ESTUDIOS DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICADETERMINACIÓN DE GRADO DE DESEMPEÑO PGEN CEMENTOS ASFÁLTICOS

JORGE SILVA FRIDERICHSENLABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD

SUPERPAVE

El programa de investigación SHRP (Programa Estratégico deInvestigación de Carreteras) desarrollado en los Estados Unidos entre1987 y 1993. Este programa dio como resultado el sistema Superpave(Superior Performance Pavements), que incluye nuevas especificacionespara asfalto y agregado, un nuevo método de diseño de mezclas asfálticasen caliente y un modelo de predicción del comportamiento de pavimentosasfálticos.

El Método fue incorporado en los Especificaciones y Procedimientos de Ensayes del Volumen 8 de Manual de Carreteras.

8.301.8 Asfaltos: Especificaciones Superpave para ligantes Asfálticos.

¿ Porqué motivo se creó esta nueva Especificación?

Principalmente porque las metodologías actuales entregan información de propiedades de material.

¿ Cuales son las ventajas de la nueva tecnología?El sistema Superpave de especificación por Grado de Desempeño (PG)para cementos asfálticos está diseñado para cumplir dos objetivosprincipales:

Medir las propiedades físicas de los cementos asfálticos que pueden serrelacionadas con los parámetros de desempeño en terreno para tres fallascríticas: ahuellamiento, agrietamiento por fatiga y agrietamiento térmico.

Caracterizar las propiedades físicas de los cementos asfálticos según lastemperaturas y efectos del envejecimiento a los que estarán sometidosdurante el proceso de construcción y su vida útil.

• PRINCIPALES MODOS DE FALLA DE PAVIMENTOS ASOCIADOS A CEMENTOS ASFÁLTICOS.

– Ahuellamiento.• Altas Temperaturas.• Baja Velocidad.

– Fatiga (Piel de Cocodrilo)• Temperaturas Intermedias.

– Agrietamiento Térmico.• Bajas Temperaturas.• Cargas Rápidas.

SELECCIÓN POR GRADO DE DESEMPEÑO

Se selecciona un cemento asfáltico apropiado a la zona en estudio de la siguiente manera:• Para evitar ahuellamiento por alta temperatura, la temperatura de la muestra en laboratorio XX tiene

que ser igual o superior a la temperatura de diseño ITdis.•• Para retrasar la fatiga, la temperatura intermedia de la muestra en laboratorio IT debe ser igual o

menor que la temperatura de diseño ITdis, de manera de aplazar o tardar la aparición de fisuras en elmaterial.

•• Para prevenir el agrietamiento, la baja temperatura de la muestra en laboratorio YY debe ser igual o

inferior a la temperatura de diseño BTdis, de manera que el material evitar o demorar la aparición deagrietamiento térmico.

EXIGENCIASSECTOR GEOGRÁFICO

EN ESTUDIOPG ATdis (ITdis) - BTdis

RESULTADOSMUESTRA DE ASFALTO

PG XX (IT) - YY

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RESULTADOS POR GRADO DE DESEMPEÑO

Para la selección de un cemento asfáltico adecuado a través de éste método. Es necesario que cumplanrequisitos reológicos preestablecidos por el grado de desempeño.

• Se toma una muestra de Cemento Asfáltico para sabersi es adecuado para la zona en estudio:

• Se Realiza varios ensayes en equipos en reológicos delaboratorio cumpliendo los requisitos preestablecidos.

• Se anotan las temperaturas donde cumplen con losrequisitos reestablecidos, tanto para alta, media obaja temperatura.

• Con los resultados obtenidos, se determina la alta,media y baja temperatura obtenidas en laboratorioPG XX (IT) - YY

• El PG de la muestra en laboratorio se compara con elPG de diseño de la zona en estudio.

Una de las principales diferencias con la especificación tradicional, seencuentra en el protocolo por Grado de Desempeño:

Los parámetros reológicos se mantienen constantes variando sólo latemperatura de ensayo.

La temperatura de ensayo se asocia a fallas del pavimento durante su vidaútil.

Distintos cementos asfálticos cumplen con las mismas propiedadesreológicas, pero a distintas temperaturas; dependiendo de las propiedadesintrínsecas del material.

Para el uso del Grado de Desempeño, es necesario tener conocimiento de lascondiciones de terreno en el sector donde se utilizará el cemento asfáltico.

Uso del Método por Grado de Desempeño

EQUIPOS DE ENVEJECIMIENTO

PDR:PDR:Envejecimiento PrimarioEnvejecimiento Primario

PAV: Envejecimiento SecundarioPAV: Envejecimiento Secundario

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Reómetro de Corte Dinámico (DSR)Superpave relaciona las etapas I y II al cumplimiento del requisito G*/Send (kPa) para falla por ahuellamiento en equipo DSR

El Reómetro de Corte Dinámico se usa para medir propiedades viscoelásticas del asfalto a través detensiones y deformaciones.

El reómetro aplica un patrón sinusoidal de tensiones (o deformación) de corte sobre una muestraasfáltica, midiendo su deformación (o tensión).

La respuesta del asfalto presenta un patrón de la misma frecuencia, pero de distinta amplitud ydesfasada en el tiempo.

MAX

MAXG

*

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AHUELLAMIENTO EN REÓMETRO DE CORTE DINÁMICO

Para resistir el ahuellamiento, un cemento asfáltico no debe ser tan blando a las altas temperaturas de terreno, y evitar deformaciones irrecuperables en etapas I y II.

Un G* alto indica que el cemento asfáltico es más rígido, (resiste deformaciones).

Un angulo δ menor indica la presencia elástica (recupera deformaciones).

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FATIGA EN REÓMETRO DE CORTE DINÁMICO

Para retardar la fatiga, un cemento asfáltico no debe ser tan duro ni fragil en la etapa III.

Un G* alto indica que el cemento asfáltico es muy rígido.

Un angulo muy pequeño δ indica una mayor porción elástica (donde no es capaz recuperar deformaciones).

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Se usa para establecer el comportamiento reológico del asfalto a bajas temperaturas.

El agrietamiento térmico depende de condiciones climáticas adversas en terreno, sin embargo el endurecimiento y su fragilidad aumenta con los años de servicio y es más probable de encontrar ver este tipo de fallas.

Para evitar agrietamiento, el asfalto necesita tener el tiempo suficiente para poder relajarse sin fisurarse de las tensiones acumuladas por la baja temperatura.

En el ensayo se aplica con carga constante sobre una viga de asfalto en su luz central, y se registra su deflexión durante 240 segundos a una Temperatura constante.

REOMETRO DE VIGA DE FLEXIÓN (BBR)

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A partir de la teoría de deformación de vigas, se obtiene la ecuación de rigidez :

El Grado de Desempeño necesita el valor de rigidez a un tiempo de 60 segundos.

)(4)( 3

3

thbLPtS

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Para conocer si el material tendrá el tiempo suficiente de relajarse sin desagarros es necesario realizar lo siguientes pasos: • Se calcula Log (S(t)) y Log (t).

• A traves de algún método numérico o un programa apropiado, se obtiene la correlacion de la ecuación cuadrática asociada a Log (S(t)) / Log(t).

• La velocidad de relajación, o tasa de disminución de la rigidez, está dada por la pendiente de la curva.

• La pendiente se denomina Valor-m

2XCXBAY

XCBdtdY 2

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RESULTADOS DE LABORATORIO

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Gracias.