3er CONGRESO NACIONAL Ensayos Acelerados de...
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3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Ensayos Acelerados
de Pavimentos
Luis Loria-Salazar, PhD
Octubre, 2017
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Filosofía de investigación…
MICROMACRO
Escala RealNANO
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS • Cargas seudo constantes.
• Diseño para fallar.
• Pavimentos “eternos” son extremadamente costosos.
Diseño de pavimentos
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
• Los pavimentos se
colocan en grandes
distancias y diversas
condiciones.
Condiciones
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
• Los materiales y sus propiedades
varían geográficamente.
Materiales disponibles
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
• Los ensayos de laboratorio para control de calidad son limitados para conocer el comportamiento de las estructuras en servicio.
Laboratorio
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
• El seguimiento de un
pavimento durante su vida
útil es costoso y toma muchos
años.
• Es necesario atender
limitaciones específicas de los
pavimentos (problemas).
Problemas
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Fallas prematuras
• Los pavimentos que fallan prematuramente son extremadamente costosos.
"Si cree usted que la educación es cara, pruebe
con la ignorancia“
Derek Curtis Bok
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Buscando respuestas
• Los ensayos acelerados de
pavimentos han sido una
fuente de respuestas por
muchos años.
• Los ensayos acelerados
pueden agruparse en
cuatro categorías.
Perfilómetro pista AASHO, Illinois.
1958-1960
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
• Costa Rica por medio del
LanammeUCR ha
incursionado desde 2013
en los ensayos acelerados
de pavimentos.
PaveLab - LanammeUCR
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
� 20,000 cargas bi-direccionades por día.
�Velocidad de rueda: 10 km/hr
� Cargas aplicadas: 40,50, 60, 70, 80 kN
� Llanta de ensayo: Dual 11R22-5
�Oscilación lateral: 100 mm
� Condición seca
� 23/6
Especificaciones de ensayo
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
HMA HMAHMA HMA
GB
GB
CTB
CTB
SB SB
SB SB
0
5
10
15
20
25
0
10
20
30
40
50
60
70
AC1 AC2 AC3 AC4
Th
ick
ne
ss, i
n
Th
ick
ne
ss, c
m
Test Section
Pavimento
real
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Instrumentación
Subgrade
Subbase
GB/CTB
HMA
60 cm
MDD MDD
30 cm
Thermocouple
90 cm
Section Length = 6.0 m
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
• Perfilómetro laser (Laser profiler)
• Transductores para deformación de pavimentos
(PAST)
• Transductores de presión para suelo (SOPT)
• Deflectometros de profundidad múltiple (MDD)
• Deflectometro de superficie (RSD)
• Termocuplas
Instrumentación
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Subgrade
Subbase
GB/CTB
HMA
60 cm
MDD MDD
30 cm
Thermocouple
90 cm
Section Length = 6.0 m
Celda de presión
Sensores para
deformación
Ubicaciones
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS 3.07
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
0 200,000 400,000 600,000 800,000 1,000,000 1,200,000 1,400,000 1,600,000
Re
gu
lari
da
d S
up
erf
icia
l -
IRI
(m/k
m)
Repeticiones de carga
Máximo en zona ensayada
Promedio de todos los datos
Promedio de zona ensayada
Promedio datos fuera de la zona ensayada
Polinómica (Máximo en zona ensayada)
IRI – Tramo 004AC3
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Pre
ssu
re, k
Pa
MESALS
AC1
AC2
AC4
La celda de presión en la estructura AC3 presentó problemas de funcionamiento.
HMA HMAHMA HMA
GB
GB
CTB
CTB
SB SB
SB SB
0
5
10
15
20
25
0
10
20
30
40
50
60
70
AC1 AC2 AC3 AC4
Th
ick
ne
ss, i
n
Th
ick
ne
ss, c
m
Test Section
Presión en subrasante
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
-0.3
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0 1 2 3 4 5 6
De
fle
ctio
n, m
m
Distance, m
mdd1-0
mdd1-180
mdd1-450
mdd1-700
mdd2-60
mdd2-300
mdd2-600
mdd2-900
60 cm
MDD MDD
30 cm
Termocupla
90 cm
Largo del tramo= 6.0 m
MDD’s
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 5 10 15 20
MD
D S
urf
ace
De
fle
ctio
n, m
m
MESALS
AC1
AC4
AC2
AC3
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 5 10 15 20
MD
D S
ub
gra
de
De
fle
ctio
n, m
m
MESALS
AC1
AC4
AC2
AC3
Superficie
Subrasante
HMA HMAHMA HMA
GB
GB
CTB
CTB
SB SB
SB SB
0
5
10
15
20
25
0
10
20
30
40
50
60
70
AC1 AC2 AC3 AC4
Th
ick
ne
ss, i
n
Th
ick
ne
ss, c
m
Test Section
Max. Deflección @ 40 kN – MDD’s
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
1
10
100
1000
10000
0 250000 500000 750000 1000000
Ba
ckca
lula
ted
Mo
du
lus,
MP
a
Repetitions
M1 M2 M3 C
y = 1.0016x
R² = 0.9962
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700
Est
ima
ted
De
fle
ctio
n, m
m-3
Measured Deflection, mm-3
Deflection
Equality
n
dSR
MPaCE
×=
1.0
σ
Valor promedio “n”= -0.4
Deflecciones @ 40 kN
CR-ME
MDD Módulo retrocalculado porcapa – 001AC1
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 1000000
De
fle
ctio
n,
mm
Repetitions
N1 S1 N2 S2
60 cm
MDD MDD
30 cm 90 cm
RSD – N1 RSD – N2
RSD – S2RSD – S1
100 cm
RSD Deflecciones @ 40 kN - 001AC1
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Dos ubicaciones diferentes a lo largo de la línea de centro.
10
100
1000
10000
0 5 10 15 20
Ba
ckca
lcu
late
d
Mo
du
lus,
MP
a
MESALs
HMA CTB SBG SG
10
100
1000
10000
0 5 10 15 20
Ba
ckca
lcu
late
d
Mo
du
lus,
MP
aMESALs
HMA CTB SBG SG
RSD-002AC4
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
-200
-100
0
100
200
300
400
500
0 1 2 3 4 5 6
Mic
roS
tra
in
Distance, m
Longitudinal
Transverse
Transductores para deformación 003AC2
003AC2 @ 2k rep. 003AC2 @ 1M rep.
Deformaciones unitarias @ 40 kN
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
003AC2
Deformaciones @ 40 kN
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Mic
rost
rain
MESALS
Longitudinal
Transverse
Agua
agregada a la
superficie
Transductores para deformación 003AC2
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
004AC3
Deformaciones @ 40 kN
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 2 4 6 8 10 12 14
Mic
rost
rain
MESALS
Longitudinal
Transverse
Evidencia de agrietamiento
Transductores para deformación 004AC3
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
0
400
800
1200
1600
2000
0 200 400 600
Loca
liza
ció
n d
el s
en
sor,
mm
Surface Modulus, MPa
FWD
RSD
MDD
Estado inicial (0 ESAls)
Evidencia de comportamiento no lineal
en capas inferiores.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 500 1000 1500 2000
De
fle
ctio
n, m
m-3
Sensor location, mm
FWD
RSD
MDD
Análisis de defleciones
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
0
400
800
1200
1600
2000
0 200 400 600
Loca
liza
ció
n d
el s
en
sor,
mm
Surface Modulus, MPa
FWD
RSD
MDD
Estado final ( 17,7 millones de ESALs)
Deflexión 2.5 – 3 veces mayor
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 500 1000 1500 2000
De
fle
ctio
n, m
m-3
Sensor location, mm
FWD
RSD
MDD
Análisis de defleciones
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Se están desarrollando herramientas de análisis
y bases de datos
Que permitan el mejor aprovechamiento de la información
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Metodología Calibración
Sí No
Ajuste de los
coeficientes del
modelo
Modelos ajustados
Modelación
Modelado del
desempeño
Análisis estadístico de
los resultados teóricos
y de campo
Difieren los
resultados
Investigar las fuentes
bibliográficas
disponibles
Revisión de los datos
obtenidos de las
pruebas en campo
Interpretación del
modelo obtenido de
pruebas en laboratorio
Lab-HVS
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Mecanismo de falla
Subrasante
MAC
Base
Estabilizada Subbase Granular
Subrasante
Subbase
Base
Mezcla Asf.
CargaDeformación
Permanente
Agrietamient
o por Fatiga
Carga
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Ubicación a lo largo de la capa asfáltica
ContracciónMAC
Fricción en la interface
Esfuerzo
Tensión
Resistencia a tensión
Mecanismo Agrietamiento Térmico
Mecanismo de falla
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
200+ mmHMA
Penetración de Oxidación
Grieta iniciada en superficie
Interface entre capas asfálticas
Agrietamiento Top-Down
Mecanismo de falla
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Secundaria
Primaria
Flujo
Terciario
Número de flujo
Def. plástica inicia
Ciclos de carga (N)
Defo
rmació
n a
cum
ula
da
mm
/mm
Relación típica entre la deformación plástica
acumulada y los ciclos de carga
Pend.
Deformación permanente
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
30 psi
σd = 45 psi
Antes Despues
Deformación permanente - Laboratorio
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
εp = deformación permanente acumulada a N-repeticiones de
carga (pulg/pulg)
εr = deformación resilente de la capa de HMA (pulg/pulg)
N = número de repeticiones de carga
T = temperatura del pavimento (F)
ai = constantes de regresión
βri = factores de ajuste de laboratorio a campo
βri = factores de calibración
332232
111rr aa
r
aa
t
pNTaNTa
ββββεε
==
Deformación permanente - Modelo
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
D.P. en material granular y
suelos
�� = �1 ∗ ��2 ∗ ��0��3 ∗ 3�0�
�4
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Agrietamiento por fatiga
100
1000
10000
100000
1000000
300 400 500 600 700 800 900
Nu
mb
er
of
loa
d r
ep
eti
tio
ns
Tensile MicroStrain
Plant 30°C Plant 20°C
Plant 10°C Lab 30°C
Lab 20°C Lab 10°C
�� = �1����2����3���4
4PBB
�� = e37.352���−4.554��0.094
�� = e35.533���−4.401��0.115
Mezcla de planta
Mezcla de lab.
“E” no significativo α = 0.05
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
4PBBγβ
α
×
××=
refref E
E
resp
respMNADamage
MN = repeticiones de carga en millones,
resp = respuesta (deformación unitaria),
respref = respuesta de referencia,
E = módulo del material (adjustado por temp. y
daño),
Eref = módulo de referencia, y
A, α, β, & γ = coeficientes de regresión.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 100000 200000 300000 400000
Da
ma
ge
, w
4PBB Load Repetitions
Daño = caida relativa del módulo de la mezcla (∆E / Ei)
Agrietamiento por fatiga
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Mezcla de planta
Mezcla de lab.
( )TeE
MN ××
×
××= 04121.0
79765.059529.1
31003.0
3000200)(09295.0
εω
( )TeE
MN ××
×
××= 03517.0
53480.00696.1
2707.0
3000200)(18941.0
εω
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000
Da
ma
ge
, w
Number of Load Repetitions
Measured
Predicted
Todas las variables
significativas α = 0.05
Agrietamiento por fatiga
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
MDD Retrocálculo de módulos
1
10
100
1000
10000
0 250000 500000 750000 1000000
Ba
ckca
lula
ted
Mo
du
lus,
MP
a
Repetitions
M1 M2 M3 C
y = 1.0016x
R² = 0.9962
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700
Est
ima
ted
De
fle
ctio
n, m
m-3
Measured Deflection, mm-3
Deflection
Equality
n
dSR
MPaCE
×=
1.0
σ
Caída relativa del módulo = daño (DAMAGE)
Datos del HVS…
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Respuesta medida vs estimada
-150
-50
50
150
250
350
450
550
650
0 1 2 3 4 5 6
Mic
rost
rain
Distance, m
Predicted Long. Circular
Predicted Trans. Circular
Predicted Long. Treaded
Predicted Trans. Treaded
Measured Transverse
Measured Longitudinal
Datos del HVS…
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Calibración Inicial
y = 0.4123x
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Pre
dic
ted
Da
ma
ge
Measured Damage
Plant Mix
Equalityy = 0.7299x
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Pre
dic
ted
Da
ma
ge
Measured Damage
Lab Mix
Equality
Mezcla de planta Mezcla de Lab.
Daño medido= caída relativa de módulo retrocalculado
Daño estimado= Utiliza ecuaciones de laboratorio con datos de tramos
experimentales
Factor de cambio de 2.5 para mezcla de planta.
Factor de cambio de 1.4 para mezcla de laboratorio.
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Para un nivel de daño dado…
( )Te
EMN
×−−−
×
×
×= 129.0
976.1951.3
300020039.18
ε
( )
×
×
×××= ×TeE
MN 03517.0
53480.00696.1
2707.0
3000200)(18941.04.1
εω
Modelo ajustado
50% del módulo inicial
Transformado en la ecuación clásica de fatiga
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
• Desarrollo y calibración de diferentes modelos (deformación, fatiga, IRI, otros)
• Ajuste para condiciones climáticas
• Desarrollo y ajuste para más tramos de prueba (otrosmateriales)
• Ajuste para tramos de largo seguimiento (LTPP)
Futuro…
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
Tramo Repeticiones ESALS
001 AC1 1 000 000 10 872 709
002 AC4 1 500 000 21 550 195
003 AC2 1 000 000 9 350 461
004 AC3 1 580 000 17 415 031
005AC1BA 20 000 20 000
006AC2BA 30 000 30 000
007AC2H 270 000 270 000
008AC1H 350 000 536 340
009AC4H 1 420 000 2 652 068
Total (26-Sep-2017) 7 170 000 63 245 817
Más de 63 Millones ESALs
3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS
¡Muchas Gracias!http://www.lanamme.ucr.ac.cr/
@lgloria27
Luisguillermoloriasalazar
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