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COMPARACIÓN DEL ESFUERZO DE TRACCIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CON
RAP A TRAVÉS DE LOS ENSAYOS ITS (TENSIÓN INDIRECTA) Y SCB (VIGA
SEMI-CIRCULAR)
Carlos Rodolfo Marín UribeGuillermo Thenoux Zeballos
INTRODUCCIÓN
Una de las alternativas para cumplir con este objetivo es la utilización del material reciclado de pavimentos asfálticos (RAP) .
http://www.fhwa.dot.gov/publications/publicroads/05jan/images/boll1.jpgconsultado: noviembre 2013)
http://www.wolfpaving.com/blog/?Tag=recycled%20asphalt (consultado: noviembre 2013)
Debido al creciente número de proyectos de rehabilitación de pavimentos a través del
reciclado, el material obtenido (RAP) se está acumulando día a día.
Tipo de pavimento a nivel mundial
Tipo de pavimento en Chile
RAP
AhorroEconómico
Beneficiosambientales
Cualidadestécnicas
Reducción agregados vírgenes Reducción ligante asfáltico Conservación de energía
Costos de transporte más bajos
Preservación de fuentes Disminución desperdicios de
construcción
Buenas características mecánicas y de calidad
Las mezclas asfálticas preparadas con diferentes porcentajes de RAP, tienden a mostrar generalmente mayor estabilidad Marshall o rigidez, por lo cual se recomienda caracterizar y estudiar estas mezclas a través de su módulo o ensayos de fatiga.
Deformación permanente
Fisuración por fatiga
Fisuración por baja temperatura
Están íntimamente
relacionadas con la resistencia a la
tracción de las mezclas
asfálticas
La resistencia a la tracción es una propiedad importante de evaluar en mezclas asfálticas, en particular en “condiciones de relativa baja temperatura y/o altas velocidades de carga y/o envejecimiento”, ya que ante estas condiciones el comportamiento mecánico de dichas mezclas es principalmente elástico y no visco-elástico.
et
Diferentes geometrías de los ensayos desarrollados para determinar las propiedades de fractura de las
mezclas asfálticas
Ensayo de tracción indirecta Ensayo de viga semi-circular
No es deseable la deformación permanente debajo de la zona de carga.
Solamente se pueden realizar los ensayos de esfuerzo controlado.
Problemáticas asociadas al ensayo ITS
No obstante, en el proceso de diseño de mezcla es conveniente realizar ensayos mecánicos relativamente más simples. Tradicionalmente, se ha utilizado el ensayo ITS para caracterizar las propiedades mecánicas de mezclas asfálticas.
La distribución de las deformaciones en el medio de la probeta no es uniforme.
El estado de esfuerzos bajo carga durante el ensayo diametral es complejo y no corresponde a una representación del estado de esfuerzos en la estructura del pavimento.
Altos esfuerzos en los soportes del equipo de ensayo puede ocasionar una falla localizada.
Esfuerzo horizontal; eje-y
Esfuerzo vertical; eje-y
Esfuerzo horizontal; eje-x
Esfuerzo vertical; eje-x
y
x
Tensión Compresión
Tensión
Compresión
t
c
OBJETIVO DEL ESTUDIO
Realizar una comparación del esfuerzo de tracción de mezclas asfálticas en caliente con RAP a través de los ensayos ITS y SCB
Se pretende que el procedimiento desarrollado en este estudio sea una herramienta útil para la evaluación de la resistencia a la tracción de las mezclas asfálticas con RAP; lo que permite complementar las metodologías de diseño de un pavimento.
Placa superior
Placa inferior
Carga
100 mm
Anillo de carga
F
50 mm
80 mm
100 mm
Estructura granulométrica
(2 estructuras)
Ligante asfáltico y emulsión asfáltica
(3 porcentajes de ligante)
Agregados vírgenes
RAP
Mezclas control(Sin RAP)
Mezcla con adiciones de RAP (%)
25, 50, 70, 100
Mezclas preparadasMétodo Marshall
Mezcla: 145-155 °CCompactación: 130 °C
Análisis volumétrico ITS (20, 10, 0 °C)SCB (20, 10, 0 °C)
Tamiz N° Abertura (mm)
Granulometrías
IV-A-12 Superpave
Semidensa Densa
(Vialidad) ARZ
3/4" 19 100 1001/2" 12.5 87.5 983/8" 9.5 77.5 89
4 4.75 50.5 708 2.36 35 5516 1.18 26 4030 0.6 18.5 2850 0.3 12.5 20100 0.15 9 13200 0.075 6 8
Agregados vírgenesAgregados RAP
Probetas compactadas de mezclas asfáltica en caliente (asfalto
CA-24)
Probetas compactadas de mezclas asfáltica en
frío(emulsión CSS 1-h)
0, 25, 50 % RAP 50, 70, 100 % RAP
20
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.00.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0
10.011.012.013.0
19 Deformación mm.
Carg
a kN
Granulometría IV-A-12Porcentaje RAP 25%Porcentaje de CA 5.5%Temperatura de ensayo 20 °C
GradaciónContenido de asfalto
(%)
Contenido de RAP (%)
0
25
50
ARZ
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
5.5 7.42 2.81 2.64 7.15 2.42 2.95 7.44 2.57 2.896.0 8.02 2.60 3.09 7.57 2.53 2.99 8.16 2.77 2.956.5 7.91 2.58 3.07 7.99 2.42 3.30 8.97 2.66 3.37
Promedio 2.93 Promedio= 3.08 Promedio= 3.07
GradaciónContenido de asfalto
(%)
Contenido de RAP (%)
0
25
50
ARZ
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
5.5 9.84 3.46 2.84 8.48 3.23 2.63 7.71 3.18 2.426.0 10.73 3.34 3.22 10.05 3.21 3.13 8.83 3.11 2.846.5 12.04 3.31 3.64 11.12 3.42 3.25 10.35 4.20 2.47
Promedio 3.23 Promedio= 3.00 Promedio= 2.58
20 °C
10 °C
0 °C
Promedio total (SCB/ITS)
3.7
Promedio total (SCB/ITS)
3.0
Promedio total (SCB/ITS)
2.9
Gradación Contenido de asfalto (%)
Contenido de RAP (%)
0
25
50
ARZ
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
5.5 4.46 1.34 3.33 4.87 1.22 3.99 4.74 1.34 3.546.0 4.43 1.18 3.74 4.68 1.20 3.90 5.12 1.35 3.806.5 3.83 1.06 3.62 4.26 1.12 3.80 5.03 1.43 3.53
Promedio 4.24 1.19 3.56 4.61 1.18 3.90 4.96 1.37 3.62
Gradación Contenido de asfalto (%)
Contenido de RAP (%)
0
25
50
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
IV-A-12 5.5 3.62 0.75 4.84 4.54 1.19 3.83 5.39 1.33 4.05 6.0 3.30 0.77 4.29 4.35 1.17 3.71 4.93 1.28 3.84 6.5 2.95 0.72 4.10 4.23 1.04 4.08 5.18 1.19 4.33
Promedio 4.41 Promedio= 3.88 Promedio= 4.08
GradaciónContenido de asfalto
(%)
Contenido de RAP (%)
0
25
50
IV-A-12
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
5.5 10.28 2.75 3.73 9.08 3.44 2.64 8.13 3.24 2.516.0 10.12 3.13 3.24 10.57 3.23 3.27 8.07 2.99 2.706.5 10.25 3.21 3.19 11.49 3.34 3.44 10.27 3.10 3.31
Promedio 3.39 Promedio= 3.11 Promedio= 2.84
20 °C
10 °C
0 °C
Promedio total (SCB/ITS)
4.1
Promedio total (SCB/ITS)
3.4
Promedio total (SCB/ITS)
3.1
GradaciónContenido de asfalto
(%)
Contenido de RAP (%)
0
25
50
IV-A-12
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
SCB ITS Relacion (SCB/ITS)
5.5 6.67 1.84 3.64 7.86 2.51 3.13 8.04 2.65 3.036.0 6.82 1.78 3.83 8.29 2.62 3.16 7.95 2.69 2.966.5 7.10 1.72 4.12 8.63 2.41 3.58 8.45 2.53 3.33
Promedio 3.86 Promedio= 3.29 Promedio= 3.11
4 6 8 10 12 14 16 18 20 220.002.004.006.008.00
10.0012.0014.00
ARZ
5.5 % CA6.0% CA6.5% CA
Temperatura (°C)
Resi
sten
cia
trac
ción
SCB
(N
/mm
2)
0 5 10 15 20 250.002.004.006.008.00
10.0012.00
IV-A-12
5.5% CA6.0% CA6.5% CA
Temperatura (°C)
Resi
sten
cia
trac
ción
SCB
(N
/mm
2)
0% RAP
0 5 10 15 20 250.002.004.006.008.00
10.0012.00
ARZ
5.5 % CA6.0% CA6.5% CA
Temperatura (°C)Re
sist
enci
a tr
acci
ón S
CB
(N/m
m2)
0 5 10 15 20 250.002.004.006.008.00
10.0012.0014.00
IV-A-12
5.5% CA6.0% CA6.5% CA
Temperatura (°C)
Resi
sten
cia
trac
ción
SCB
(N
/mm
2)
25% RAP
0 5 10 15 20 250.002.004.006.008.00
10.0012.0014.00
ARZ
5.5 % CA6.0% CA6.5% CA
Temperatura (°C)
Resi
sten
cia
trac
ción
SCB
(N
/mm
2)
4 6 8 10 12 14 16 18 20 220.002.004.006.008.00
10.0012.00
IV-A-12
5.5% CA6.0% CA6.5% CA
Temperatura (°C)
Resi
sten
cia
trac
ción
SCB
(N
/mm
2)
50% RAP
1. El trabajo muestra que la resistencia a la tracción de las mezclas asfálticas aumenta con el incremento del contenido de RAP.
CONCLUSIONES
3. El rango de valor promedio general de la relación de los valores de resistencia SCB/ITS oscila entre 3.0 - 4.0, por lo que hace que sus resultados sean comparables y convertibles.
2. Las resistencias a la tracción de los ensayos ITS y SCB fueron diferentes debido a sus distintos estados de esfuerzos bajo la carga. Siempre se obtuvieron valores mayores de resistencia a la tracción en el ensayo SCB comparado con el ITS.
4. La configuración de viga semi-circular es una herramienta potencialmente efectiva para caracterizar la resistencia a la tracción de las mezclas asfálticas con inclusión de RAP con una buena repetibilidad.
5. Complementar el estudio a través de:
Mecánica de fractura Envejecimiento de la mezcla asfáltica Otros porcentajes de CA y temperaturas Analizar los efectos del %RAP, % asfalto y °T Otra configuración de tamaño de probeta
°T GranulometríaARZ IV-A-12
20 3.7 4.1
10 3.0 3.4
0 2.9 3.1
GRACIASCarlos Rodolfo Marín Uribe