EVALUACIÓN DE LA RIGIDEZ A LARGO PLAZO DE MEZCLAS ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO

Y CEMENTO

Autores:Fernando Paniagua (*)Felipe Halles (**)Guillermo Thenoux (*)Alvaro González (***)

(*) Pontificia Universidad Católica de Chile(**) Ingeniería de Caminos TSP Chile(***) Universidad del Desarrollo, Chile.

• Antecedentes– Composición mezcla– Diseño Estructural – Evolución de la rigidez– Susceptibilidad a la humedad y proceso de curado– Impacto en comportamiento estructural

• Experimentos en Laboratorio y Terreno– Seguimiento, simulación y análisis del proceso curado– Modelación de la evolución de la rigidez en el largo plazo

• Conclusiones

Contenido de la Presentación

Información que aquí se presenta es parte de la investigación de doctorado llevada a cabo por Felipe Halles en la P. Universidad Católica de Chile.

Antecedentes Generales – Composición Mezcla

• A la fecha, aun no existe una metodología de diseño estructural confiable y de consenso para este tipo de mezclas.

• La rigidez de las mezclas con asfalto espumado es un input clave para el diseño estructural de la carpeta de rodado y la subrasante.

• Aunque no seamos aun capaces de diseñar estructuralmente la capa con asfalto espumado, debemos ser capaces de definir la rigidez de estas mezclas.

Base Estabilizada con Asfalto Espumado

Subrasante

CA

Antecedentes Generales – Diseño Estructural

Antecedentes – Evolución de la rigidez de mezclas con AE

Probeta curada por 72 hrs a 40 °C Horno con circulación de aire forzado

Representa a mezcla que tiene +6 meses desde construcción

Valor equivalente al módulo del material granular sin agentes estabilizantes

Largo Plazo

???Corto y Mediano Plazo

Este período representa el 80-90% de la vida útil de estas estructuras

Antecedentes – Evolución de la rigidez de mezclas con AE

ex1

ev1 Probetas curadas por 72 hrs a 40 °C

Antecedentes – Evolución de la rigidez de mezclas con AE

> ex1

> ev1

ex2

ev2

Pérdida de Capacidad de Disipación de Energía

Antecedentes – Evolución de la rigidez de mezclas con AE

Objetivos

• Discutir respecto de las variables que afectan la resistencia/rigidez de mezclas estabilizadas con Asfalto Espumado en el largo plazo

• Cuantificar la evolución de la rigidez en el largo plazo

Antecedentes Generales – Evolución Rigidez

 

(Loizos, 2007)

ResultadoAumento progresivo de la rigidez en el tiempo. Constante luego de 12

mesesAsociado a pérdida de la humedad dentro del material (Bowering; Fu et al)

 

(Long, 2001)

Antecedentes Generales – Evolución Rigidez

Resultado Deterioro progresivo de la rigidez debido a las cargas de tránsito

• Ambos pavimentos sometidos a cargas de tránsito durante el período de análisis.

• Cual es la razón por la cual el comportamiento de ambos pavimentos fue tan diferente?

Rigidez de las mezclas con AE en Largo Plazo. Antecedentes

SR

Rigidez de las mezclas con AE en Largo Plazo. Antecedentes

Microestructura de la mezcla con AE

Rigidez de las mezclas con AE en Largo Plazo. Análisis

Load

The bonds deforms as load increases

Some of the bonds fail as the load keeps increasing

Load

Load

and so on…

Concepto de “Endurance Límit”: Si el material es afectado por tensiones/deformaciones menores a un valor determinado, entonces no presentará deterioro asociado a fatiga por cargas cíclicas.

Resultados de ensayos en laboratorio en probetas de 150 mm de diámetro y 65 mm de alto

Modelación Evolución de la Rigidez en el Largo Plazo

SR = 20%

ITFT: Indirect Tensile Fatigue Test. Samples of 150 mm diameter and 65 mm high (SGC)

Modelación Evolución de la Rigidez en el Largo Plazo. Laboratorio

Maximum Size 19 mm

Material Passing #200 sieve (0.075 mm) 6%

Material Passing #40 sieve (0.425 mm) 13%

Material Passing #4 sieve (4.75 mm) 46%

Crushed/Fractured Particles 100%

Plasticity Index of fines particles Non Plastic

Optimum Moisture Content by Modified AASHTO T180 6.3%

Maximum Density as determined by AASHTO T180 2187 kg/m3

Modelación Evolución de la Rigidez en el Largo Plazo. Laboratorio

• Si capa AE está en un estado de tensiones cercano a SR = 20%, la rigidez se mantendrá cercana a su valor inicial.• A medida que el SR de la capa aumenta, la tasa de cambio de la rigidez aumentará• Si SR > 50%, la rigidez tiende a cero, lo que significa que el Módulo de la capa será

similar al del material granular recuperado sin aditivos

Modelación Evolución de la Rigidez en el Largo Plazo. Resultados

Modelación Evolución de la Rigidez en el Largo Plazo. Resultados

• Si SR > 40%, las mezclas con 2% cemento se desempeñarán peor que la mezcla con 1% cemento mezcla más frágil

Principales Conclusiones

En el largo plazo, la rigidez de la mezcla con AE variará según el estado de tensiones al cual se vea afectado. A mayor Stress Ratio (SR), mayor será la tasa de disminución de la rigidez.

De acuerdo a los resultados obtenidos, un valor de SR igual a 20% permitirá que la mezcla mantenga una rigidez en el tiempo dentro de un rango entre 80 y 90% de la rigidez inicial.

Si el SR llega a valores cercanos a 50%, entonces la mezcla “colapsará” rápidamente frente a los ciclos de carga, reduciendo su rigidez a un valor cercano al que posee el material granular sin agentes estabilizantes.

Preguntas

Agradecimientos

Contacto:Felipe Halles. Gerente TécnicoTSP Chile – Grupo StaRCfhalles@tspchile.cl; www.tspchile.cl

• Pengcheng Fu, University of California Pavement Research Center• Dave Jones, University of California Pavement Research Center• John Harvey, University of California Pavement Research Center• Kim Jenkins, University of Stellenbosch

Modelación Evolución de la Rigidez en el Largo Plazo. Resultados