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Mezclas SMA Sostenibles y Medioambientalmente

Comportamiento mecánico de las mezclas bituminosas SMA y de las mezclas X-SMA

Medioambientalmente Amigables

Madrid, 3 Octubre de 2013

Félix E. Pérez Jiménez

Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech

Departamento Infraestructura del Transporte y del Territorio

ObjetivoObjetivo

Estudiar el comportamiento mecánico de las mezclas

SMA convencionales

Estudiar el comportamiento mecánico de mezclas Estudiar el comportamiento mecánico de mezclas

diseñadas con un propósito específico siguiendo la

filosofía de las mezclas SMA


Contenido ponenciaContenido ponencia

Mostrar el mejor comportamiento mecánico de las

mezclas SMA y XSMA

Mejoras de los ensayos y procesos de medida

Variación térmica de las propiedades de las mezclas

SMA y XSMASMA y XSMA


Características y comportamiento Características y comportamiento mecánico de las mezclas SMA y XSMAmecánico de las mezclas SMA y XSMAmecánico de las mezclas SMA y XSMAmecánico de las mezclas SMA y XSMACaracterísticasCaracterísticasCaracterísticasCaracterísticas

Mezclas con una granulometría con elevados huecos y alto

rozamiento

Mezclas con un alto contenido de betún

Uso, a veces, de fibras y betunes modificados

ComportamientoComportamientoComportamientoComportamientoComportamientoComportamientoComportamientoComportamiento

Presentan una mejor resistencia a la acción del agua

Mezclas dúctiles y tenaces. Resistentes a la fisuración

Mezclas resistentes a las deformaciones plásticas


Ensayos de caracterizaciónEnsayos de caracterización

Resistencia a Tracción Indirecta (sensibilidad al agua)

Ensayo Fénix (ductilidad y resistencia a la fisuración)

Método CEDEX (resist. a la propagación de fisuras)

Ensayo de fatiga en 4 puntos (fisuración por fatiga)

Ensayo de rodadura (resistencia a la deformaciones

plásticas)


MezclasMezclas

Mezcla SMA11 BM3cSMA 16 BC

35/50AC16S B50/70 XSMA11 NFU

XSMA16 Alto % Betún

XSMA11 Alto % Huecos

Granulometría SMA 11 SMA 16 AC16 S SMA 11 SMA 16 SMA 11

Ligante BM3c BC 35/50 B 50/60 B35/50 BM3c BM3c

Árido Grueso Ofita Calizo Silíceo Ofita Milonita Ofita

Huecos en mezcla (%)

4,4 4.9 5,0 2,9 3,0 12,8

Contenido betún/mezcla

(%)5,7 5.7 4,8 5,7 8,3 5,7


(%)Fibras de celulosa

/mezcla (%)0,3 0,8 0,5

Contenido NFU vía seca/mezcla

(%)0.5

Resistencia a tracción indirecta y Resistencia a tracción indirecta y sensibilidad al agua sensibilidad al agua sensibilidad al agua sensibilidad al agua

Resistencia a tracción indirecta a 15ºC

Resistencia conservada (%)

SMA11 BM3c 1.6 88

SMA 16 BC 35/50 1.7 86

XSMA11 NFU 2.6 82

XSMA16 Alto %



1.5 95


1.5 95

Ensayo Fénix. Ductilidad y resistencia a la Ensayo Fénix. Ductilidad y resistencia a la fisuración.fisuración.fisuración.fisuración.

F

F

F

A

WG =

m

F

IRT∆

⋅

=max2

1

20ºC y 1 mm/min


Ensayo Fénix. Ductilidad y resistencia a la Ensayo Fénix. Ductilidad y resistencia a la fisuración.fisuración.fisuración.fisuración.


Método CEDEX. Resistencia a la Método CEDEX. Resistencia a la propagación de fisuras.propagación de fisuras.

Fisuración ensayo CEDEX

1

1,5

2

2,5

3

Fu

erz

a,

kN SMA 11 2A+B

SMA11 3A+B

SMA 16 4A+B

SMA 16 5A+B


0

0,5

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

desplazamiento, mm

Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 puntos (UNE EN 12697puntos (UNE EN 12697--24)24)

20ºC y 30 Hz


Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 puntos (UNE EN 12697puntos (UNE EN 12697--24)24)puntos (UNE EN 12697puntos (UNE EN 12697--24)24)

Mezcla Módulo inicial promedio (MPa) a b r2 ε6 (10-6)

SMA11 BM3c 5416 0.0007 0.073 0.66 255

AC16S B50/70 10600 0.0008 0.122 0.85 148

XSMA11 NFU 9540 0.0014 0.141 0.93 200

XSMA16 Alto % Betún 3727 0.0014 0.104 0.9 333

XSMA11 Alto % Huecos 3220 0.0012 0.101 0.89 297


Resistencia a las deformaciones plásticas Resistencia a las deformaciones plásticas UNE EN 12697UNE EN 12697--2222UNE EN 12697UNE EN 12697--2222

RD (mm) - Ciclos

2

3

4

RD

(m

m)

Muestra Nº1 Muestra Nº2 Media

SMA 16 BC 35/50 XSMA 16 BM3c Alto % Huecos


0

1

2

0 2000 4000 6000 8000 10000Ciclos

RD

(m

m)

Resistencia a las deformaciones plásticas Resistencia a las deformaciones plásticas UNE EN 12697UNE EN 12697--2222UNE EN 12697UNE EN 12697--2222

RD (mm) PRD (%) WTSAIRE

SMA11 BM3c 0.37 0.93 0.035

SMA 16 BC 35/50

2.06 3.40 0.042

XSMA11 NFU 0.98 2.46 0.025

XSMA16 Alto %



0.86 1.40 0.023


1.93 4.83 0.056

Mejora de los procesos de medidaMejora de los procesos de medida

Falso fallo del ensayo de fatiga (criterio 50%)

Leyes de fatiga (criterio 50% / criterio 30%)

Ensayo EBADE



10

100

1000

De

form

aci

ón

(1

0-6

)

Leyes de fatiga con diferentes criterios de fallo

50%

30%

Ley 50%


1

1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08 1,0E+09

De

form

aci

ón

(1

0

Ciclos hasta fallo (según criterio establecido)

Ley 50%

Ley 30%

Ensayo de Barrido de Deformaciones Ensayo de Barrido de Deformaciones (EBADE)(EBADE)

20ºC y 10 Hz

...


......

...x 5.000x 5.000

x 5.000

Ensayo EBADEEnsayo EBADE


EBADE vs Fatiga en 4 puntosEBADE vs Fatiga en 4 puntos

Fatiga en 4 puntos EBADE

MezclaMódulo inicial

(MPa)ε6 (10-6)

Módulo Inicial (MPa)

εF (10-6)

SMA11 BM3c 5416 255 5834 683AC16S B50/70 10600 148 11510 255XSMA11 NFU 9540 200 11513 321

XSMA16 Alto % Betún 3727 333 5797 966


XSMA16 Alto % Betún 3727 333 5797 966XSMA11 Alto %

Huecos3220 297 4111 719

Ensayo más corto y práctico, que permite una caracterización más acorde con

la respuesta de la mezcla

Variación térmica de las propiedadesVariación térmica de las propiedades

Ensayo Fénix y EBADE a 20, 5, Ensayo Fénix y EBADE a 20, 5, --5 y 5 y --15ºC15ºC

La diferencia de comportamiento de las mezclas SMA

y convencionales es notable a temperaturas medias.

A medida que baja la temperatura esta diferencia es A medida que baja la temperatura esta diferencia es

menor, aunque se mantiene.


Ensayo FénixEnsayo Fénix


Ensayo EBADEEnsayo EBADE


ConclusionesConclusiones

Las mezclas SMA presentan un excelente comportamiento mecánico,

con: - Mejor resistencia a la acción del agua. - Mayor resistencia a la fisuración respecto a mezclas

convencionales, tanto bajo cargas cíclicas como monotónicas- Alta resistencia a las deformaciones plásticas

Entre las mezclas XSMA estudiadas se han identificado mezclas muy Entre las mezclas XSMA estudiadas se han identificado mezclas muy dúctiles, ε6 , εF y IT elevados.

Las mezclas tipo SMA resultan más dúctiles a bajas temperaturas

El ensayo de fatiga en 4 puntos y el ensayo EBADE proporcionan información equivalente sobre el comportamiento a fatiga de las mezclas.


PublicacionesPublicaciones

F.E. Pérez Jiménez et al. “El comportamiento a fisuración térmica y por fatiga

de las mezclas SMA”. Asfalto y Pavimentación 2013 Num. 8, Vol. 3, pp. 11-17.

F.E. Pérez Jiménez et al. “Resistencia a la fisuración de las mezclas SMA” VIII

Jornada Nacional ASEFMA: Soluciones Técnicas para Tiempos de Crisis, 2013

F.E. Pérez Jiménez et al. “Effect of load application rate and temperature on the

fracture energy of asphalt mixtures. Fénix and semi-circular bending tests” fracture energy of asphalt mixtures. Fénix and semi-circular bending tests” Construction and Building Materials, 2013, Num. 48, pp. 1067-1071.

F. E. Pérez-Jiménez et al. “Analysis of the mechanical behaviour of bituminous

mixtures at low temperatures”. Construction and Building Materials, 2013, Num.

46, pp. 193-202.


AgradecimientosAgradecimientos


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