5 cedex dimensionamiento con mezclas en frío(angel mateos)

5/26/2018 5 CEDEX Dimensionamiento Con Mezclas en Fr o(Angel Mateos)

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Emulsiones Bituminosas: La tcnica al servicio de la carretera

AngelMateosMoreno

Dr.Ingeniero

de

Caminos,

CanalesyPuertos

CentrodeEstudiosdel

TransportedelCEDEX

ComportamientoEstructural,

DimensionamientoyDiseo

IJornadaTcnicaNacionaldeEmulsionesBituminosas

Madrid,15febrero2012


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determinacin de los espesores de las distintas capas una vezdefinidas las caractersticas de los materiales que las componen

MB

ZA

Explanada

determinada

H1

H2

En qu consiste?

Dimensionamiento de firmes


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Catlogos

Nomogramas

Diseo Analtico

Norma6.1ICSeccionesdefirme(2003)

Cataloguedesstructurestypesdechaussesneuves,

Francia(1998)

Recomendacionesdeproyectoyconstruccindefirmesypavimentos,CastillayLen(2004)

NormaparaeldimensionamientodefirmesenlaRedde

CarreterasdelPasVasco(2007)

AASHTOGuide

for

Design

of

Pavement

Structures,

AASHTO1993

DesignManualforRoadsandBridges,RU(2006)

InstruccinparaeldiseodefirmesdelaRedde

Carreterasde

Andaluca

(2007)

NormadeseccionesdefirmedelaComunidadValenciana

(2009)

Designofpavementsandpavementreinforcement,

Dinamarca(1995)

Diseo AnalticoRecursivo-Incremental

MechanisticEmpiricalPavementDesignGuide,AASHTO2002

Cmo se lleva a cabo?



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Ejemplo de Catlogo



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trfico de 50 millones de ejes estndarde 80 kN... (T1 de la norma 6.1 IC)

equivalente a una zahorra artificial sobre

una explanada de unos 80-100 MPa

equivalente a una

mezcla tipo hormign

bituminoso del PG-3

Design Manual for Roads and Bridges,

Reino Unido (2006)

espesor del pavimento de la

seccin 121 de la norma 6.1 IC

Ejemplo de Nomograma



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Consideracin del firme como

una estructura multicapa

Tensin o deformacin

en puntos crticos

Vida til

previsible

1 2 3

modelo multicapa

elstico lineal (m.e.l.)

leyes de fatiga

Ejemplos de Programas de Diseo Analtico



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Catlogos

Nomogramas

DiseoAnaltico

experiencia

clculo

mecnico

Los catlogos y los nomogramas habitualmente se

elaboran mediante procedimientos analticos.

El diseo analtico tiene una fuerte base emprica,

especialmente por lo que respecta a las leyes de fatiga.

Bases del Dimensionamiento



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Catlogos

DiseoAnaltico

Cmo introducir un nuevo material en un mtodo existente?

Coeficiente de Equivalencia

Caractersticas Mecnicas



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Dimensionamiento va Coef. Equivalencia

mezcla bituminosa en fro

AC22S

BBTM11B


Catlogos Coeficiente de Equivalencia

AC22 G

explanada E2

zahorra artificial

Seccin 121

norma 6.1 IC

30

25

3

7

20

AC22S

BBTM11B

explanada E2

zahorra artificial

3

7

20/CECE

Seccin 121*


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norma 6.1 IC... C.E. = 0.75 para la gravaemulsin

norma 6.3 IC... C.E. = 0.75 para el reciclado in-situ con emulsin

norma Junta de Andaluca... C.E. = 0.75-0.85 para la gravaemulsin

ATEB... C.E. = 0.75-0.85 para el reciclado in-situ con emulsin

FHWA... C.E. = 0.95 Type I CR

C.E. = 0.86 Type II CRC.E. = 0.57 Type III CR

Determinacin emprica...

Zahorra Artificial... 0.25

norma Junta de Andaluca... C.E. = 0.75 para el reciclado in-situ con emulsin Tipo III

C.E. = 0.5 " Tipo I



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Origen del concepto C.E. ... AASHO Road Test (1958 - 1961)

07.8log32.2

19.51

109440.0

5.12.4log

20.0)1log(36.9018log

RM

SN

PSI

SNSRZW

S.N. Structural Number (pulgadas)



12/30

Sec. 121Sec. 121*

30

25

SN = 301 + 250.25 = 36.25 cm

3

7

25 (C.E. = 0.8)

SN = 101 + 250.8 + 250.25 = 36.25 cm

el firme se concibe como

un "paquete" de capas delque slo interesa el

espesor

Mediante el empleo del concepto de C.E., resulta

difcil tener en cuenta la diversidad de patologas

que puede presentar un firme...



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DiseoAnaltico Caractersticas Mecnicas

Dimensionamiento va Consideraciones Analticas


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Explanada

zahorraartificial

MB

1er

Paso (modelo respuesta estructural)Modelizacin del firme como una estructura

multicapa con el fin de obtener la respuesta

estructural en determinadas localizaciones:

Fondo MB... fisuracin por fatiga (bottom-up)

Coronacin Exp... deformacin permanente

2 Paso (modelo de deterioro)Aplicacin de una ley de fatiga con el fin de predecir

la vida de servicio:

Para la fisuracin por fatiga... N vs MB

Para la deformacin permanente... N vs EXP

Log N

Log MB

Log EXP

Log N

NMB

NEXP

NFIRME ...

...min (NMB;NEXP)mecanismo crtico

de deterioro

Qu es el dimensionamiento analtico?Eje estndar

de 13 T



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Explanada

zahorraartificial

MB

Qu es el dimensionamiento analtico?Eje estndar

de 13 T



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Qu NO es el dimensionamiento analtico?

Orden Descripcin

1 Deformaciones permanentes en la mezcla bituminosa2 Prdida de resistencia al deslizamiento

3 Fisuracin superficial

4 Irregularidad longitudinal5 Agrietamiento longitudinal en la rodada

6Fisuracin por fatiga iniciada en el fondo de la capa de

mezcla bituminosa

7 Desprendimiento de los ridos

8Deformaciones permanentes provenientes de la

explanada

9

Levantamiento por efecto del hielo / fisuracin por bajas

temperaturas / dao por neumticos de clavos

COST333(1999)



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Qu NO es el dimensionamiento analtico?

envejecimiento

del betn!



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DiseoAnaltico Caractersticas Mecnicas

Log N

Log MB

Log EXP

Log N

AC22S

BBTM11B

AC22 G

Exp. E2

Z.A.

30

25

Sec. 121Sec. 121*



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norma 6.1 IC... ???

norma 6.3 IC... ???

norma Junta de Andaluca (1999)... E = 2500 MPa para la gravaemulsin

ATEB... E = 1500-2000 MPa para el reciclado in-situ con emulsin Tipo I

E = 2000-3000 MPa " Tipo II

E = 3000-4000 MPa " Tipo II

LCPC... E = 1000-3000 MPa

Mdulo de las mezclas en fro...

Zahorra Artificial... max. 500 MPa



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Deformaciones permanentes provenientes de la explanada...Sec. 121*

E(MPa) h*(mm) C.E.

4000 220 0.91

2500 260 0.771500 310 0.65

S121

original

220 260 310

0

50

100

150

200

250

300

200 250 300 350 400

Deformacinverticalcoronacinexplanada

1500MPa2500MPa4000MPa

V()

h(mm)


h*


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Fatiga de la mezcla de la capa intermedia...Sec. 121*

E(MPa) h*(mm) C.E.

4000


22/30

AC22S

BBTM11B

AC22 G

Exp. E2

Z.A.

30

25

Sec. 121 Sec. 121*


necesidaddeconoceren

profundidadelcomportamiento

mecnico

de

las

mezclas

en

fro


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Comportamiento Mecnico Mezclas en Fro

0

1000

2000

3000

4000

50006000

7000

0 100 200 300 400 500

TensindeConfinamiento (kPa)

ProcesodeCuradodelaGravaEmulsin

3das

1semana

3

semanas12semanas

15semanas

25CER(MPa)

rangomezclasACencaliente

Evolucionadesdeunazahorrahastauna

mezclaencalientealolargodeltiempo.

Cmo se comporta una grava-emulsin?


24/30

0

1000

2000

3000

4000

5000

60007000

8000

0.1 1 10 100

InfluenciaTemp.yFrecuencia

4C

21C

38C

12semanas

=0.45%

E*(MPa)

(Hz) Menossensiblealatemperaturayla

frecuenciaqueunamezclaencaliente.

Cmo se comporta una mezcla en fro?



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Mayormduloaaltastemperaturas/bajasvelocidades...menorsusceptibilidadalasroderas

Menormduloabajastemperaturas/altasvelocidades...menorsusceptibilidadalafatiga

100

1000

10000

100000

1E07 1E05 1E03 1E01 1E+01 1E+03 1E+05 1E+07

Mdulo

Dinmico(MPa)

MEPDG 5C 10C 20C 35C red

12 semanas

= 0.45%

Cmo se comporta una mezcla en fro?



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Pista de ensayo de firmes a escala real del LCPC

Conclusionesdelensayo:

Tras

la

construccin,

la

gravaemulsin

presenta

una

capacidad

portante

inferior

a

la

zahorraoriginal(sintratar)

Problemasinicialesdedeformacionespermanentes.

Elprocesodefatigaesdiferentealdelasmezclasencaliente:

Mnimafisuracinymenosacentuada.

Mantienencapacidad

portante

an

para

niveles

elevados

de

deterioro.



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10

100

1000

1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08

nmero de ciclos

AC()

Shift Factor

Fatiga de las Mezclas en Fro

Cmo se determina una ley de fatiga para

una mezcla en caliente?

Las leyes de fatiga de laboratorio NO

son aplicables a firmes en servicio.

Es esperable este comportamientopara una mezcla en fro?


28/30

E*LAB.

0.5E0

Nf ciclos

Paso del laboratorio a la realidad:

diseo mecnico-emprico

recursivo incremental

E*IN-SITU

vehculos pesados

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Fatiga de las Mezclas en Fro

Es esperable una reduccin progresiva del mdulo comoconsecuencia de la fatiga.


29/30

Necesidaddeconsiderarlaevolucindelanaturalezadelamezclaenfro.

Situacincrtica...

...deformacinpermanente: iniciodelavidadeservicio,bajocondicionesde

humedadelevada.

...fatiga: unavezadquiridalacohesinfinal.

Deformacinpermanente:

Elmaterial

tratado

con

emulsin

puede

resultar

ms

crtico

que

antes

de

tratar,

mientrasnoseeliminebuenapartedelagua.

Considerarevaluacindelmaterialenelequipotriaxialdinmico.

Fatiga: Nobastacondeterminarlaleydefatigadelmaterialenellaboratorio.

Necesidaddedeterminarelprocedimientodeacondicionamientodelmaterial

quesearepresentativodelcomportamientoamediolargoplazo.

Qusupone

el

proceso

de

fatiga

de

una

mezcla

en

fro?

Conclusiones: Aproximacin Analtica


30/30

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Adenda: Mtodos M-E Recursivo-Incrementales

AASHTO 2002

Ventajasfrentealdimensionamientoanaltico

convencionalparamezclasenfro:

Puedenabordarpropiedadesmecnicasqueevolucionanconeltiempo.

Consideracinde

la

historia

climtica

del

firme.

Permitenabordarotrostiposdedeterioro:descensodelmduloporfatiga,fisuracin

topdownydeformacinpermanentedelamezcla.

Adems...

Suobjetivo

no

es

predecir

la

vida

til,

sino

la

evolucin

en

el

tiempo

de

los

mecanismos

dedeterioro:posibilidadderecalibracin,ayudaalatomadedecisiones.

Suponenunvnculoentrelaspropiedadesfundamentalesdelaboratorioyel

comportamientoenservicio:PerformanceRelatedSpecifications.

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