aseguramiento de la calidad de las mezclas asfÁlticas mediante la aplicaciÓn del ensayo de mÓdulo...
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ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS MEDIANTE
LA APLICACIÓN DEL ENSAYO DE MÓDULO RESILIENTE EN EL CONTROL
DE SU EJECUCIÓN
DR. PEDRO LIMÓN COVARRUBIASGUATEMALA
18 DE NOVIEMBRE DE 2013
Diciembre 2010
Pedro Limón Covarrubias 3
1. Introducción2. Objetivos
3. Control de calidad de mezclas bituminosas4. Estudio de la aplicación del ensayo de módulo
resiliente en el control de calidad de una mezcla bituminosa
5. Evaluación del efecto producido por la falta de calidad en la ejecución
6. Determinación de criterios para el control de calidad7. Conclusiones y futuras líneas de investigación
Pedro Limón Covarrubias 4
• En la construcción de una carretera, las mezclas asfálticas en caliente constituyen las capas con
mayores exigencias dentro de la estructura de un pavimento. Hay muchas etapas involucradas y
actividades diferentes que entran en el proceso de construcción de un pavimento con mezcla bituminosa
en caliente. Su diseño, elaboración, colocación y compactación son procesos complicados, donde
intervienen diferentes factores que definirán la calidad final de la capa.
Pedro Limón Covarrubias 5
Evaluación de la calidad durante la producción
• Propiedades volumétricas– Lavado de mezcla: Granulometría y contenido de
asfalto– Densidad de la mezcla asfáltica compactada
– Contenido de huecos
• Propiedades mecánicas– Estabilidad flujo Marshall
– Adhesividad
Pedro Limón Covarrubias 6
Evaluación de la calidad durante la ejecución
• Ejecución– Medición de espesor
– Medición de temperatura– Densidad Marshall
• Acabado– Medición de IRI
– Medición de la rugosidad– Entre otros
Pedro Limón Covarrubias 7
• Asimismo, en el momento de tomar la decisión de aceptar o rechazar la capa, empleando únicamente el
control de densidades sobre el producto final, se desconoce su capacidad resistente. La evaluación de
esta propiedad, mediante algún tipo de ensayo, permitiría estudiar el comportamiento del firme y de la
capa construida, y analizar la posibilidad de su aceptación, penalización o rechazo, de acuerdo a la
calidad obtenida.
Pedro Limón Covarrubias 8
• Para ello, se ha estudiado un procedimiento de control basado en la determinación del módulo resiliente de la
mezcla bituminosa colocada, según las normas NLT-360/91, ASTM D-4123 y la nueva norma Europea, a 20
ºC, UNE-EN 12697-26 ANEXO C.
• Puesto que los ensayos pueden realizarse sobre testigos extraídos del pavimento para el control de
densidades, no supone ninguna actuación suplementaria; además, al ser un ensayo no
destructivo, los testigos extraídos pueden ser utilizados para alguna otra prueba adicional.
Pedro Limón Covarrubias 9
1. Introducción2. Objetivos
3. Estudio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de calidad de una mezcla
bituminosa 4. Evaluación del efecto producido por la falta de
calidad en la ejecución 5. Determinación de criterios para el control de calidad
6. Conclusiones y futuras líneas de investigación
Pedro Limón Covarrubias 10
OBJETIVOS1. Establecer el ensayo de módulo resiliente como un
método de control de calidad de las mezclas bituminosas al momento de su ejecución.
2. Encontrar la relación entre el ensayo de módulo resiliente y el ensayo de fatiga en la ejecución de mezclas
bituminosas.
3. Determinar valores de módulo resiliente para aceptación, penalización, rechazo y estímulo de una mezcla
bituminosa al momento de su ejecución.
Pedro Limón Covarrubias 11
1. Introducción2. Objetivos
3. Estudio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de calidad de una mezcla
bituminosa 4. Evaluación del efecto producido por la falta de
calidad en la ejecución 5. Determinación de criterios para el control de calidad
6. Conclusiones y futuras líneas de investigación
Pedro Limón Covarrubias 12
Plan de trabajo ENSAYO DE MÓDULO
RESILIENTE
Elaboración de probetas
Sensibilidad del ensayo
Extracción de testigos
Estudio de la compacidad
Valores representativos de módulo resiliente por tipo de mezcla
Efecto del módulo en la fatiga de la mezcla
CONCLUSIONES Y PROPUESTAS
Efectos de ejecución deficiente mediante análisis estructural
Estudio del efecto de diferentes
variables
Estudio comparativo probetas-testigos
Pedro Limón Covarrubias 13
Sensibilidad del ensayoComposición de la mezcla:
• Contenido de asfalto• Tipo de asfalto
• Naturaleza y calidad del pétreo• Granulometría
• Tamaño máximo del pétreo
Elaboración de las probetas• Energía de compactación
• Temperatura de compactación• Tipo de compactación• Altura de la probeta
Ejecución del ensayo• Temperatura de ensayo
• Frecuencia de aplicación de carga• Inmersión de probetas en agua
Pedro Limón Covarrubias 14
Sensibilidad del ensayo “Composición” (I)
Efecto del contenido de betún
0
1000
2000
3000
4000
5000
5´5 (1%Menor) 6´5 (Óptimo) 7´5 (1%Mayor)
Contenido de betún (%)
Mó
du
lo r
esil
ien
te (
MP
a)
Pedro Limón Covarrubias 15
Sensibilidad del ensayo “Composición” (II)
Efecto del tipo de Betún
0
1000
2000
3000
4000
5000
PG 58-22 PG 64-22 PG 70-22 PG 76-22 PG 82-22
Tipo de betún
Mó
du
lo r
esil
ien
te (
MP
a)
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Sensibilidad del ensayo “Composición” (III)
Efecto del tipo de Árido
0
1000
2000
3000
4000
5000
Calizo Basalto Granito
Tipo de árido
Mó
du
lo r
esil
ien
te (
MP
a)
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Sensibilidad del ensayo “Elaboración” (I)
Efecto de la energía y temperatura de compactación
0
1000
2000
3000
4000
5000
40ºC menor 20ºC menor Temperaturaóptima
Temperatura de compactación
Mó
du
lo r
esil
ien
te (
MP
a)
35gpc
50 gpc
75 gpc
100 gpc
125gpc
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Sensibilidad del ensayo “Elaboración” (II)
Módulo resiliente vs Densidad
35gpc 50gpc75gpc 100gpc
125gpc
75gpc
50gpc35gpc
2000
2500
3000
3500
4000
2.100 2.150 2.200 2.250 2.300 2.350
Densidad (g/cm3)
Mó
du
lo r
es
ilie
nte
(M
Pa
)
40ºC menor Temp. óptima
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Sensibilidad del ensayo “Ejecución del ensayo” (I)
Efecto de la temperatura de ensayo
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
5ºC 20ºC 40ºC
Temperatura de ensayo
Mó
du
lo r
esil
ien
te (
MP
a)
PG-58
PG-64
PG-70
PG-76
PG-82
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Análisis experimental (I)Composición de la mezcla:• Contenido de asfalto (A)
• El tipo de asfalto (B)• La granulometría (C)
• El tamaño máximo de pétreo (D) • El tipo de pétreo (E)
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Análisis experimental (II)
Gráfico de probabilidad normal
B
AB
C
A0
20
40
60
80
100
-2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000
Valor estimado
Po
rcen
taje
de
pro
bab
ilid
ad
no
rmal
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Análisis experimental (III)Elaboración de la mezcla:• Altura de probeta (A)
• Energía de compactación (B)• Temperatura de compactación (C)
• Tipo de compactación (D)
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Análisis experimental (IV)
Gráfico de probabilidad normal
D A C B
0
20
40
60
80
100
-300 -100 100 300 500 700 900
Valor estimado
Po
rcen
taje
de
pro
bab
ilid
ad
no
rmal
Pedro Limón Covarrubias 24
Análisis experimental (V)
Ejecución del ensayo:• Acondicionamiento de las probetas (A)
• Frecuencia de carga (B)• Temperatura de ensayo (C)
Pedro Limón Covarrubias 25
Análisis experimental (VI)
Gráfico de probabilidad normal
C0
20
40
60
80
100
-12000 -10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000
Valor estimado
Po
rcen
taje
de
pro
bab
ilid
ad
no
rmal
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Análisis de testigos “Obra 3” (I)
0
1000
2000
3000
4000
5000
1.850 1.950 2.050 2.150 2.250 2.350 2.450
DENSIDAD (g/cm3)
MÓ
DU
LO
RE
SIL
IEN
TE
(M
Pa)
TESTIGOS PROBETAS
Pedro Limón Covarrubias 27
Análisis de testigos “Obra 5” (III)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
1.850 1.950 2.050 2.150 2.250 2.350 2.450
DENSIDAD (g/cm3)
MÓ
DU
LO
RE
SIL
IEN
TE
(M
Pa)
TESTIGOS PROBETAS
Pedro Limón Covarrubias 28
Análisis de testigos “Obra 7” (IV)
0
1000
2000
3000
4000
5000
1.850 1.950 2.050 2.150 2.250 2.350 2.450
DENSIDAD (g/cm3)
MÓ
DU
LO
RE
SIL
IEN
TE
(M
Pa)
TESTIGOS PROBETAS
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1. Introducción2. Objetivos
3. Estudio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de calidad de una mezcla
bituminosa 4. Evaluación del efecto producido por la falta de
calidad en la ejecución 5. Determinación de criterios para el control de calidad
6. Conclusiones y futuras líneas de investigación
Pedro Limón Covarrubias 30
Ley de fatiga de probetas fabricadas en laboratorio
Pedro Limón Covarrubias 31
Ley de fatiga de testigos de obra 3
Pedro Limón Covarrubias 32
Ley de fatiga de testigos de obra 5
Pedro Limón Covarrubias 33
Cálculo de la vida del firme (I)
o Tráfico T1: 1999 – 800 vehículos pesados por día.o Explanada: E3
o Módulo de compresibilidad (Ev2): 300 Mpao Coeficiente de Poisson
- mezcla bituminosa: 0,35 - zahorra artificial: 0,40
- explanda: 0,45
Capa Espesor(cm)
Mezcla bituminosa 25
Zahorra artificial 25
Pedro Limón Covarrubias 34
Cálculo de la vida del firme (III)
Vida en millones de ejes equivalentes vs lugar de ejecución de la mezcla
Mr = 3498 MPaMr = 3594 MPa
0
20
40
60
80
100
Probetas de planta Testigos de obra
Probetas vs Testigos
Mil
lon
es d
e ej
es
equ
ival
ente
s
Pedro Limón Covarrubias 35
Cálculo de la vida del firme (IV)
Vida en millones de ejes equivalentes vs lugar de ejecución de la mezcla
Mr = 1170 MPa
Mr = 4827 MPa
0
20
40
60
80
100
Probetas de planta Testigos de obra
Probetas vs Testigos
Mil
lon
es d
e ej
es
equ
ival
ente
s
Pedro Limón Covarrubias 36
1. Introducción2. Objetivos
3. Estudio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de calidad de una mezcla
bituminosa 4. Evaluación del efecto producido por la falta de
calidad en la ejecución 5. Determinación de criterios para el control de calidad
6. Conclusiones y futuras líneas de investigación
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Criterios de control (I)
Porcentaje de compacidad vs Módulo resiliente para las variables de elaboración y composición
0
1000
2000
3000
4000
5000
85 90 95 100
Porcentaje de compacidad (%)
Mó
du
lo r
esil
ien
te (
MP
a)
PG 58-22
PG 64-22
PG 70-22
PG 76-22
PG 82-22
Calizo
Granito
Gran. Inferior
Gran. Superior
TMN 1/2"
TMN 1"
Pedro Limón Covarrubias 38
Criterios de control (II)
Módulo resiliente vs Módulo retenido para las variables de elaboración y composición
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 20 40 60 80 100
Módulo retenido (%)
Mó
du
lo r
esil
ien
te (
MP
a)
PG 58-22
PG 64-22
PG 70-22
PG 76-22
PG 82-22
Calizo
Granito
Gran. Inferior
Gran. Superior
TMN 1/2"
TMN 1"
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Criterios de control (III)
Porcentaje de compacidad vs Módulo retenido para las variables de elaboración y composición
0
20
40
60
80
100
85 90 95 100
Porcentaje de compacidad (%)
Mó
du
lo r
eten
ido
(%
)
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Criterios de control (IV)
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Verificación del control de calidad propuesto (I)
Pedro Limón Covarrubias 42
Verificación del control de calidad propuesto (II)
Control de calidad a partir de valores mínimos de relación entre módulos:
• Bonificación: Obra 3• Aceptación: Obras 2, 4, 8, 10 y 11
• Penalización: Obras 1, 6 y 9• Rechazo: Obras 5 y 7
Control de calidad a partir de valores mínimos de compacidad de acuerdo a Normativa Española:
• Aceptación: Obras 1, 2, 3, 4, 6, 10 y 11• Penalización: Obras 7 y 8
• Rechazo: Obras 5 y 9
Pedro Limón Covarrubias 43
Verificación del control de calidad propuesto (III)
Control de calidad a partir de valores mínimos de compacidad de acuerdo a Normativa Mexicana:• Aceptación: Obras 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 10 y 11
• No aceptación (*): Obras 5 y 9
(*) No se menciona “Penalización” porque la actual Normativa Mexicana no considera este concepto cuando una mezcla
bituminosa no alcanza los valores mínimos establecidos de porcentaje de compacidad.
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1. Introducción2. Objetivos
3. Control de calidad de mezclas bituminosas4. El módulo resiliente en mezclas bituminosas
5. Estudio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de calidad de una mezcla
bituminosa 6. Evaluación del efecto producido por la falta de
calidad en la ejecución 7. Determinación de criterios para el control de calidad
8. Conclusiones y futuras líneas de investigación
Pedro Limón Covarrubias 45
Conclusiones
1.- La determinación del módulo resiliente de las mezclas bituminosas permite determinar un parámetro relacionado con su cohesión. El módulo depende de la granulometría de la mezcla y de su compacidad, del tipo de pétreo y del tipo
y contenido de asfalto, siendo estos factores los que determinan la calidad de la mezcla.
2.- El ensayo para la determinación del módulo resiliente, a 20 °C, es suficientemente sensible para detectar variaciones
en el módulo de las mezclas cuando se modifican las proporciones de sus componentes.
Pedro Limón Covarrubias 46
Conclusiones (II)
3.- Con respecto a las condiciones de ejecución, se ha evaluado el efecto de una compactación a bajas
temperaturas, habiéndose observado que en esas condiciones, es posible conseguir una adecuada compacidad,
aumentando suficientemente la energía de compactación, pero provocando a su vez una importante disminución en el
valor de módulo resiliente, lo que supone una reducción de la calidad de la mezcla.
4.- Los resultados obtenidos sobre testigos obtenidos de las diferentes obras analizadas han demostrado que el módulo resiliente está relacionado con la compacidad de la mezcla, permitiendo de este modo conocer la calidad de una mezcla
no sólo a través de sus propiedades volumétricas, sino también de sus propiedades mecánicas. Por ello, el actual método de control debe ser complementado con un ensayo que evalúe alguna propiedad mecánica, como es el módulo
resiliente.
Pedro Limón Covarrubias 47
Conclusiones (III)5.- El módulo resiliente está relacionado con la resistencia a fatiga de la mezcla. A partir de los módulos y de las leyes de
fatiga obtenidas sobre testigos, y bajo determinadas hipótesis de cálculo, ha sido posible evaluar el efecto
producido por la disminución del módulo en la vida del firme.
6.- Es posible mejorar el control de calidad habitualmente empleado, mediante el ensayo de módulo resiliente, ya que
el actual parámetro de control de calidad, la densidad de referencia, no otorga una información concreta sobre el comportamiento de una mezcla asfáltica después de su
colocación y compactación.
Pedro Limón Covarrubias 48
Líneas futuras de investigación 1.- Realizar un análisis más detallado del efecto de las
variables de composición de las mezclas bituminosas sobre el módulo resiliente, ya que sólo se han estudiado betunes y
áridos de la Republica Mexicana.
2.- Llevar a cabo un estudio más amplio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de la ejecución de las mezclas bituminosas a través de los criterios propuestos para comprobar si los rangos establecidos en este estudio
son los adecuados para aceptar o rechazar una obra, ya que hasta el momento sólo se han estudiado mezclas utilizadas
en la Republica Mexicana.
3.- Corroborar con mayor número de mezclas, tanto de laboratorio como de campo, la relación entre el módulo
resiliente y el desempeño a fatiga, especialmente a distintas temperaturas.
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Gracias por su atención!