06 litros/ m2 Método de Linckenheyl Q = 3 + 0.7*A = 3 + 0.7*7.1 = 8.0 litros/ m2 L = 0.1*Q = 0.1*8.0 = 0.8 litros/ m2

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES COMPARACIÓN ENTRE LOS MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Solución (cont.) Como el producto bituminoso del tratamiento superficial se aplica en forma de emulsión asfáltica, las dosificaciones de ligante residual (L) deben ser convertidas a cantidades equivalentes de emulsión asfáltica (E), de acuerdo con la concentración de ésta 2 L ( l / m ) 2 E (l / m )  Concentrac ión de la emulsión

REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

LECHADAS ASFÁLTICAS Y MICROAGLOMERADOS

EN FRÍO

LECHADA ASFÁLTICA Definición Mezcla de consistencia fluida, compuesta por emulsión asfáltica de rotura lenta, agregado fino bien gradado (normalmente de tamaño máximo 10 mm), llenante mineral, agua y, eventualmente, aditivos Objetivos Impermeabilizar la superficie de un pavimento existente Proteger la carpeta asfáltica Aumentar la resistencia al deslizamiento del pavimento Mejorar la apariencia superficial La lechada no aporta capacidad estructural y no corrige la serviciabilidad del pavimento

LECHADA ASFÁLTICA

LECHADA ASFÁLTICA Funciones de los componentes Agregado pétreo Proveer un esqueleto mineral que soporte las cargas del tránsito Resistir la abrasión producida por el tránsito automotor Brindar una adecuada resistencia al deslizamiento Ligante Durante la construcción, la emulsión y el agua proveen fluidez al sistema, permitiendo que llene grietas y pequeñas depresiones y que los agregados se asienten adecuadamente Ligar el esqueleto mineral, impidiendo que las partículas de agregado sean arrancadas por el tránsito Impedir el paso de agua y aire a las capas inferiores, asegurando la durabilidad del sistema La emulsión deberá ser de rotura lenta y superestable (CRL 1h)

LECHADA ASFÁLTICA Funciones de los componentes Llenante mineral Ejercer como agente modificador de la velocidad de rotura y de la cohesión de la lechada Según el tipo de emulsificante empleado en la fabricación de la emulsión, puede actuar como acelerador o retardador de la rotura de la lechada Agua Ejercer papel de lubricante entre los agregados y la emulsión, permitiendo una correcta dispersión y fácil mezclado Brindar la consistencia necesaria para una puesta en obra de la lechada sin rotura prematura ni segregaciones Aditivo Facilitar la envuelta de la emulsión y regular su velocidad de rotura

LECHADA ASFÁLTICA Tipos de lechadas asfálticas El tipo de lechada queda definido por la gradación del agregado que la compone TAMIZ PORCENTAJE QUE PASA Normal Alterno LA-1 LA-2 LA-3 LA-4 12.5 mm 1/2‖ 100 9.5 mm 3/8‖ 85-100 100 100 4.75 mm No.4 60-85 70-90 85-100 100 2.36 mm No.8 40-60 45-70 65-90 95-100 1.18 mm No.16 28-45 28-50 45-70 65-90 600 m No.30 19-34 19-34 30-50 40-60 300 m No.50 12-25 12-25 18-30 24-42 7-18 7-18 10-20 15-30 180 m No.80 4-8 5-11 5-15 10-20 75 m No.200

LECHADA ASFÁLTICA

FRANJA GRANULOMÉTRICA TÍPICA PARA LECHADA LA-1

LECHADA ASFÁLTICA

Tipos de lechadas asfálticas El tamaño del agregado define la cantidad de la lechada y su aplicación en el pavimento TIPO DE AGREGADO Ligante residual (% en peso sobre agregados). Agua preenvuelta (% en peso sobre agregados). Agua total (% en peso sobre agregados) Cantidad de lechada (kg/m2) Capa en que se aplica

LA-1 5.5-7.5

LA-2 6.5-12.0

LA-3 7.0-13.0

LA-4 10.0-15.0

8-12

10-15

10-15

10-20

10-20

10-20

10-20

10-30

15-20 10-15 2ª o única

7-12 4-8 cualquiera 1ª o única

LECHADA ASFÁLTICA

Diseño de la lechada

Consiste en la determinación de las cantidades adecuadas de los ingredientes que conforman la mezcla La cantidad de ligante debe ser suficiente para cubrir la superficie de los agregados con una película de espesor determinado que brinde ligazón al sistema, pero sin que existan riesgos de exudación

LECHADA ASFÁLTICA

Diseño de la lechada

El contenido de agua es de la mayor importancia, tanto para la obtención de una correcta puesta en obra, como para su buena trabajabilidad y el adecuado comportamiento de la lechada frente a la acción del tránsito automotor Un exceso de agua puede retrasar la rotura y dar lugar a segregaciones de la mezcla, fluyendo parte de la emulsión hacia las zonas más bajas de la vía

LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante L = K (S*A)0.2 Siendo: L = contenido de ligante residual sobre el peso de los agregados (%) K = módulo de riqueza 4.4 - 4.5 para lechada tipo LA-2 4.5 - 4.8 para lechada tipo LA-3 4.9 - 5.1 para lechada tipo LA-4 S = superficie específica del agregado (m2/kg) A = factor de corrección por peso específico del agregado (A = 1.00 cuando el peso específico es 2.65)

LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante (cont.) Superficie específica (S) (% retenido en un tamiz * FSE )  S 100

—Factor de superficie específica (FSE) FSE = 2.50 (D*d)0.5 Siendo: D = abertura del tamiz mayor (mm) d = abertura del tamiz menor (mm)

LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 1. Determinación del porcentaje óptimo teórico de ligante Ejemplo Agregado silíceo, peso específico 2.65, gradación LA-3 Gradación

Agregado

Retenido entre tamices 0 8 12 20 20 15 10 8 7

Tamiz % pasa 3/8" 100 No 4 92 No 8 80 No1 6 60 No 30 40 No 50 25 No 80 15 No 200 7 Fondo 0 Suma Superficie específica (S).m2/kg Módulo de riqueza (K) Factor de corrección por peso específico (A) % LIGANTE TEÓRICO

F.S.E.

0,37 0,74 1,5 2,97 5,89 10,76 21,52 130

Producto

2,96 8,88 30,00 59,40 88,35 107,60 172,16 910,00 1.379,35 13,79 4.7 1.0 7.9

LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA

2. Determinación de la consistencia (% óptimo de agua) La consistencia debe ser lo suficientemente fluida para que la lechada pueda penetrar en grietas y deformaciones. Sin embargo, si la lechada es demasiado fluida puede segregarse y escurrir de manera excesiva bajo la caja mezcladora y sobre el pavimento El ensayo del cono de consistencia, permite ajustar la dosis de agua de mezclado (adicional al agua de la emulsión) para obtener una óptima colocación de la lechada (norma de ensayo INV E-777)

LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA

2. Determinación de la consistencia (% óptimo de agua)

LECHADA ASFÁLTICA

DISEÑO DE LA LECHADA 2. Determinación de la consistencia (% óptimo de agua)

Para realizar el ensayo se fabrica una mezcla de prueba y se llena con ella el cono sobre la placa graduada. El cono se levanta y se mide la extensión de la lechada en cuatro puntos perpendiculares. El valor promedio se registra como la consistencia de la lechada Se considera que el porcentaje óptimo de fluidos es aquel con el cual se logra una fluencia de la lechada entre 2 y 3 cm

LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 2. Determinación de la consistencia (% óptimo de agua)

LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA

3. Propiedades mecánicas En el diseño de una lechada asfáltica se deben verificar dos propiedades:

—Resistencia a la abrasión, mediante el ensayo de abrasión en pista húmeda, WTAT (norma de ensayo INV E-778) —Tendencia a exudar, mediante el ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda cargada, LWT (norma de ensayo INV E-779)

LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA

3.1 Ensayo de abrasión en pista húmeda Se utiliza para determinar el contenido mínimo de ligante que impida un desgaste excesivo de la lechada en condiciones de servicio Se someten probetas curadas de lechada, de forma circular, sumergidas en agua a 25°C, a la acción abrasiva de un caucho de manguera durante 5 minutos

El desgaste se mide por la pérdida de peso por unidad de área de la muestra y se denomina ―pérdida por abrasión‖

LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 3.1 Ensayo de abrasión en pista húmeda

LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 3.1 Ensayo de abrasión en pista húmeda Se grafican los pérdidas obtenidas en el ensayo para diferentes contenidos de ligante Se considera que una lechada no sufrirá problemas críticos de abrasión, si las pérdidas no exceden de 650 gramos/m2

LECHADA ASFÁLTICA

DISEÑO DE LA LECHADA 3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda cargada Mide la tendencia de la lechada a exudar, la cual puede ser asociada con ahuellamiento Se emplean probetas curadas de lechada, de forma rectangular, las cuales son sometidas a 1000 ciclos de una rueda que busca comprimir la lechada para expulsar el exceso de asfalto, si lo hay

LECHADA ASFÁLTICA

DISEÑO DE LA LECHADA

3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda cargada Luego se distribuye arena caliente sobre la probeta y se aplican 100 nuevos ciclos de carga  La arena se adhiere a la superficie de la probeta en una cantidad que es proporcional a la exudación de asfalto La tendencia a exudar se calcula por el peso de arena adherida por unidad de superficie de la probeta y se denomina ―absorción de arena‖

LECHADA ASFÁLTICA

DISEÑO DE LA LECHADA 3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda cargada

LECHADA ASFÁLTICA

DISEÑO DE LA LECHADA 3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda cargada

Se grafican los resultados obtenidos en el ensayo para diferentes contenidos de ligante El criterio de diseño es el siguiente: TPD Absorción máxima de arena 1500 600 g/ m2 El contenido máximo admisible de ligante en la lechada es aquel que corresponda a la máxima absorción admisible de arena

LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA

3.2 Ensayo de absorción de arena en la máquina de rueda cargada

LECHADA ASFÁLTICA DISEÑO DE LA LECHADA 4. Selección del contenido óptimo de ligante

LECHADA ASFÁLTICA

DISEÑO DE LA LECHADA

5. Propiedades de curado Estas propiedades, que se miden con el cohesiómetro, entregan información respecto del tiempo que tarda la mezcla en romper y el desarrollo del curado Esta información es necesaria para asegurar que la lechada puede ser mezclada sin riesgo de rotura antes de ser colocada y para conocer el momento en el cual se puede abrir al tránsito

LECHADA ASFÁLTICA

DISEÑO DE LA LECHADA 5. Propiedades de curado El cohesiómetro mide la resistencia a la torsión en la superficie de la lechada Se realizan medidas a intervalos regulares de tiempo, las cuales permiten elaborar una curva de evolución de la cohesión en el tiempo El criterio de ISSA sobre el particular es el siguiente: —Rotura: cuando se alcanza una resistencia a la torsión de 12 kg-cm —Apertura al tránsito: cuando se alcanzan 20 kg-cm —Curado: Cuando se logran 26 kg-cm

LECHADA ASFÁLTICA

DISEÑO DE LA LECHADA 5. Propiedades de curado

MICROAGLOMERADOS EN FRÍO Conocidos también como micro pavimentos, son aplicaciones similares a las lechadas asfálticas que combinan las características de éstas con la bondades del asfalto modificado con polímeros, lo que da lugar a un producto con mayor durabilidad y resistencia ante las cargas del tránsito y los agentes ambientales

MICROAGLOMERADOS EN FRÍO

FACTORES QUE HACEN DIFERENTE UN MICROAGLOMERADO EN FRÍO DE UNA LECHADA ASFÁLTICA

Se elaboran con emulsiones asfálticas modificadas con polímeros, del tipo CRL-1hm El agregado pétreo por emplear debe ser grueso, preferiblemente de gradación LA-1 o LA-2 Como el microaglomerado presenta mayor consistencia durante el mezclado y la colocación, se requieren equipos que, aunque similares, son de mayor potencia y diseño mecánico más robusto para su elaboración y extensión

MICROAGLOMERADOS EN FRÍO

FACTORES QUE HACEN DIFERENTE UN MICROAGLOMERADO EN FRÍO DE UNA LECHADA ASFÁLTICA (cont.)

No se exige el requisito del ensayo del cono de consistencia durante el proceso de diseño Se aplican en espesores aproximadamente 50% mayores que la lechada asfáltica, para el mismo tamaño de agregado pétreo

REVESTIMIENTOS BITUMINOSOS

MEZCLAS ASFÁLTICAS

EN CALIENTE

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

Generalidades Combinación de agregados pétreos y cemento asfáltico en una planta en la cual los materiales son calentados, dosificados y mezclados para producir la mezcla de pavimentación deseada La mezcla es transportada al sitio de la pavimentación y es extendida por medio de una máquina pavimentadora en una capa ligeramente compactada, para obtener una superficie uniforme y pareja

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

Generalidades (cont.) Mientras la mezcla aún se encuentra caliente, es compactada intensamente con rodillos pesados para producir una capa lisa, uniforme y bien consolidada Según la granulometría del agregado utilizado, la mezcla puede ser cerrada (densa o semidensa), semicerrada (gruesa) o abierta Las mezclas cerradas y semicerradas en caliente son más conocidas como concretos asfálticos

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

Generalidades (cont.) La mezclas cerradas requieren de un agregado pétreo bien gradado

La mezclas semicerradas son parecidas a las anteriores, pero sus curvas granulométrica se alejan de la máxima compacidad, tiene menores contenidos de llenante y requieren menores contenidos de asfalto  Las mezclas abiertas presentan un agregado mal gradado, con baja proporción de partículas de arena y finos, de manera que existe en ellas una estructura mineral que resiste por rozamiento interno

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

Generalidades (cont.) Con el desarrollo de los asfaltos modificados, en los años recientes se han popularizado otros tipos de mezclas asfálticas en caliente: —SMA

—Mezclas de alto módulo —Mezclas discontinuas en caliente para capa de rodadura —Mezclas drenantes

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

CONCRETO ASFÁLTICO

CONCRETO ASFÁLTICO

Definición El concreto asfáltico es una mezcla íntima, elaborada en caliente, de agregados pétreos, llenante mineral y un cemento asfáltico, de manera que la superficie de todas y cada una de las partículas minerales quede recubierta de manera homogénea por una película de ligante Al compactar la mezcla cuando aún se encuentre caliente, el agregado grueso forma un esqueleto mineral, rígido y resistente, cuyos vacíos son rellenados por las partículas más finas El sistema conformado por el llenante y el asfalto forma un medio continuo y viscoso que mantiene unidas las partículas minerales, dando cohesión a la mezcla

CONCRETO ASFÁLTICO

Franjas granulométricas típicas para un concreto asfáltico Artículo 450 - INVIAS

CONCRETO ASFÁLTICO FRANJA GRANULOMÉTRICA TÍPICA PARA UN CONCRETO ASFÁLTICO

CONCRETO ASFÁLTICO CONSECUENCIAS DE LAS IRREGULARIDADES EN LA CURVA GRANULOMÉTRICA PARA UN CONCRETO ASFÁLTICO

CONCRETO ASFÁLTICO

Selección del cemento asfáltico para mezclas de concreto asfáltico Artículo 400 - INVÍAS

CONCRETO ASFÁLTICO

Requerimientos de una mezcla de concreto asfáltico Suficiente asfalto para asegurar un pavimento durable Suficiente estabilidad bajo cargas de tránsito

Suficientes vacíos con aire: - límite superior para prevenir desintegración de la capa - límite inferior para dar espacio a la densificación producida por el tránsito Suficiente trabajabilidad para prevenir segregaciones durante la elaboración y la colocación de la mezcla Suficiente flexibilidad para adaptarse a asentamientos y movimientos graduales de las capas inferiores

CONCRETO ASFÁLTICO Caracterización de la mezcla

Ensayos empleados para establecer las proporciones de los diferentes componentes de la mezcla y el posterior control de producción y de construcción de la misma (Marshall, Hveem, SUPERPAVE) Ensayos empleados para evaluar ciertos rasgos de comportamiento y las propiedades estructurales de la mezcla, requeridas por los métodos mecanísticos y mecanístico-empíricos de diseño de pavimentos asfálticos (triaxial, tensión indirecta, módulo resiliente diametral, módulo dinámico, ensayos de flexión de viga, creep, corte, etc)

DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

MÉTODO MARSHALL

MÉTODO MARSHALL Generalidades El ensayo se realiza de acuerdo con el procedimiento descrito en el manual MS2 del Instituto del Asfalto y es aplicable a mezclas con agregado de tamaño máximo no mayor de 25 mm Emplea probetas de 4 pulgadas de diámetro y 2.5 pulgadas de altura, compactadas a alta temperatura, con diferentes proporciones de asfalto, las cuales son ensayadas a 60 °C mediante deformación lateral hasta alcanzar la falla

 La carga de falla de las probetas se denomina estabilidad y la deformación máxima se llama flujo

MÉTODO MARSHALL

Generalidades (cont.) Las probetas se compactan con un martillo normalizado (10 libras y caída libre de 18 pulgadas), aplicando 35, 50 o 75 golpes por cara, dependiendo de la intensidad del tránsito de la vía para la cual se realiza el diseño

El método requiere, además del ensayo de estabilidad y flujo, la ejecución de un análisis de densidad y vacíos de las probetas compactadas, para establecer la fórmula de trabajo (proporciones óptimas de agregados y cemento asfáltico)

MÉTODO MARSHALL

DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO ASFÁLTICO

Elementos básicos

Adición del asfalto a los agregados

MÉTODO MARSHALL DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO ASFÁLTICO

Temperaturas de mezcla y compactación

Mezcla de los agregados con el asfalto a la temperatura especificada

MÉTODO MARSHALL

DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO ASFÁLTICO

Colocación de la mezcla dentro del molde de compactación

Compactación de la mezcla

MÉTODO MARSHALL

DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO ASFÁLTICO

Probetas compactadas

Pesada de probeta en el aire

Pesada de probeta en el agua

MÉTODO MARSHALL

DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO ASFÁLTICO

Probetas en baño maría

Ensayo de estabilidad y flujo

MÉTODO MARSHALL DISEÑO DE LA MEZCLA DE CONCRETO ASFÁLTICO

Representación de los resultados del ensayo Marshall

MÉTODO MARSHALL CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA Artículo 450 -INVIAS

MÉTODO MARSHALL MÉTODO MARSHALLL MODIFICADO PARA AGREGADOS DE TAMAÑO MÁXIMO MAYOR DE 25 MILÍMETROS

Cuando el agregado por utilizar en la elaboración del concreto asfáltico presente un tamaño máximo mayor de 25 mm, pero no superior a 38 mm, el Instituto del Asfalto recomienda el empleo de un método modificado, propuesto por Kandhal La modificación consiste, básicamente, en el empleo probetas de 6 pulgadas de diámetro y 3.75 pulgadas de altura, compactadas a alta temperatura, con un martillo de base con mayor diámetro y 22.5 libras de peso, con altura de caída de 18 pulgadas (norma ASTM D5581)

MÉTODO MARSHALL

MÉTODO MARSHALLL MODIFICADO PARA AGREGADOS DE TAMAÑO MÁXIMO MAYOR DE 25 MILÍMETROS

El número de golpes por aplicar por cada cara de la probeta debe ser 1.5 veces el especificado en el procedimiento normal El criterio de diseño en cuanto a estabilidad y flujo también se modifica. La estabilidad debe ser, como mínimo, 2.25 veces la exigida en el método normal, y el rango de flujo debe ser 1.5 veces mayor que el especificado en aquél

MÉTODO MARSHALL MÉTODO MARSHALLL MODIFICADO PARA AGREGADOS DE TAMAÑO MÁXIMO MAYOR DE 25 MILÍMETROS

Moldes y martillos para los métodos Marshall normal y modificado

MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA

Una vez definido el porcentaje óptimo de asfalto de diseño según el criterio Marshall, se compactan nuevas probetas de mezcla con dicho óptimo, las cuales se someten a dos comprobaciones para verificar la validez del diseño: —Resistencia a la deformación plástica —Comprobación de la adhesividad agregado pétreo y el ligante asfáltico

entre

el

MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA

Resistencia a la deformación permanente El INVÍAS utiliza el ensayo de pista de laboratorio (norma de ensayo INV E – 756) Una probeta compactada en condiciones normalizadas se somete a 60ºC a la acción cíclica de una rueda que aplica una presión de 9 kg/cm2 durante 120 minutos Se mide la velocidad de deformación de la probeta en el intervalo comprendido entre 105 y 120 minutos

MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA

Ensayo de pista de laboratorio

MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA

Comprobación de la adhesividad entre el agregado y el asfalto El INVÍAS utilizó hasta 2007 el ensayo de inmersión y compresión (norma de ensayo INV E – 738) Probetas compactadas en condiciones normalizadas se someten a curado en dos grupos: uno al aire a 25º C durante 4 días y otro mediante inmersión en agua a 49º C durante el mismo lapso o 24 horas a 60º C Las probetas se fallan por compresión simple y se comparan los resultados de los dos grupos

MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA

Ensayo de inmersión - compresión

MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA

En 2007, el INVÍAS especificó la prueba de tensión indirecta (norma de ensayo INV E – 725) para verificar las condiciones de adhesividad entre el agregado y el asfalto en presencia de agua Probetas compactadas con el contenido óptimo de asfalto y entre 6 y 8 % de vacíos con aire se someten a curado en dos grupos: uno al aire y otro mediante saturación al vacío Las probetas se fallan por compresión diametral y se comparan los resultados de los dos grupos

MÉTODO MARSHALL EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T 283 – INV E-725)

MÉTODO MARSHALL EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T 283 – INV E-725)

Ensayo de tensión indirecta Las probetas cilíndricas son sometidas a compresión hasta la falla a lo largo de dos generatrices opuestas, con una velocidad de deformación de 50 mm/minuto a 25 °C Este modo de carga produce un esfuerzo horizontal de tensión a lo largo del eje vertical y uno de compresión a lo largo del diámetro horizontal

La falla se produce por agrietamiento por tensión a lo largo del diámetro vertical

MÉTODO MARSHALL EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T 283 – INV E-725)

Ensayo de tensión indirecta

2000 * P ST   * D *t

ST = resistencia a la tensión indirecta, kPa P = carga máxima, N D = diámetro de la probeta, mm t = espesor de la probeta, mm

MÉTODO MARSHALL EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T 283 – INV E-725)

MÉTODO MARSHALL REQUISITOS COMPLEMENTARIOS PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA

MÉTODO MARSHALL ATRIBUTOS DEL MÉTODO DE DISEÑO MARSHALL Ventajas Atención a vacíos, resistencia y durabilidad Empleo de equipos de bajo costo Fácil uso en el proceso de control y aceptación Desventajas Compactación por método de impacto No considera esfuerzos de corte La carga es perpendicular al eje de compactación

DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

MÉTODO DE DISEÑO VOLUMÉTRICO SUPERPAVE

MÉTODO SUPERPAVE

OBJETIVOS DEL MÉTODO DE DISEÑO VOLUMÉTRICO

Desarrollar un método de compactación en laboratorio que simule la compactación en el terreno

el

Incluir en el diseño partículas de mayor tamaño Identificar mezclas con problemas de compactabilidad Brindar la posibilidad de empleo tanto en el control como en la verificación de la calidad de la mezcla Considerar factores de durabilidad

MÉTODO SUPERPAVE COMPACTADOR GIRATORIO SUPERPAVE (CGS) Desarrollado para satisfacer los objetivos del método

MÉTODO SUPERPAVE CARACTERÍSTICAS DE LA COMPACTACIÓN DEL CGS

MÉTODO SUPERPAVE

DISEÑO DE LA COMPACTACIÓN

MÉTODO SUPERPAVE

BOSQUEJO DEL MÉTODO Se determinan tres granulometrías de prueba apropiadas Para cada una de las granulometrías, se preparan y compactan dos mezclas con un contenido de ligante que teóricamente dé lugar a especímenes con 4 % de vacíos con aire  La compactación se realiza hasta el máximo número de giros y durante el proceso se va calculando el porcentaje de compactación Terminada la compactación, se calculan los volúmenes reales de vacíos con aire y de vacíos en los agregados minerales

MÉTODO SUPERPAVE BOSQUEJO DEL MÉTODO (cont.) Se determina el contenido de ligante asfáltico para alcanzar 4% de vacíos con aire (96% de Gmm para el Ndiseño) y con él se recalculan las otras propiedades volumétricas (vacíos en los agregados minerales -VAM- y vacíos llenos de asfalto -VLA-) Las propiedades estimadas se comparan con los criterios de diseño de la mezcla (VAM, VLA, %Gmm@Nini, %Gmm@Nmáx). Además, se verifica que la relación llenante/ligante (proporción de polvo) se encuentre entre 0.6 y 1.2

MÉTODO SUPERPAVE

BOSQUEJO DEL MÉTODO (cont.) Con estos resultados se escoge la mezcla que parezca más aceptable y con ella se compactan especímenes con diferentes contenidos de ligante por debajo y por encima del estimado previamente Se calculan, para cada contenido de ligante, las propiedades volumétricas (Vacíos con aire, VAM, %Gmm@Nini , %Gmm@Nmáx)

Se elaboran gráficas y se determina un óptimo de acuerdo con los criterios de diseño

MÉTODO SUPERPAVE SELECCIÓN DEL CONTENIDO DE ASFALTO DE DISEÑO

MÉTODO SUPERPAVE

CRITERIOS DE DISEÑO Vacíos con aire: 4 % Vacíos en los agregados minerales

MÉTODO SUPERPAVE

CRITERIOS DE DISEÑO (cont.) Vacíos llenos de asfalto

 Relación llenante/ligante (proporción de polvo): 0.6 - 1.2  %Gmm@Nini : < 89 %  %Gmm@Nmáx : < 98 %

MÉTODO SUPERPAVE EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T 283 - INV E-725)

MÉTODO SUPERPAVE EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T 283 - INV E-725)

Ensayo de tensión indirecta Las probetas cilíndricas son sometidas a compresión hasta la falla a lo largo de dos generatrices opuestas, con una velocidad de deformación de 50 mm/minuto a 25 °C Este modo de carga produce un esfuerzo horizontal de tensión a lo largo del eje vertical y uno de compresión a lo largo del diámetro horizontal

La falla se produce por agrietamiento por tensión a lo largo del diámetro vertical

MÉTODO SUPERPAVE EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T 283 - INV E-725)

Ensayo de tensión indirecta

2000 * P ST   * D *t

ST = resistencia a la tensión indirecta, kPa P = carga máxima, N D = diámetro de la probeta, mm t = espesor de la probeta, mm

MÉTODO SUPERPAVE EVALUACIÓN DE LA SENSIBILIDAD A LA HUMEDAD (AASHTO T 283 - INV E-725)

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE

EVALUACIÓN DE MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO Las mezclas de concreto asfáltico son sometidas a diferentes pruebas para evaluar algunas propiedades estructurales requeridas por los métodos de tipo empírico mecanístico para el análisis y el diseño de pavimentos asfálticos, así como otros rasgos de comportamiento Entre las primeras, se encuentran aquellas destinadas a determinar los módulos y la resistencia a la fatiga Entre las segundas, están las que estudian la resistencia al ahuellamiento, la susceptibilidad al agrietamiento térmico y a la humedad y las características de fricción superficial

EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICOMECANÍSTICO DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO

Generalidades Los métodos analíticos de diseño estructural de pavimentos asfálticos se basan en el estado de tensiones y deformaciones producido por las solicitaciones consideradas, con un estudio posterior de lo que significa dicho estado en la degradación de la estructura Los modelos de análisis de empleo más generalizado, son los basados en sistemas multicapa y ecuaciones elásticas (hipótesis de Burmister)

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO

Generalidades (cont.)

Parte de la información por entregar a los modelos de respuesta basados en las hipótesis de Burmister, en relación con las capas asfálticas, es la referente a sus características mecánicas (módulo elástico y relación de Poisson) En cuanto al análisis de los deterioros generados por las cargas en las capas asfálticas, se recurre a relaciones empíricas entre las deformaciones unitarias a tracción en la mezcla asfáltica y el número admisible de aplicaciones de carga (leyes de fatiga)

EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

MÓDULO ELÁSTICO

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO DE TENSIÓN INDIRECTA BAJO CARGA REPETIDA (ASTM D 4123 – INV E-749)

Permite determinar el módulo resiliente diametral de mezclas asfálticas, mediante la aplicación de pulsos de carga sobre el diámetro vertical de especimenes de al menos 2x4 pulgadas o 3x6 pulgadas, a diferentes temperaturas y con distintas frecuencias, con una intensidad de carga tal, que induzca entre 10% y 50% de la resistencia a la tensión

La medida de la deformación horizontal recuperable, luego de un determinado número de ciclos de carga (generalmente entre 50 y 200), permite determinar el módulo resiliente de elasticidad

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO DE TENSIÓN INDIRECTA BAJO CARGA REPETIDA (ASTM D 4123 – INV E-749)

P(   0.2734) ER  DH * t ER = módulo resiliente total, MPa (psi) μ = relación de Poisson de la mezcla P = magnitud de la carga repetida, N (libras) DH = deformación total recuperable horizontal, mm (pulg.) t = espesor de la probeta, mm (pulgadas)

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO DE TENSIÓN INDIRECTA BAJO CARGA REPETIDA (ASTM D 4123 – INV E-749)

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO (ASTM D 3497 – INV E-754)

Probetas cilíndricas con relación altura/diámetro de 2 y diámetro mínimo de 101.6 mm (4 pulgadas) son sometidas, bajo diferentes condiciones de temperatura, frecuencia e intensidad, a un esfuerzo axial de compresión sinusoidal  La relación entre el esfuerzo axial (σo) y la deformación unitaria axial de compresión correspondiente (εo), luego de un tiempo de carga entre 30 y 45 segundos, se define como módulo dinámico |E* | |E* | = σo / εo

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO (ASTM D 3497 – INV E-754)

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO A PARTIR DE ENSAYOS DE FATIGA POR FLEXIÓN SOBRE VIGAS (AASHTO TP 8 94)

Un espécimen de mezcla asfáltica en forma de viga (380x50x63 mm) es sometido a flexión repetida en forma de pulsos de carga, con una frecuencia de 5 a 10 ciclos por segundo, con un determinado nivel de deformación, a una temperatura preestablecida  El módulo se determina a partir de la deflexión máxima en el centro de la viga (A), en el ciclo de carga número 50

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO A PARTIR DE ENSAYOS DE FATIGA POR FLEXIÓN SOBRE VIGAS (AASHTO TP 8 94)

Es 

P*a ( 3l 2  4 a 2 ) 4 Abh3

Es = módulo dinámico (stiffness) flexural P = carga dinámica aplicada a = distancia entre apoyos (l / 3) l = luz libre de la viga b = ancho promedio de la viga h = altura promedio de la viga

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO A PARTIR DE ENSAYOS DE FATIGA POR FLEXIÓN SOBRE VIGAS (AASHTO TP 8 94) EQUIPO DE ENSAYO

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO A PARTIR DE ENSAYOS DE FATIGA POR FLEXIÓN SOBRE VIGAS (AASHTO TP 8 94)

El módulo dinámico flexural es altamente dependiente del esfuerzo de flexión (σ) al cual es sometida la viga. Para la mayoría de las mezclas, la relación la establece la expresión

Es  Eo * A1 A1 = constante que depende del tipo de mezcla y de la temperatura de ensayo Eo = rigidez flexural hipotética para σ = 0 (se ha encontrado experimentalmente que para una frecuencia de 2 Hz, su valor difiere de |E*| sólo 3 o 4 %)

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO RELACIÓN ENTRE EL MÓDULO DINÁMICO FLEXURAL Y EL NIVEL DE ESFUERZO DE FLEXIÓN (Ejemplo)

ST 

2000 * P  * D *t

STIFFNESS DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU DETERMINACIÓN (Brown & Brunton, 1992)

a) Módulo elástico del ligante bituminoso (Eb), MPa

STIFFNESS DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU DETERMINACIÓN (Brown & Brunton, 1992)

b) Propiedades del asfalto recuperado su mezcla y colocación

p(I) = penetración inicial del asfalto

después de

STIFFNESS DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU DETERMINACIÓN (Brown & Brunton, 1992)

c) Tiempo efectivo de aplicación de carga (t1)

STIFFNESS DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU DETERMINACIÓN (Brown & Brunton, 1992)

d) Stiffness de la mezcla (Em)

STIFFNESS DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO MODELO PREDICTIVO DE WITCZAK

Donde:

STIFFNESS DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

VALORES TÍPICOS DEL MÓDULO DINÁMICO DE MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

RESISTENCIA A LA

FATIGA

RESISTENCIA A LA FATIGA

El agrietamiento por fatiga es uno de los dos modos principales de falla de un pavimento asfáltico, asociado con las cargas del tránsito La fatiga consiste en el agrietamiento de la capa asfáltica, inducido por aplicaciones repetidas de carga a un nivel de esfuerzo o deformación por debajo de la resistencia última del material

RESISTENCIA A LA FATIGA

El modo de carga es uno de los factores primarios que afectan la respuesta a fatiga de las mezclas  Los ensayos a esfuerzo controlado miden, esencialmente, la carga para iniciar la fisuración  Los ensayos a deformación controlada dan lugar a vidas de fatiga mayores, debido a que también consideran la propagación de grietas El modo de esfuerzo controlado es característico de las capas espesas, en tanto que el modo de deformación controlada es característico de las capas asfálticas delgadas

RESISTENCIA A LA FATIGA

AGRIETAMIENTO POR FATIGA

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO MÉTODOS DE ENSAYO PARA LA FATIGA Pruebas que tienden a evaluar la vida respecto de la iniciación del agrietamiento Flexión simple •Flexión repetida sobre una viga en el punto central •Flexión repetida sobre una viga en los tercios •Flexión repetida sobre una viga rotando en cantiliver •Flexión repetida sobre una viga en dos puntos (cantiliver trapezoidal) Carga directa axial •Probetas cilíndricas sometidas a tensión y compresión •Probetas cilíndricas de sección angostada, sometidas a tensión y compresión

Carga diametral •Ensayo cíclico de tensión indirecta

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO MÉTODOS DE ENSAYO PARA LA FATIGA

Pruebas que tienden a evaluar la resistencia de la mezcla a la propagación de grietas Flexión soportada •Viga soportada •Disco soportado •Losa soportada Mecánica de las fracturas •Vigas muescadas

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA MEDIANTE EL ENSAYO DE FLEXIÓN REPETIDA SOBRE VIGAS CARGADAS EN LOS TERCIOS (AASHTO TP 8-94)

La prueba es la misma que se utiliza para determinar el módulo dinámico

El nivel de deformación producido por la carga cíclica se establece de manera que la viga requiera un mínimo de 10,000 ciclos de carga antes de que su módulo dinámico (stiffness) se reduzca al 50% de su valor inicial La reducción del stiffness en 50% representa la falla por fatiga de la viga

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA MEDIANTE EL ENSAYO DE FLEXIÓN REPETIDA SOBRE VIGAS CARGADAS EN LOS TERCIOS (AASHTO TP 8-94)

Se dibuja una gráfica que relacione el logaritmo del número de aplicaciones de carga contra el logaritmo de la deformación y se establece la ecuación correspondiente

1 Nf  K 1    

K2

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA MEDIANTE EL ENSAYO DE FLEXIÓN REPETIDA SOBRE VIGAS CARGADAS EN LOS TERCIOS (AASHTO TP 8-94)

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO ENSAYO CÍCLICO DE TENSIÓN INDIRECTA PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA FATIGA

El montaje es muy similar al usado para determinar el módulo resiliente mediante el ensayo de tensión indirecta bajo carga repetida La carga cíclica se aplica a diferentes especimenes de la misma mezcla, con una frecuencia determinada y a distintos niveles de esfuerzo La vida de fatiga para cada espécimen se establece como el número total de ciclos al cual la pendiente de la deformación plástica horizontal acumulada comienza a incrementarse, o el número de ciclos requerido para que el stiffness de la mezcla se reduzca 50%

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO

ENSAYO CÍCLICO DE TENSIÓN INDIRECTA PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA FATIGA Con los valores de las deformaciones generadas para cada esfuerzo y los ciclos necesarios para llegar a la falla, se presentan los datos de la misma manera que en los ensayos de flexión repetida sobre vigas Las vidas de fatiga determinadas por compresión diametral suelen ser mayores que las obtenidas en el ensayo de flexión de viga, porque la deformación permanente es permitida en el primero y prohibida en el segundo

ENSAYOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO EMPÍRICO - MECANÍSTICO CURVAS TÍPICAS DE FATIGA PARA MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

RESISTENCIA A LA FATIGA ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU ESTIMACIÓN 1. Universidad de Nottingham (temperatura < 30°C)

log  t 

14.39 log VB  24.2 log TAB  40.07  log N f 5.13 log VB  8.63 log TAB  15.8

2. Shell International Petroleum Company 0.36  t  (0.856 *VB  1.08) * S mix * N f 0.2

RESISTENCIA A LA FATIGA ALGUNAS APROXIMACIONES PARA SU ESTIMACIÓN 3. Instituto del Asfalto



N f  18.4 * C 4.325 *10 3  t 

C  10 M  VB  M  4.84 *   0.69   VV  VB 

S mix 0.854 

3.291

RESISTENCIA A LA FATIGA RELACIÓN ENTRE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS Y EL COMPORTAMIENTO A LA FATIGA EN EL TERRENO La fórmulas de fatiga determinadas en el laboratorio producen una falla más temprana que la observada en el campo para iguales niveles de deformación (N fatiga < N terreno) Las condiciones de trabajo en el laboratorio son más agresivas: mayor concentración de carga, menores períodos de reposo, temperaturas fijas. Para compensar estas diferencias, se aplica un ―factor de desplazamiento‖ o ―shift factor‖ al valor N fatiga

RESISTENCIA A LA FATIGA RELACIÓN ENTRE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS Y EL COMPORTAMIENTO A LA FATIGA EN EL TERRENO (CONT.) El ―factor de desplazamiento‖ es dependiente, además, del tipo y condiciones del ensayo del laboratorio, de las características del asfalto y del espesor de las capas asfálticas (aumenta con el espesor) La bibliografía presenta un rango amplio de factores, desde algo más de 1.0 hasta valores del orden de 400. En los estudios rutinarios se aplica un valor entre 10 y 20

N terreno = N fatiga * Factor de desplazamiento

RESISTENCIA A LA FATIGA

RESUMEN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE RESISTENCIA A LA FATIGA Factor Asfalto

Stiffness

Cam bio en

Efecto sobre la resistencia

el factor

al agrietam iento

Aumenta

Aumenta (esfuerzo controlado) Disminuye (deformación controlada)

Mezcla

Contenido de asfalto

Aumenta

Aumenta

Contenido de llenante

Aumenta

Aumenta

vacíos con aire

Aumenta

Disminuye

Temperatura

Aumenta

Disminuye (esfuerzo controlado)

Condiciones

Aumenta (deformación controlada)

del ensayo o

Estado de

esfuerzo controlado a

del terreno

esfuerzo/deformación

deformación controlada

Períodos

Aumenta

de reposo

Aumenta Aumenta

EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO

AHUELLAMIENTO DEL PAVIMENTO ASFÁLTICO

AHUELLAMIENTO Acumulación gradual de deformaciones permanentes en las zonas de canalización del tránsito, producida por una combinación de : —densificación (decremento de volumen y consecuente aumento de densidad) —deformaciones repetitivas por corte (constituyen la causa principal de ahuellamiento en los pavimentos bien construidos)

AHUELLAMIENTO

MECANISMO DEL AHUELLAMIENTO El tránsito tiene una incidencia importante sobre el ahuellamiento en una etapa inicial y el incremento de la deformación permanente bajo las llantas es marcadamente mayor en las zonas ubicadas bajo ellas (densificación) Después de la etapa inicial, el decremento de volumen bajo las llantas es aproximadamente igual al aumento que se produce en las zonas de levantamiento adyacentes. El ahuellamiento es causado por desplazamiento con constancia de volumen

AHUELLAMIENTO

MECANISMO DEL AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO

TIPOS DE AHUELLAMIENTO

Los pavimentos asfálticos presentan dos tipos de ahuellamiento: —Estructural

—No estructural

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO ESTRUCTURAL

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO ESTRUCTURAL

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO ESTRUCTURAL

Muchos métodos de diseño de pavimentos incluyen criterios para limitar los valores de deformación sobre la subrasante, con el fin de prevenir el ahuellamiento en la superficie

v

1    N 

m

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO ESTRUCTURAL

Este criterio no suele considerar el ahuellamiento producido en las capas asfálticas por causas no estructurales

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL

AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL

Producido exclusivamente por acumulación de deformaciones en capas asfálticas, cuya resistencia al corte es demasiado baja para soportar las cargas pesadas repetidas La deformación por corte se caracteriza por un movimiento de la mezcla hacia abajo y lateralmente Para predecir el ahuellamiento generado en las capas asfálticas se han desarrollado dos procedimientos analíticos:

— Deformación por capas (layer - strain) — Metodología viscoelástica

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL Metodología de deformación por capa Predice la profundidad del ahuellamiento usando características de deformación permanente de la mezcla, determinadas en el laboratorio, junto con análisis de la teoría elástica lineal o no lineal

Cada capa del pavimento se divide en sub-capas y se calcula el estado de esfuerzos para cada una de ellas bajo el centro de la carga, lo que permite determinar la deformación plástica axial

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL Metodología de deformación por capa (cont.) La profundidad total de ahuellamiento (Δp) para un determinado número de aplicaciones de carga es la suma de los productos de la deformación plástica promedio en el centro de cada sub-capa (εi) por el espesor de la subcapa correspondiente (Δzi) : n

p    i z i  i 1

AHUELLAMIENTO AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL Metodología viscoelástica

Considera las cargas por rueda en conjunto con propiedades de la mezcla dependientes del tiempo (definidas en términos de modelos de elementos finitos o elementos de Kelvin o Maxwell), para establecer los estados de esfuerzos y deformaciones en puntos particulares de la estructura

AHUELLAMIENTO

AHUELLAMIENTO NO ESTRUCTURAL Metodología viscoelástica (cont.) Las características de respuesta se suelen estimar mediante modelos viscoelásticos de deformaciones permanentes (VESYS por ejemplo), los cuales predicen el incremento en ahuellamiento debido a la circulación de las cargas

Estos modelos son complejos y no han dado buenas correlaciones con las deformaciones reales, no presentando un avance práctico significativo respecto del procedimiento de deformación por capas

AHUELLAMIENTO MODELOS DE PREDICCIÓN DEL AHUELLAMIENTO

Método Baladi Se basa en resultados de ensayos de tensión indirecta, datos obtenidos en el campo y el empleo del programa MICH-PAVE de elementos finitos elásticos no lineales: log(RD) = - 1.6 + (0.067)(AV) - (1.5)[log(TAC)] - (0.07)(T) - (0.000434)(KV) + (0.15)[log(ESAL)] - (0.4)[log(MRSUB)] - (0.63)[log(MRB)] + (0.1)[log(SD)] + (0.01)[log(CS)]

AHUELLAMIENTO MODELOS DE PREDICCIÓN DEL AHUELLAMIENTO

Método Baladi Siendo:

AHUELLAMIENTO MODELOS DE PREDICCIÓN DEL AHUELLAMIENTO

Predicción de ahuellamiento en capas asfálticas AASHTO 2002

AHUELLAMIENTO MODELOS DE PREDICCIÓN DEL AHUELLAMIENTO

Predicción de ahuellamiento en capas no ligadas AASHTO 2002

AHUELLAMIENTO MODELOS DE PREDICCIÓN DEL AHUELLAMIENTO

Factores de calibración de ahuellamiento AASHTO 2002

AHUELLAMIENTO FACTORES QUE AFECTAN EL AHUELLAMIENTO EN LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO Factor

A gregado

Ligante Mezcla

Condiciones de ensayo/campo

Textura superficial Gradación Forma Tamaño Rigidez Contenido ligante Vacíos con aire VA M Temperatura Estado de esf/deform. Repeticiones de carga A gua

Cambio en el factor Lisa a rugosa Discontinua a continua Redondeado a angular A umernto tamaño máximo A umento A umento A umento A umento A umento A umento en la presión de contacto de llanta A umento Seco a húmedo

Efecto sobre la resistencia al ahuellamiento A umento A umento A umento A umento A umento Disminución Disminución Disminución Disminución Disminución Disminución Disminución si la mezcla es sensitiva al agua

AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA DETERMINAR LAS DEFORMACIONES PERMANENTES

El desarrollo de modelos predictivos del ahuellamiento requiere tanto de técnicas estables para calcular la respuesta del pavimento, como de una caracterización realista de los materiales

Se requieren pruebas de laboratorio para determinar los parámetros representativos de las mezclas, las cuales deben reproducir, de la mejor manera, las condiciones reales del pavimento: estado de esfuerzos, temperatura, humedad y características generales del material

AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE

 Ensayos de creep estático  Ensayos de carga repetida

 Ensayos de módulo dinámico  Ensayos empíricos  Ensayos de pista

AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE

1. Ensayos de creep estático

 Aplican una carga estática a la muestra y miden la recuperación cuando ella es retirada  Los resultados de estos ensayos no suelen correlacionar debidamente con las medidas de ahuellamiento de pavimentos en servicio

AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE

2. Ensayos de carga repetida Aplican a los especimenes una carga repetida de magnitud fija, a una frecuencia constante y miden las deformaciones recuperables y permanentes

Correlacionan con los ahuellamientos reales mejor que los de creep estático

AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE

3. Ensayos de módulo dinámico Aplican una carga repetida sinusoidal con determinada frecuencia durante un período relativamente corto y miden las deformaciones recuperables y permanentes

Sus resultados correlacionan razonablemente bien con las medidas de ahuellamiento en pavimentos reales

AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE

4. Ensayos empíricos Métodos tradicionales de diseño de mezclas asfálticas, como el Marshall y el Hveem  Aunque pueden correlacionar con medidas de ahuellamiento, no miden ningún parámetro fundamental de la mezcla

AHUELLAMIENTO ENSAYOS PARA CARACTERIZAR LA RESPUESTA DE LOS CONCRETOS ASFÁLTICOS A LA DEFORMACIÓN PERMANENTE

5. Ensayos de pista Duplican las condiciones de esfuerzo de los pavimentos reales y correlacionan aceptablemente con medidas de ahuellamiento, pero no miden ningún parámetro fundamental de la mezcla

AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO

Ensayo uniaxial Es el más utilizado por su sencillez y bajo costo Para obtener alguna correlación con los ahuellamientos observados en pistas reales, el ensayo se debe realizar a un bajo nivel de esfuerzo axial (± 1 kg/cm2) El espécimen se coloca entre dos bases de acero, una de las cuales es móvil, aplicándose una carga constante sobre esta última y midiendo la deformación en función del tiempo, a una determinada temperatura, con ayuda de LVDTs Al retirar totalmente la carga, se determina la deformación permanente

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO

Ensayo triaxial Es similar al uniaxial, pero usa una presión de confinamiento del orden de 1.5 kg/cm2, la cual permite que las condiciones de ensayo sean más parecidas a las de campo

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO Ensayos uniaxial y triaxial En ensayos sobre materiales viscoelásticos suele ser ventajoso el empleo del término ―compliance‖, que es el recíproco del módulo y representa la relación deformación/esfuerzo D(t) =εT/σd Siendo εT = deformación unitaria axial σd = esfuerzo desviador aplicado durante el ensayo

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO Ensayos uniaxial y triaxial (cont.) La variación de D(t) con el tiempo permite definir el ―tiempo de flujo‖, que es el instante en el cual se inicia la deformación por corte bajo volumen constante El ―tiempo de flujo‖ es un parámetro que se puede relacionar con la resistencia al ahuellamiento de la mezcla asfáltica

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO

AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO

AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO

Ensayo de creep estático diametral Utiliza el equipo del ensayo de tensión indirecta Probetas de 150 mm de diámetro por 50 mm de altura se someten, a cierta temperatura, a una carga constante estática en su plano diametral que genere una deformación en el rango viscoelástico lineal (menos de 300 micro deformaciones horizontales) durante un lapso de 100 segundos, midiéndose las deformaciones horizontales a lo largo del ensayo

AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CREEP ESTÁTICO

Ensayo de creep estático diametral Se calculan las deformaciones unitarias horizontales de tensión, las cuales se relacionan con el esfuerzo aplicado, permitiendo el cálculo del ―creep compliance‖ durante el desarrollo del ensayo

AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA Se aplica una carga repetida de magnitud fija y con determinada frecuencia a un espécimen cilíndrico, con o sin confinamiento, a una temperatura preestablecida La carga se aplica en un pulso corto, seguido de un período de reposo Se registra la deformación permanente acumulada en función del número de ciclos y se correlaciona con el potencial de ahuellamiento Los ensayos de carga repetida son similares en concepto al ensayo para determinar el módulo resiliente triaxial para suelos

AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA

AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA

A menudo, los resultados se presentan mediante una curva de deformación axial acumulada El número de flujo (NF) es el número de ciclos al cual se inicia el ―flujo terciario‖, que corresponde al punto donde la curva se aleja de la tendencia lineal recta y la deformación ocurre sin cambio de volumen. El número de flujo (NF) se puede asociar con el potencial de ahuellamiento de la mezcla

AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA

AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE CARGA REPETIDA Ensayo de carga repetida diametral Una probeta cilíndrica de concreto asfáltico es sometida a carga repetida en su plano diametral

El ensayo presenta reparos para la caracterización de la deformación permanente de las mezclas porque: —El estado de esfuerzos no es uniforme y es altamente dependiente de la forma de la probeta

— A alta temperatura o bajo carga elevada, la deformación permanente produce cambios en la forma de la probeta que afectan tanto el estado de esfuerzos como la medida de las deformaciones

AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA Ensayo de carga repetida diametral (cont.) —Durante el ensayo, el único estado de esfuerzos relativamente uniforme es la tensión que ocurre a lo largo del diámetro vertical de la probeta, en tanto que los demás estados de esfuerzos son marcadamente no uniformes —Como los esfuerzos de corte contribuyen significativamente al ahuellamiento y en los especímenes diametrales se presenta un espectro no uniforme de esfuerzos de este tipo, las medidas de deformación no pueden ser asociadas con un nivel específico de esfuerzos

AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA Ensayo de corte repetido a altura constante (AASHTO TP7 - procedimiento F ) Se realiza sobre probetas de 150 mm de diámetro y 50 mm de espesor en el equipo de ensayo de corte SUPERPAVE (SST)

Las probetas se someten a una carga de corte semi sinusoidal discontinua, hasta lograr una tensión constante de 68 kPa

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE CARGA REPETIDA Ensayo de corte repetido a altura constante (AASHTO TP7 - procedimiento F )

Debido a la aplicación de la carga de corte, las probetas tratan de dilatarse y ello se evita aplicando una carga axial adecuada, lo que promueve la acumulación de una deformación permanente por corte Las probetas se someten a 5,000 ciclos o hasta que la deformación específica sea 5 %  Durante el ensayo se registran las cargas axiales y de corte y las deformaciones

AHUELLAMIENTO ENSAYOS DE CARGA REPETIDA EQUIPO DE ENSAYO DE CORTE SUPERPAVE (AASHTO TP 7)

AHUELLAMIENTO

ENSAYOS DE CARGA REPETIDA CRITERIO PARA EVALUAR LA RESISTENCIA AL AHUELLAMIENTO USANDO LA DEFORMACIÓN PERMANENTE POR CORTE REPETIDO A ALTURA CONSTANTE

DEFORMACIÓN MÁXIMA PERMANENTE POR CORTE EN ENSAYO A ALTURA CONSTANTE (%)