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@lgloria27

Ing. Luis Guillermo Loría Salazar, MSc, PhD

APLICACIÓN PRÁCTICA DEL ENSAYO DE MÓDULO DINÁMICO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN EL DISEÑO

DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

M ó d u l o D i n á m i c o E *

Capacidad mecánica de un material

asfáltico función de la velocidad de

aplicación de la carga y de la

temperatura.

Relación esfuerzo-deformación bajo una carga sinusoidal continua

Módulo Dinámico E*

Car

ga

Tiempo

Carga

Carga

Matemáticamente:

Módulo Dinámico E*D

efor

mac

ión

Tiempo

휀𝑝

휀𝑟

También puede ser definida como la razón de la amplitud del esfuerzo sinusoidal

en un tiempo dado (t) y la frecuencia angular de la carga (ω).

Módulo Dinámico E*

𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 − 𝛿)휀𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡)𝜎𝛿

𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

S O B R E E L E N S A Y O

Especímenes

Procedimiento de preparación de acuerdo a

ASTM D1560 o D3387.

4000 g de mezcla bituminosa

Especímenes de dimensiones 1:2

100 mm de diámetro por 200 mm de altura.

Compactación y Extracción

Proceso de compactación Extracción de núcleos

Frecuencias: 25, 10, 5, 1, 0.5 y 0.1 Hz

Temperaturas: 14, 40, 70, 100 y 130°F

Carga aplicada debe producir un esfuerzo de10 a 100 psi (14 - 70°F) y de 2 a 10 psi (100 -130°F).

Ciclos de carga: a 25 y 10 Hz se aplican 200ciclos, a 5 Hz 100 ciclos, a 1 Hz 20 ciclos, a 0.5Hz 15 ciclos y a 0.1 Hz 15 ciclos.

Condiciones de ensayo

Condiciones de ensayo

Las condiciones de ensayo pueden

ser sujetas a modificaciones por

las características del proyecto

Descripción del ensayo

Un espécimen de mezcla asfáltica en caliente a cierta temperatura es

sometida a un esfuerzo sinusoidal controlado de diferentes frecuencias.

El esfuerzo es aplicado y sus deformaciones axiales resultantes son

medidas en función del tiempo, lo que permite calcular el modulo dinámico

y el angulo de fase.

S a l i d a d e l

e q u i p o

Procesamiento de datos E

* (M

Pa)

Frecuencia (Hz)

T= -10,0 °C

T= 4,4 °C

T= 21,1 °C

T= 37,8 °C

T= 54,4 °C

Caracterización de materiales

Módulo dinámico para mezcla asfáltica

16

Análisis de datos: Curva Maestra

Ecuación Sigmoidal de Mezcla Asfáltica

|E*| = Módulo dinámico, psi

α, β, δ, γ = Parámetros de ajuste

fr = Frecuencia reducida, Hz

10

100

1000

10000

100000

1.0E-07 1.0E-04 1.0E-01 1.0E+02 1.0E+05 1.0E+08E

* (M

Pa

)ω red (Hz)

Análisis de datos

MEPDG factor cambiante Polinomio de segundo orden

Donde:

fr = Frecuencia reducida f = Frecuencia de carga

c = Parámetro de ajuste η = Viscosidad del ligante

TR = Temperatura de referencia T = Temperatura del ensayo

ηTR = Viscosidad del ligante a a1, a2 = Parámetros de ajuste

la temperatura de referencia

Interfaz para módulo dinámico

El valor del módulo de rigidez de la mezcla asfáltica es dependiente de la temperatura y de la frecuencia deaplicación de la carga, es por esto que se le da el nombre de módulo dinámico (|E*|). Esta dependencia estáasociada al comportamiento viscoelástico delligante que compone la mezcla.

Esta interfaz construye la curva

maestra de módulo dinámico de la mezcla y del asfalto a partir

de datos de

laboratorio.19

A P L I C A C I Ó N E N E L D I S E Ñ O

El módulo de la mezcla asfáltica es en uno de los principales parámetros

de diseño.

Diseño de pavimentos

Tránsito Clima Materiales

Aplicando criterios Mecanístico-Empírico

Clima Materiales

Carga

DesempeñoAcumulación de daño Respuesta

Diseño de pavimentos

CR-ME

C R - M E

C R - M E

Propiedades mecánicas

Correlaciones

Nano y Micro

Meso

Laboratorio

Real

Escalas de Diseño

M A T E R I A L E S C R - M E

C O R R E L A C I O N E S

Modelo de Witczak 1-37 y 1-40D

Modelo de Hirsch

Modelo de Alkhateeb

Modelo Huet-Sayegh

Modelo 2S2P1D

Redes Neurales Artificiales

C O R R E L A C I O N E S

Capacidad Mecánica

Módulo de Diseño

E*

Módulo Dinámico

AASHTO TP 79

P R O P I E D A D E S M E C Á N I C A S

Módulo Resiliente a

Tensión Diametral

Capacidad Mecánica

Módulo de Diseño

E*

O bien

P R O P I E D A D E S M E C Á N I C A S

V A L O R E S D E D I S E Ñ O

V = 60 km / hr f = 10 Hz

T = 0 C21 C60 C

E*=1 410 000 psi

1

10

100

1.000

10.000

1,E-10 1,E-08 1,E-06 1,E-04 1,E-02 1,E+00 1,E+02 1,E+04 1,E+06

Dyn

amic

Mo

du

lus

|E*|

, ksi

Frequency, Hz

|E*| at Reference Temp |E*| at selected temp

V A L O R E S D E D I S E Ñ O

V = 60 km / hr f = 10 Hz

T = 0 C21 C60 C

E*=370 000 psi

1

10

100

1.000

10.000

1,E-08 1,E-06 1,E-04 1,E-02 1,E+00 1,E+02 1,E+04 1,E+06

Dyn

amic

Mo

du

lus

|E*|

, ksi

Frequency, Hz

|E*| at Reference Temp |E*| at selected temp

V A L O R E S D E D I S E Ñ O

V = 60 km / hr f = 10 Hz

T = 0 C21 C60 C

E*=22 600 psi

1

10

100

1.000

10.000

1,E-07 1,E-05 1,E-03 1,E-01 1,E+01 1,E+03 1,E+05 1,E+07 1,E+09 1,E+11

Dyn

amic

Mo

du

lus

|E*|

, ksi

Frequency, Hz

|E*| at Reference Temp |E*| at selected temp

V A L O R E S D E D I S E Ñ O

V A L O R E S D E D I S E Ñ O :

C A L C U L O

Módulo Dinámico

Base Granular20 000 psi

SR = 8000 psi

log(N) = 15.947 – 3.291 log(r) – 0.854 log(E)

N = 325 000 ESALs

E*=1 410 000 psi

V A L O R E S D E D I S E Ñ O :

C A L C U L O

Módulo Dinámico

Base Granular20 000 psi

SR = 8000 psi

log(N) = 15.947 – 3.291 log(r) – 0.854 log(E)

N = 20 200 ESALs

E*= 370 000 psi

V A L O R E S D E D I S E Ñ O :

C A L C U L O

Módulo Dinámico

Base Granular20 000 psi

SR = 8000 psi

log(N) = 15.947 – 3.291 log(r) – 0.854 log(E)

N = 1 700 ESALs

E*= 22 600 psi

D E S E M P E Ñ O D E L A M E Z C L A A S F Á L T I C A

Métodos Fundamentales:

Propiedades fundamentales

- Diseño Mecanicista y Empírico-

Mecanicista

- Predicción de desempeño

Métodos Empíricos:

Propiedades empíricos

- Correlaciones de desempeño

- Especificaciones puntuales

- Herramienta de diseño

Análisis de Desempeño

Variabilidad de los materiales.

CONSIDERACIONES IMPORTANTES

Reproducibilidad y repetividad de los ensayos.

Practicidad del ensayo.

Tipo de especímenes.

Preparación de los materiales.

Métodos de compactación.

Temperaturas de ensayo.

Modos de falla.

Niveles de esfuerzo y deformación.

Análisis de Desempeño

❖ Predecir la susceptibilidad o resistencia del

material ante los principales tipos de deterioro.

❖ Análisis forense.

❖ Proveer de datos de entrada modelos de

respuesta del pavimento.

¿Para qué sirven los Ensayos

de Desempeño?

Agrietamiento por Fatiga

Análisis de Desempeño

Agrietamiento por fatiga: Desempeño en el laboratorio

Análisis de Desempeño

A p l i c a c i o n e s

Funciones de transferencia (Viga a flexión AASHTO T 321)

- Modelo de Finn

- UCR

- DOT Illinois

- Transport and Road Research Laboratory, England

- Instituto del Asflato

-Método de la Shell

Deformación Permanente

Análisis de Desempeño

Deformación permanente: Desempeño en el laboratorio

Análisis de Desempeño

A p l i c a c i o n e s

Diseño y análisis de los ensayos fundamentales de

ahuellamiento

-Modelos empíricos de regresión.

-Modelos de leyes de deformación plástica.

-Ecuaciones funcionales basadas en pruebas de

laboratorio.

Mas reconocidos:

-Shell

- FHWAVESYS

Daño Por Humedad

Análisis de Desempeño

Daño por humedad: Desempeño en el laboratorio

Análisis de Desempeño

E n s a y o s A c e l e r a d o s A P T

Es un experimento que permite

reproducir de manera acelerada el

efecto de los vehículos

sobre las estructuras de pavimento

¿Qué es un ensayo acelerado?

Desarrollo y calibración de

modelos de respuesta y

desempeño de Pavimentos.❖ Modelos de Respuesta Mecanística

para varios escenarios: Humedad,

temperatura, cargas (esfuerzo y

deformación)

❖ Desarrollo de modelos Empíricos

para calibración de

❖ campo

Objetivos

❖ Evaluar nuevos materiales

❖ Comparar distintas técnicas.

❖ Identificación de

deficiencias en las prácticas

constructivas

Además permite…

Ensayos Acelerados

Particularidades de los ensayos acelerados

Ensayos Acelerados

Particularidades de los ensayos acelerados

Ensayos Acelerados

Calibración de ensayos de desempeño con Ensayos Acelerados (APT)

Ensayos Acelerados

Funciones de transferencia para Costa Rica

Modelo de predicción de deformación permanente

Ensayos Acelerados

Funciones de transferencia para Costa Rica

Modelo de predicción de agrietamiento por fatiga

MUCHAS GRACIAS

Luis Guillermo Loría Salazar, Ph.D.

Coordinador General del Programa de Infraestructura del Transporte

PITRA-LanammeUCR

luis.loriasalazar@ucr.ac.cr