control de calidad de mezclas asfálticas de alto desempeño · pdf filetaller de...

Taller de diseño de mezclas

asfálticas de alto desempeño

Dr. Horacio Delgado Alamilla Líder del Grupo de investigación

Mecánica de asfaltos y mezclas asfálticas hdelgado@imt.mx

Mezclas asfálticas

• Mezcla de agregado granular - material asfáltico y eventualmente aditivos

Calientes ~ 155°C

Tibias ~ 95°C

Frias ~ 45°C

Tipos de mezclas asfálticas (Densa, SMA …)

Granulometría,

Modo de fabricación.

Comportamiento mecánico general

Viscoelasticidad,

Sensibilidad térmica,

Sensible a la velocidad de deformación,

Envejecimiento.

2

Viscoelasticidad

A A

B

C

A

Tiempo

Esfuerzo

Deformación

Parte Viscosa

Parte Elástica

E*

δ

Parte Viscosa

Parte Elástica

E*

δ

A cualquier combinación de tiempo y temperatura, dentro de un rango lineal, puede ser caracterizado por dos propiedades:

• Su resistencia total a la deformación bajo una solicitación • La distribución relativa de esa resistencia entre su parte

elástica y su parte viscosa

3

Estructura del pavimento

Rodamiento Capas de superficie

Capas de base

Subrasante

Estructural

Cimentación

Base

4

Terraplén

Baches y desprendimientos

5

El agua libre en el interior de un pavimento deteriora su capacidad estructural

Deformación permanente

6

Deformación vertical producida por esfuerzos de compresión

Superficie levantada

Base

Subrasante

Base

Subrasante

Base

Subrasante

Carga de rueda

Carga de rueda

FALLA SUPERFICIAL FALLA DE BASE FALLA DE CIMENTACIÓN (SR)

Fisuración por fatiga

7

Problemática : La mezcla asfáltica presenta una baja resistencia a la tensión

Moderada Ligera Fuerte

Introducción: Generalidades

Carreteras de mejor calidad y mayor durabilidad

Control de calidad

Construcción Procesos de

diseño

8

Protocolo AMAAC

a) Introducción

b) Clasificación del Protocolo

• Nivel I: Diseño volumétrico

• Nivel II: Deformación permanente

• Nivel III: Modulo Complejo

• Nivel IV: Fatiga

9

Normativa existente

10

Niveles Protocolo AMAAC

(1)

Designación del

nivel de tránsito

(2)

Número de ejes

equivalentes

(3)

Tipo de carreteras usuales

(4)

Ensayes recomendados

Nivel I

Tránsito bajo

menor a

1,000,000

Carreteras federales tipo

D

Carreteras alimentadoras

Carreteras estatales y

municipales

Calles urbanas

Diseño volumétrico y

susceptibilidad a la humedad

Nivel II

Tránsito medio

de 1,000,000 a

3,000,000

Carreteras estatales

Carreteras federales tipo

B y C

Vialidades urbanas

Diseño volumétrico y

susceptibilidad a la humedad

Susceptibilidad a la

deformación permanente

Nivel III

Tránsito alto

de 3,000,000 a

30,000,000

Carreteras federales tipo

A

Autopistas de cuota

Diseño volumétrico y

susceptibilidad a la humedad

Susceptibilidad a la

deformación permanente

Módulo dinámico

Nivel IV

Tránsito muy alto

más de

30,000,000

Carreteras federales

troncales

Autopistas de cuota

importantes

Vialidades suburbanas en

ciudades muy grandes

Diseño volumétrico y

susceptibilidad a la humedad

Susceptibilidad a la deformación

permanente

Módulo dinámico

Fatiga

11

Niveles Protocolo AMAAC

12

Nivel I: Esquema clásico

Mezcla asfáltica en caliente

Granular + Asfalto

Caracterización de los materiales

Se debe asegurar que tanto la mezcla como sus componentes sean de buena calidad y cumplan con las especificaciones

establecidas

Diseño volumétrico

Diferente sistema de densificación

Susceptibilidad a la humedad

Pérdida de resistencia en ensayo de TSR

13

Diseño volumétrico

a) Caracterización de materiales

• Material Pétreo

• Estructura granular

• Material asfáltico

b) Diseño volumétrico

• Determinación del contenido óptimo de asfalto

c) Susceptibilidad a la humedad

• Pérdida de resistencia a tensión indirecta

14

Caracterización del material pétreo

Fra

cció

n fin

a

Fra

cció

n g

ruesa

Característica Norma Especificación

Desgaste Los Ángeles, % ASTM C131 30 máx. (capas estructurales)

Desgaste Microdeval, % AASHTO T327 / ASTM

D6928 18 máx. (capas estructurales)

Intemperismo acelerado, % AASHTO T 104 /ASTM

C88

15 máx. para sulfato de sodio

20 máx. para sulfato de magnesio

Caras fracturadas, % (2 caras o

más) ASTM D 5821 90 mín.

Partículas planas y alargadas, % ASTM D 4791 5 a 1 %, 10 máx (1)

Adherencia con el asfalto,

% de cubrimiento

Recomendación AMAAC

RA-08/2010 90 mín.

(1) Suma de %planas + %alargadas

Característica Norma Especificación

Equivalente de

arena,% ASTM D 2419 50 min. (capas estructurales)

Angularidad, % AASHTO T 304 40 mín.

Azul de metileno,

mg/g

Recomendación AMAAC

RA-05/2010 15 máx. (capas estructurales)

15

Comparación de especificaciones de agregado grueso

Ensayo Normativa Especificación

SCT Protocolo SCT Protocolo

Densidad del agregado grueso M·MMP·4·04·003/02 C127 2.4 ---

Desgaste de Los Ángeles M·MMP·4·04·006/02 C131 Máx 30

Caras fracturadas M·MMP·4·04·013/09 D5821 ----- Mín 90

Intemperismo acelerado M·MMP·4·04·008/03 C88 Máx 15

Partículas planas y alargadas M·MMP·4·04·005/08 D4791 Máx 35

2:1 Máx 10

5:1

Desprendimiento por fricción M·MMP·4·04·009/03 ----- Mín 90

Desgaste MicroDeval ------ D6928 ----- Máx 18

16

Comparación de especificaciones de agregado fino

Ensayo Normativa Especificación

SCT Protocolo SCT Protocolo

Densidad del agregado fino M·MMP·4·04·003/02 C128 2.4 ---

Equivalente de arena M·MMP·4·04·004/02 D2419 Mín 50

Azul de metileno M·MMP·4·04·014/09 RA-05/10 ---- Máx 15

Angularidad del agregado fino ----- T304 ---- Mín 40

17

18

AASHTO T304 - Angularidad de la fracción fina

Objetivo: Determinar la pérdida del contenido de vacíos de una muestra de agregado fino en estado suelto.

Equipo: Plato de aluminio

Báscula

Embudo Charolas

Mallas

19

RA 05/2010 – Determinación del valor de azul de metileno para filler y finos

Objetivo: Determinar el grado de reactividad de los agregados finos (pasa malla # 200), que son utilizados para la fabricación de mezclas asfálticas.

20

Equipo:

Bureta

Soporte

universa

l

Pinzas

Vaso de precipitado

Barra agitadora

Agitador magnético

Azul de Metileno Agua Destilada

Espátula

RA 05/2010 – Determinación del valor de azul de metileno para filler y finos

C16H18N3ClS

21

Procedimiento: Separar material malla #200 Secar hasta peso constante Pesar 1 gramo de muestra Adicionar 30 ml de agua destilada

Separar material malla #200 Preparar solución Azul de Metileno Adicionar 1 mg de solución Agitar vigorosamente

RA 05/2010 – Determinación del valor de azul de metileno para filler y finos

22

ASTM D6928– Desgaste MicroDeval

Mide la resistencia a la abrasión y durabilidad de los agregados saturados en agua.

Previene desgranamientos y formación de baches.

23

ASTM C88– Intemperismo acelerado

Objetivo: Estimar la sanidad de los agregados cuando están sujetos a la acción de intemperismo en concreto. Esto es realizado por inmersión repetida en solución de sulfato de sodio o de magnesio seguida por secado al horno hasta que se deshidrate parcial o totalmente la sal. Adicionalmente se necesita cloruro de bario, para verificar el lavado de la muestra.

24

Las propiedades relacionadas al desempeño

de un pavimento están basadas en la reología,

que es la ciencia de estudio del flujo y la

deformación de los materiales que son capaces de fluir.

PROPIEDADES MECÁNICAS DEL

LOS ASFALTOS

25

Evaluación reológica del asfalto

Reómetro de corte dinámico (DSR)

26

Módulo de corte (G*) y ángulo de fase (δ)

𝛿 = 2𝜋𝑓∆𝑡

Especificación del cemento asfáltico

SUPERPAVE

• Sistema de clasificación basado en el clima

PG 64-22

Grado de

desempeño

Promedio temp

de diseño 7

días más

calurosos

Temperatura de

diseño min

27

28

PG -46 -40 -34 -28 -22 -16 -10

46 52 58 64 70 76 82

Incremento de grado en el

Grado PG

Incremento de grado en 6 °C para temperaturas altas y bajas.

88

- 22

Tem

pe

ratu

ra (

ºC)

- 16

- 10

- 04

82

76

70

64

No habrá deformación plástica (roderas)

No habrá agrietamiento térmico

NOMENCLATURA PG

29

Grado PG del lugar

30

Ensayos para Grado PG

Viscosidad rotacional

DSR Original

RTFO DSR RTFO PAV DSR PAV BBR

Condición original Envejecido en RTFO Envejecido en PAV

η ≤ 3 Pa∙s G*/senδ ≥ 1 kPa G*/senδ ≥ 2.2 kPa G*(senδ) ≤

5000 kPa

S ≤ 300 Mpa

m ≥ 0.3 CM ≤ 1%

32

Viscosidad Rotacional

Evalúa trabajabilidad del asfalto para su mezclado y

colocación.

3 Pa*s

máximo

33

Reómetro de Corte Dinámico (DSR)

Evalúa la resistencia de la mezcla (G* y δ)

Original: G*senδ ≥ 1 kPa

Env. Corto plazo: G*senδ ≥ 2.2 kPa

Env. Largo plazo: G*senδ < 5000

kPa

34

Horno Rotatorio de Película Delgada

(RTFO)

Envejece el asfalto a corto plazo Contenedores

RTFO

Estante de enfriamiento

CM < 1%

35

Vasija de Envejecimiento a Presión

(PAV)

Envejece el asfalto a largo plazo

36

Reómetro de Viga a Flexión (BBR)

Evalúa la resistencia del asfalto a bajas

temperaturas

S ≤ 300 Mpa

m ≥ 0.300

Ejercicio 1:

Para un proyecto localizado en Hermosillo, Sonora se especificó utilizar un asfalto con Grado PG 76-22. El supervisor solicita al proveedor de asfalto un informe para verificar si el asfalto realmente cumple con el Grado PG requerido en el proyecto.

ENSAYO RESULTADOS DEL ENSAYO

VERIFICACIÓN

Condición original Punto de Inflamación, °C, ASTM D92-12 310

Viscosidad Rotacional @ 135°C, Pa·s, ASTM D4402-13 1.798

DSR (Reómetro de Corte Dinámico), ASTM D7175-08

Temperatura de prueba, °C G*, kPa

Ángulo de fase, δ, grados

G*/senδ

70 3.208 73.88 3.339

76 1.719 76.22 1.769

82 0.872 81.3 0.882

Despúes de RTFO (Horno Rotatorio de Película Delgada), ASTM D2872-12 Cambio de Masa, % -0.279

DSR (Reómetro de Corte Dinámico), ASTM 7175-08

Temperatura de prueba, °C G*, kPa

Ángulo de fase, δ, grados

G*/senδ

70 3.208 69.2 3.432

76 2.354 71.2 2.486

82 2.002 74.8 2.075

ENSAYO RESULTADOS DEL

ENSAYO VERIFICACIÓN

Después de PAV (Vasija de Envejecimiento a Presión, 100 °C), ASTM D6521-13 DSR (Reómetro de Corte Dinámico), ASTM 7175-08

Temperatura de prueba, °C

G*, kPa Ángulo de fase, δ,

grados G*(senδ)

37 2980 49.9 2279 34 3985 51.7 3127

31 4956 55.1 4065 28 6235 58.3 5305

BBR (Reómetro de Viga a Flexión), ASTM 6648-08

Temperatura de prueba, °C

Parámetros Resultado

-6 Rigidez “S” 120

Pendiente “m” 0.314

-12 Rigidez “S” 195

Pendiente “m” 0.290

-18 Rigidez “S” 236

Pendiente “m” 0.212

PG - 76 16

40

Ajuste de Grado por tránsito:

1. Normativa SCT

41

78.17)9545.0*)2.422289.000618.0(( 2

maxmax LatLatTT aire

Temperatura máxima de diseño del pavimento:

Corrección de la temperatura del aire:

CTT aire 7.1859.0 minmin

Temperatura mínima de diseño del pavimento:

2. Ecuaciones del Protocolo AMAAC

42

2. Ecuaciones del Protocolo AMAAC

Ajuste de Grado por tránsito:

ESALs para un

periodo1

(millones)

Ajuste al grado de temperatura alta por tránsito5

Relación con la carga del tránsito

Detenido2 Lento3 Normal4

< 0.3 - (6) - -

0.3 a < 3 2 1 -

3 a < 10 2 1 -

10 a < 30 2 1 - (6)

≥ 30 2 1 1

Nota 1 Vida de servicio considerada de 20 años

Nota 2 Promedio de velocidad es < 20 km/h

Nota 3 Rango promedio de velocidad de 20 a 70 km/h

Nota 4 Promedio de velocidad es > 70 km/h

Nota 5 Incremento en la temperatura alta (1 grado PG equivale a 6 °C)

Nota 6 Se puede considerar incrementar 1 grado PG.

Si el ajuste resulta mayor a un PG 82, considerar PG 82.

Se debe evitar utilizar asfaltos con PG mayores.

Estructura granular Protocolo Puntos de control

Designación Abertura

mm

37.5

(1 1/2")

25

(1")

19

(3/4")

12.5

(1/2")

9.5

(3/8")

Porcentaje que pasa

2" 50 100 - 100 - - - -

1 1/2" 37.5 90 - 100 100 - 100 - - -

1" 25 -90 90 - 100 100 - 100 - -

3/4" 19 - -90 90 - 100 100 - 100 -

1/2" 12.5 - - -90 90 - 100 100 - 100

3/8" 9.5 - - - -90 90 - 100

4 4.75 - - - - -90

8 2.36 15 - 41 19 - 45 23 - 49 28 - 58 32 - 67

16 1.18 - - - - -

30 0.6 - - - - -

50 0.3 - - - - -

100 0.15 - - - - -

200 0.075 0 - 6 1 - 7 2 - 8 2 - 10 2 - 10

43

Estructura granular SCT Límites granulométricos

44

Gráfica de Fuller

Diferencias: Representación diferente de las aberturas de mallas (Abertura^0.45),

Uso de mallas con aberturas diferentes para la parte fina, Mejor visualización del cambio de la estructura,

Límites granulométricos más amplios.

45

Comparar las estructuras granulométricas

Mallas 12.5 mm

(1/2")

19 mm

(3/4")

Abertura

mm

Designación Porcentaje que pasa

50 2" - -

37,5 1 1/2" - -

25 1" - 100 - 100

19 3/4" 100 - 100 90 - 100

12,5 1/2" 90 - 100 -90

9,5 3/8" -90 -

4,75 4 - -

2,36 8 28 - 58 23 - 49

1,18 16 - -

0,6 30 - -

0,3 50 - -

0,15 100 - -

0,075 200 2 - 10 2 - 8

46

• límites granulométricos de la SCT

47

Comparación de normativa para un TN de ¾” (19 mm)

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

% P

asa

Abertura malla ^0.45 (mm)

1" 3/4" 1/2" No. 4 No. 200

• límites granulométricos del Protocolo AMAAC

48

Comparación de normativa para un TN de ¾” (19 mm)

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

% P

asa

Abertura malla ^0.45 (mm)

1" 3/4" 1/2" No. 8 No. 200

• indica la diferencia entre ellas.

49

Comparación de normativa para un TN de ¾” (19 mm)

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

% P

asa

Abertura malla ^0.45 (mm)

1" 3/4" 1/2" No. 8 No. 200 No. 4

50

Combinación de agregados Métodos gráficos Mezcla de tres materiales

Guía de resolución:

Método gráfico Dibujar cada material en base a dos criterios

Retenido Malla No. 8 y pasa Malla No. 200

Definir el punto S (promedio de especificaciones)

Calcular de acuerdo a lo siguiente:

𝑎 =𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎 𝑆𝐵´

𝐿í𝑛𝑒𝑎 𝐴𝐵´

𝑐 =(1 − 𝑎)𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎 𝐵´𝐵

𝐿í𝑛𝑒𝑎 𝐶𝐵

𝑏 = 1 – a - c

Con respecto Malla No. 8

Con respecto Malla No. 200

En X: Ret No. 8

En Y: Pasa No. 200

51

A B

C

S

𝑎 =64 − 17

89 − 17

𝑐 =1 − 0,65 ∗ (16 − 7)

76 − 7

𝑏 = 1 – 0,65 – 0,05

B´

Combinación de agregados Métodos gráficos Mezcla de tres materiales

52

Definiciones de tamaños de agregados

•Tamaño Nominal (TN) • El tamaño de malla superior a la

primera malla retiene más del 10%.

1” 100 ¾” 100 ½” 89 3/8” 72 #4 65 #8 48 #16 36 #30 22 #50 15 #100 9 #200 4

100 97 90 81 72 51 35 20 13 8 5

• Tamaño Máximo (TM) – El tamaño de malla superior que

la malla del tamaño nominal.

53

Determinación de la gravedad específica relativa del agregado

¿Qué es la gravedad específica relativa?

Es la relación entre la densidad de cualquier cosa comparada con la densidad del agua.

OH

OH

x

x

V

M

V

M

G

2

2

rH2O = 1.000 g/cm3

54

La gravedad específica es el puente entre el volumen y la masa de un material

V

MG OH

2r

OHG

MV

2r

Volumen Masa

OHGVM2

r

Determinación de la gravedad específica del agregado

55

Determinación de la gravedad específica del agregado

Volumen bruto para Gsb (incluye el volumen de agua absorbida)

Volumen efectivo para Gse (excluye el volumen de asfalto absorbido, debe determinar la gravedad específica de la mezcla suelta Gmm)

Volumen aparente para Gsa (excluye el volumen de agua absorbida)

Gsa > Gse > Gsb

56

Gravedad específica neta combinada

N

N

Nsx

G

P

G

P

G

P

PPPG

...

...

2

2

1

1

21

Donde: Gsb = gravedad especifica bruta o aparente de cada material almacenado P1, P2, PN = Porcentajes individuales por masa de agregado G1, G2, GN = gravedades especificas neta individual del agregado

57

Gravedad específica neta combinada

Una vez establecida la granulometría de diseño, se requiere determinar las densidades combinadas de las gravedades específicas del agregado pétreo

Ensayos de gravedad específica (Normas ASTM C127 y C128)

58

Datos Grueso Fino

Proporción 44% 56%

Gsb 2.541 2.636

Gsb =

Gravedad específica neta combinada

59

Gravedad específica neta combinada

Datos Grueso Fino

Proporción 44% 56%

Gsb 2.541 2.636

Gsb =

636.2

56

541.2

44

5644

60

Gravedad específica neta combinada

Datos Grueso Fino

Proporción 44% 56%

Gsb 2.541 2.636

Gsb = 593.2

636.2

56

541.2

44

5644

61

Gravedad específica aparente combinada

Datos Grueso Fino

Proporción 44% 56%

Gsa 2.673 2.760

Gsa = 721.2

760.2

56

673.2

44

5644

62

Determinar % absorción material (fino+grueso)

Abs individual = agua absorbida para cada material analizado

P1 ,P2 ,PN = % individual de cada material en la mezcla

A1 ,A2 ,AN = agua absorbida en el material analizado

100

...2211 NNindiv

APAPAPAbs

63

Absorción combinada

Datos Grueso Fino

Proporción 44% 56%

Absorción 3.2 1.7

Absmezcla =

36.2100

7.1562.344

Secuencia del diseño volumétrico Determinación del contenido óptimo de asfalto:

• Contenido de asfalto inicial,

• Determinación de propiedades volumétricas

iniciales,

• Estimación de propiedades volumétricas para

4% de vacíos de aire,

• Selección de la estructura más viable,

• Determinación del contenido óptimo de

asfalto

64

65

Norma AASHTO R35

Supuesto Pb = 5% Ps = 95% Gb = 1.03 Va = 4%

Sn = TN del agregado en mm

66

Norma AASHTO R35

Sn = TN del agregado en mm

Mezcla Gsb

medido

Gsa

medido Gse ini Ws ini Vbe ini Vba ini Pb ini

1 2.593 2.721 2.695 2.2744 0.089684 0.033234 5.27

2 2.586 2.714 2.688 2.2691 0.089684 0.033513 5.30

3 2.599 2.726 2.701 2.2784 0.089684 0.3303 5.26

Niveles de diseño de acuerdo al tránsito

(1)

Designación del

nivel de tránsito

(2)

Número de ejes

equivalentes

(3)

Tipo de carreteras usuales

(4)

Ensayes recomendados

Nivel I

Tránsito bajo

menor a

1,000,000

Carreteras federales tipo

D

Carreteras alimentadoras

Carreteras estatales y

municipales

Calles urbanas

Diseño volumétrico y

susceptibilidad a la humedad

Nivel II

Tránsito medio

de 1,000,000 a

3,000,000

Carreteras estatales

Carreteras federales tipo

B y C

Vialidades urbanas

Diseño volumétrico y

susceptibilidad a la humedad

Susceptibilidad a la

deformación permanente

Nivel III

Tránsito alto

de 3,000,000 a

30,000,000

Carreteras federales tipo

A

Autopistas de cuota

Diseño volumétrico y

susceptibilidad a la humedad

Susceptibilidad a la

deformación permanente

Módulo dinámico

Nivel IV

Tránsito muy alto

más de

30,000,000

Carreteras federales

troncales

Autopistas de cuota

importantes

Vialidades suburbanas en

ciudades muy grandes

Diseño volumétrico y

susceptibilidad a la humedad

Susceptibilidad a la deformación

permanente

Módulo dinámico

Fatiga

Selección del número de giros

Ejes equivalentes

(millones)

Parámetros de

compactación

Aplicaciones típicas

Nini Ndis Nmax

< 0.3 6 50 75

Transito muy ligero (caminos locales, calles

de ciudad, donde los camiones están

prohibidos

0.3 a < 3 7 75 115 Tránsito medio (carreteras alimentadoras,

libramientos)

3 a < 30 8 100 160 Tránsito medio a alto (calles de ciudades,

caminos estatales, interestatales)

≥ 30 9 125 205 Alto tránsito (intersecciones, subidas,

estacionamiento de camiones)

Cemento asfáltico

Calidad del material asfáltico

Característica Rango de Viscosidad, Pa.s

Temperatura de mezclado 0,15 a 0,19

Temperatura de compactación 0,25 a 0,31

a.- Convencional

Determinar la Carta de viscosidad, (Norma ASTM D 4402). Para cementos asfálticos modificados las temperaturas mencionadas deben ser proporcionadas por el proveedor.

0.01

0.1

1

10

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180

Vis

cosi

dad

(P

a.s)

Temperatura C°

Temp. Mezclado

Temp. Compactación

Carta de viscosidad

Compactación giratoria

1.25o

Presión

600 kPa % Gmm

Log giros

10 100 1000

Nini

Ndis

Nmax

Compactador Giratorio

70

Probeta de ensayo

Dimensiones de Probetas

• Diseño h:115mm d: 150mm

• TSR h:63.5mm d: 100mm, h:90mm d:150mm

• Def. Perm h:63.5mm d: 150mm

• Módulo h:190mm d: 150mm

• Fatiga: 75x75x400mm

Volumetría de la mezcla

Nivel de

tránsito

ESAL´s

* 106

Densidad requerida

(% Gmm)

Vacíos de agregado mineral

mínimo (%) - VMA VFA

(%)

Relación

filler

asfalto Nivel de compactación Tamaño nominal (mm)

Nini Ndis Nmax 37,5 25 19 12,5 9,5

≥ 10 ≤ 89 96 ≤ 98 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 65 – 75 0,6 – 1,2

72

Pbe

PDP 075.0

73

Gravedad especifica Efectiva del agregado - Gse

= 2.697

Donde : Pb = Porcentaje de asfalto respecto a la mezcla Gmm = Gravedad especifica teórica máxima

Gb = Gravedad especifica del asfalto

Información previa: Pb = 5.30 %

Gmm = 2.484 Gb = 1.03

Problema de ejemplo

Gse =(100 - Pb)

100

Gmm

-Pb

Gb

é

ëê

ù

ûú

03.1

3.5

484.2

100

)3.5100(seG

Gsa > Gse > Gsb 2.721 > 2.697 > 2.593

74

Vacíos en el Agregado Mineral - VAM

Donde: Gmb = Gravedad especifica de la mezcla Ps = Porcentaje de agregado respecto la mezcla Gsb = Gravedad especifica neta del agregado

= 13.44 Ps = 94.7 %

Gsb = 2.593

Información previa: Gmb = 2.371

sb

smb

G

PGVAM

*100

593.2

7.94*371.2100VAM

Problema de ejemplo

Especificación: >13

75

Porcentaje de asfalto absorbido - Pba

= 1.53 %

Donde: Gb = Gravedad especifica del asfalto. Gse = Gravedad especifica efectiva del agregado Gsb = Gravedad especifica neta.

Información previa Gb = 1.03 Gse = 2.697 Gsb = 2.593

Pba =(100*Gb)*(Gse -Gsb)

Gse *Gsb[ ]

593.2*697.2

)593.2697.2(*)03.1*100( baP

Problema de ejemplo

76

Relación filler / asfalto

= 1.31

bePDP

200 # malla la pasa que %

Dado: P-200 = 5.0%

85.3

0.5DP

Problema de ejemplo

Especificación: 0.6 a 1.2

77

Resumen: Gsb

Gse

Va VMA

VFA Pba Pbe

DP %Gmm@Nini

= 2.593 = 2.697 = 4.6% = 13.4% = 66.0% = 1.53% = 3.85% = 1.31% = 86.1 %

Resumen de las propiedades volumétricas iniciales de la mezcla asfáltica

78

Selección de Granulometría de diseño

Ecuación Pbestimado

Pbestimado = Pbmezcla - (0.4 x (4 - Vamezcla))

Pendiente de la curva Va

0.4% de asfalto =

1% de Vacíos de aire.

0

2

4

6

8

10

12

2 4 6 8

% Contenido de asfalto

% V

ac

ios

de

Air

e0.4%

1%

79

Calculo del VAMestimado

VAMestimado = VAMmezcla + (C x (4 – Vamezcla))

C = constante = 0.1 si Va es menor a 4%

0.2 si Va es mayor a 4%

Vamezcla = 4.57% VMAmezcla = 13.4%

VMAestimado = %32.13))57.44(2.0(4.13

80

Cálculo del VFAestimado

estimado

estimadoestimado

VMA

VMAVFA

0.4*100

VMAestimado = 13.3% 4.0 = Va

estimadoVFA

3.13

0.43.13*100

81

Ejemplo de Pbeestimado

estimadoPbe

593.2*697.2

593.2697.2*)03.1*47.94(53.5

Ps = 94.7 Gb = 1.03 Gse = 2.697

Gsb = 2.593 Pbestimado = 5.3

82

Pb inicial

Pb Gmm Ht ini Ht dis %Gmm

ini Gmb Va VAM VFA Pba Pbe Dp 5.3 2.484 124.1 111.9 86.1 2.371 4.6 13.4 66.0 1.53 3.85 1.31

Pb est %Gmm ini est Va est VAM est VFA est Pbe est Dp est 5.5 86.7 4.0 13.3 69.9 4.1 1.22

83

Selección de la granulometría

84

Procedimiento de diseño

Después de seleccionar la granulometría de diseño, se fabrican los especímenes de ensayo a diferentes contenidos de asfalto.

Pest, Pest ±0.5%, Pest ±1.0%

Mezcla de

prueba Pb VAM

%Gmm

@Nini VFA DP

Mezcla 2 5.8 14.3 85.0 73 0.95

5.8%, 5.3% – 6.3%, 4.8% - 6.8%

85

Relación entre Gse - Gmm

Donde: Gmm= Gravedad específica teórica máxima de la mezcla Gse = Gravedad específica efectiva del agregado Gb = Gravedad específica del asfalto Pb = contenido de asfalto Ps = Porcentaje de agregado con respecto a la mezcla

b

b

se

smm

G

P

G

PG

100

b

b

mm

bse

G

P

G

PG

100

100

86

Relación entre Gse - Gmm

b

b

se

smm

G

P

G

PG

100

b

b

mm

bse

G

P

G

PG

100

100

03.1

8.5

452.2

100

8.5100

seG

Gse = 2.680

03.1

8.5

680.2

2.94

100

mmG

Gmm = 2.452

87

Resultados a obtener

mm

mbmm

G

GGVa *100

sb

smb

G

PGVAM

*100

VAM

VaVAMVFA *100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pb % C

Promedio

Gmb

@Ndis

Prom

Gmb

@Nini

Gmm %Gmm

@Nini Va, % VAM VFA Pbe DP

4.8 0.895 2.327 2.083 2.489 83.70 6.50 14.33

5.3 0.899 2.337 2.101 2.470 85.04 5.39 14.42

5.8 0.894 2.347 2.098 2.452 85.56 4.31 14.52

6.3 0.892 2.342 2.089 2.434 85.81 3.79 15.14

6.8 0.891 2.359 2.100 2.417 86.90 2.39 14.98

2

24*100Va

7

67*100VFA

sb

s

G

PVAM

*4100

88

Estimación del contenido óptimo

89

Estimación del contenido óptimo

Mezcla de

prueba Pb

%Gmm

@Nini VAM VFA DP Gmb

Mezcla 2 6.0 84.5 14.8 73 0.8 2.345

Fórmula de trabajo

Sin importar del método de diseño que se utilice, el objetivo principal del diseño volumétrico es determinar la fórmula de trabajo:

• Características de materiales (agregado y asfalto), • Granulometría de la mezcla, • Temperaturas de mezclado y compactación, • Contenido de asfalto, • Densidad de la mezcla compacta (Gmb de diseño).

90

Evaluación del desempeño

La diferencia principal entre el método Marshall y el protocolo AMAAC:

La evaluación del desempeño en la fórmula de trabajo,

91

Fatiga Baches Roderas

Susceptibilidad a la humedad AASHTO T 283

Especificaciones • Velocidad constante de 50,8 mm/min • 7 ± 0,5 % Va • Temperatura de ensaye: 25 °C

3 especímenes acondicionados

3 especímenes sin acondicionar

92

Nivel II: Deformación permanente

Tránsito ESAL´s

* 106

Mínimo de pasadas para la deformación máxima de 10 mm

≥ 10 20 000

93

94

Probeta de ensayo

Dimensiones de Probetas

• Diseño h:115mm d: 150mm

• TSR h:63.5mm d: 100mm, h:90mm d:150mm

• Def. Perm h:63.5mm d: 150mm

• Módulo h:190mm d: 150mm

• Fatiga: 75x75x400mm

95

Alcanzar los 7.0% vacíos de aire

• El CG puede compactar hasta alcanzar la altura fijada (95 mm para 6” y 63 mm para 4”)

• Manteniendo la altura (volumen) constante y ajustando la masa de la mezcla, la densidad de la muestra se cambia.

Gmb=M/V

• Calcule la masa de la mezcla necesaria para alcanzar 7.0% de vacíos

96

Determinar el volumen estimado

• Volumen a 95mm y 63 mm:

• Donde: V= volumen en cm3

D= diámetro en mm

H= altura en mm

001.0**4

2

HD

Vest

3

2

8.1678001.0954

150cmVest

3

2

8.494001.0634

100cmVest

3

2

3.1113001.0634

150cmVest

TSR 6”

TSR 4”

Hamburgo

97

• Corrección basada en las muestras de diseño:

9891.02.2032

0.2010

0.20105.27405.4750

2.2032001.01154

150

3

3

2

est

med

med

med

est

V

VC

cmV

SumergidoSSSV

cmV

115mm

150mm

Determinar la corrección

98

Aplicar la corrección

•Volumen a 95mm:

35.1660

8.1678*9891.0*

cmV

VCV

corr

estcorr

99

Determinar Gmb para 7.0%

• Como 7.0% de vacíos de aire es lo mismo que 93% de Gmm valor de Gmm=2.500

• Entonces,

• Gmb= Gmm * 93% • Gmb= 2.500 * 0.93 = 2.325

Para cualquier tipo de probeta (TSR 6”, TSR 4”, Hamburgo)

100

Determinar la masa de la mezcla

• Usando,

• Entonces,

Masa=3860.7g

VGmbM *

5.1660*325.2M

Nivel III: Modulo Dinámico

Extensómetros, LVDT´s

Medidor sin contacto

Sonda de temperatura

Solicitación

e(t) = e0 sin (wt - f) = e0 e i(wt-j)

Frecuencias (Hz)

Temperaturas °C

0,1 a 10

-10 a 40 °C

s(t) = s0 sin (wt) = s0 eiwt

101

Nivel III: Modulo Dinámico

Efecto de la frecuencia para cada temperatura

Modulo complejo isoterma

102

• Cuando aumenta la frecuencia aumenta el valor del módulo

• Cuando aumenta la temperatura disminuye el valor del módulo

• El efecto de la frecuencia es mas importante para las temperaturas altas

Nivel III: Modulo Dinámico

6 Frecuencias

0,03 Hz

10 Hz

5 Temperaturas 35 °C

-22 °C

Tref : 15°C Temperatura

103

Nivel IV: Fatiga

Longitud final: 380 mm Altura final: 50 mm Ancho final: 63 mm

Va: 6 %

AASHTO T 321 Especificaciones • Temperatura :20°C • Frecuencia: 10 Hz • Tipo de carga :senosoidal • Modo de ensayo: Desplazamiento controlado • Amplitud de me: 250-750 µe

104

Punto de la curva

de fatigue

Curva de fatiga

10+6

Ln s

Ln N

s6

s0

Ciclo de ruptura

par fatiga

Nivel IV: Fatiga

105

Resumen: Comportamiento mecánico

Propiedades volumétricas

Propiedades mecánicas en el rango VEL

Evolución al transcurso de los años

Daño por fatiga

Vida útil a la fatiga

Estado inicial (2 complejidades) Formulación de

mezclas asfalticas

Nivel 1

Volumétricos Susceptibilidad H.

Nivel 2

Roderas

Nivel 3

Modulo complejo

Nivel 4

Fatiga

[Manual de diseño de mezclas en

caliente 2005]

Fatiga (final de la vida útil)

Rápida degradación de la condición inicial

Deformación permanente

Origen de la falla

Profundidad de roderas

106

Taller de diseño de mezclas asfálticas de alto desempeño