Evaluacion de Mezclas Asfalticas

7/21/2019 Evaluacion de Mezclas Asfalticas

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Morón y Sánchez Leal: Densificación y desempeño mezclas Pista NCAT por Ramcodes

Evaluación del comportamiento mecánico y de densificaciónde las mezclas asfálticas empleadas en la construcción de lapista del Centro Nacional de Tecnología del Asfalto ut ilizando

la metodología RAMCODES Autor:

Sánchez-Leal, Freddy J.1, y Morón, Jennifer 2

1Investigador Fundación Instituto de Investigaciones CientíficasSOLESTUDIOS (FUNDASOLESTUDIOS), Coro, Venezuela./InvestigadorCentro de Investigación de Recursos Hídricos (CIDHRI) de la Universidad

Nacional Experimental «Francisco de Miranda» (UNEFM)[email protected]

2Egresada como Ingeniera Civil de la Universidad Nacional Experimental

«Francisco de Miranda» (UNEFM)

Resumen

El objetivo principal de esta investigación consisten en evaluar el comportamientomecánico y de densificación de las mezclas asfálticas empleadas en la construcciónde la pista del NCAT utilizando la metodología RAMCODES, la cual presenta unmódulo de clasificación cuantitativa basado en el factor característico G/S (relacióngrava-arena) para evaluar la influencia de la gradación en el desempeño de lasmezclas partiendo del ajuste de curvas granulométricas, la obtención de parámetrosFuller (factor de forma y tamaño máximo) y la gráfica de la carta gradación y punto-ámbito. Se analizaron 26 secciones de la pista (correspondientes a la zona tangentede la misma) y 33 tipos de mezclas diseñadas por distintos patrocinadores (granito,caliza/escoria, grava, caliza/asfalto natural recuperado, caliza, caliza/grava,caliza/grava/asfalto natural recuperado) adicionadas con ligantes PG 67-22 (sinmodificar), PG 76-22 y PG 70-80 (con modificantes SBS y SBR). Estas seclasificaron según el tipo de agregado, ligante y modificante para luego construir lasgráficas correspondientes a los parámetros de densificación, resistencia alahuellamiento y resiliencia. Luego de analizar y comparar los resultados obtenidosse logró comprobar la existencia de valores de G/S críticos para los cuales losdiseños alcanzan las máximas deformaciones y los más bajos niveles de resistencia.En los tópicos de ahuellamiento y resiliencia, (G/S)cr se ubica en el rango de lasarenas gruesas. La adición de un ligante más rígido y modificante SBS redujo elahuellamiento en 42 y 41%, respecto al observado en mezclas adicionadas conligante sin modificar; en el comportamiento resiliente esta adición no tuvo ningunainfluencia en las mezclas cuando G/S<1, mezclas arenosas, pero cuando G/S>1,mezclas gravosas, presentan un aumento del 100%. Pudo demostrarse que entre elfactor de ajuste G/S y el real G/S* existen correlación lineal sistemática de granimportancia, que permitirá a los proyectistas obtener, transformando valores de G/S*en valores de G/S, parámetros mecánicos e hidráulicos que definan de maneracuantitativa la posible respuesta de las mezclas ante diversas solicitaciones.



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Evaluación del comportamiento mecánico y de densificaciónde las mezclas asfálticas empleadas en la construcción de lapista del Centro Nacional de Tecnología del Asfalto ut ilizando

la metodología RAMCODES

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los pavimentos están constituidos por un conjunto de capas superpuestasrelativamente horizontales y de varios centímetros de espesor de diferentesmateriales adecuadamente compactados. Estas estructuras se apoyan en laexplanada y se diseñan para soportar el tráfico durante un periodo de varios añossin deterioros que afecten a la seguridad, a la comodidad de los usuarios o a lapropia integridad del pavimento.

En los Estados Unidos, el Departamento de Transporte (Department ofTransportation, DOT), generalmente debe esperar de 10 a 15 años para realizar

estudios en campo de las carreteras públicas obteniendo resultados poco confiables.Por esta razón, en el año 2000 el Centro Nacional de Tecnología del Asfalto (NCAT)culminó la construcción de una pista experimental de pavimento flexible de longitud2,8 Km, la cual serviría para mejorar las aplicaciones prácticas de la investigacióndiseñada a extender la vida de los pavimentos flexibles. En esta pista se inició unperiodo de diseño acelerado de tráfico de camiones hasta alcanzar los 10 millonesde ejes equivalentes (Equivalent Single Axle Loadings, ESAL´s), periodo que duródos años (2000-2002).

La carta de gradación y la representación punto-ámbito son herramientas de análisisque forman parte de la metodología RAMCODES (Metodología Racional para el Análisis de Densificación y Resistencia de Geomateriales Compactados), y son lasutilizadas para el análisis del comportamiento mecánico y densificación de las

mezclas utilizadas para la construcción de la pista ya que permiten cuantificar lainfluencia de la gradación en el desempeño de la mezcla asfáltica.

JUSTIFICACIÓN

Análisis anteriores, con uso de la carta de gradación, han demostrado que a unamisma relación grava-arena pertenecen diferentes ámbitos de gradación continuas ydiscontinuas, a su vez, que el comportamiento de las mezclas no dependesolamente de la línea de máxima densidad (n = 0,45) sino de factores como larelación grava-arena, la estructura y tamaño máximo en conjunto.

Durante la construcción de la pista, una serie de ensayos se realizaron en cada unade las secciones que la conforman (en el procedimiento de construcción y ensayosde laboratorio) antes de iniciar la “puesta en marcha” del diseño de carga aceleradacon los que se verifica el cumplimiento de los requerimientos de diseño de mezclasasfálticas. Sin embargo, la simple obtención y comparación tradicional de estosdatos no es suficiente para saber a que se debe la respuesta de la pista ante eldiseño de carga acelerada al cual es sometida.

La metodología RAMCODES ofrece importantes herramientas, como la carta degradación y la representación punto-ámbito, que permiten analizar el desempeño de



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las mezclas asfálticas utilizadas en la construcción de la pista, mediante lascorrelaciones entre factores como la relación grava-arena, la estructura y tamañomáximo, y la influencia de la gradación en la densificación, resistencia alahuellamiento y resiliencia.

OBJETIVOS

Objetivo general

Evaluar el comportamiento mecánico y de densificación de las mezclas asfálticasempleadas en la construcción de la pista del NCAT utilizando la metodologíaRAMCODES

Objetivos específicos

Construir la carta de gradación y la representación punto-ámbito para cada una delas mezclas asfálticas empleadas en la construcción de la pista NCAT

Clasificar las mezclas asfálticas aplicando la metodología RAMCODES

Determinar la influencia de la gradación en la densificación y el comportamientomecánico de las mezclas asfálticas

ANTECEDENTES

Sánchez-Leal (2005b) presentó una investigación titulada “Evaluación de ladensificación y desempeño de mezclas Superpave construidas en la pistaexperimental NCAT en 2000” en la cual aplica la representación punto-ámbito y lacarta de gradación como herramientas de análisis cuantitativo. La evidenciaexperimental de este trabajo sugiere que las gradaciones con coeficiente de formaigual a 0,45, llamadas gradaciones de máxima densidad, no producen la máxima

densidad. La densidad crece (y los vacíos disminuyen) de manera sostenida con elaumento del coeficiente de forma. En consecuencia, la zona restringida no tendríaningún sentido. Las mezclas con granito tienen notablemente un mejor desempeñode ahuellamiento que las mezclas con caliza/escoria. Esta diferencia se mantieneconstante incluso agregando un ligante más rígido y modificado. A gradaciónconstante, la adición de un ligante más rígido con modificante SBS redujo elahuellamiento observado en mezclas con ligante PG 67-22 en 22%, y en las queutilizaron modificante SBR esta reducción fue de 55%.

Sánchez-Leal (2006) realizó un trabajo de investigación llamado “Una carta degradación para mezclas asfálticas: Desarrollo” enfocado en el ajuste de curvasgranulométricas de estructuras bien gradadas tales como Superpave o Coveninpara obtener los parámetros del método Fuller, tamaño máximo (Dmax) y factor de

forma (n). La trabajabilidad, resistencia al ahuellamiento y la permeabilidad fueronlas propiedades analizadas (cuantitativamente) con uso de la carta de gradación y larepresentación punto-ámbito, y correlacionadas con la relación G/S, Dmax y n. En elanálisis de las gradaciones para cada uno de los tópicos estudiados se concluyó queel factor que mayor influencia presenta en el comportamiento de la pista es el factorG/S. En trabajabilidad: el incremento del contenido de grava disminuye latrabajabilidad de una MAC. Respecto a la resistencia al ahuellamiento: el incremento



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de la relación G/S mejora la resistencia al ahuellamiento. En permeabilidad: lapermeabilidad se incrementa con la relación G/S.

ASPECTOS TEÓRICOS

Deformaciones elásticas y plásticas en el pavimento

De acuerdo con el diseño estructural del pavimento, el tipo y la magnitud de lassolicitaciones, repeticiones de carga acumuladas, características asociadas al climay la localización de las diferentes capas de material, el comportamiento esfuerzo-deformación de un suelo puede ser de dos tipos: resiliente y plástico «ahuellamiento» (Zuñiga, 2002).

Las deformaciones resilientes o elásticas son de recuperación instantánea y suelendenominarse plásticas a aquellas que permanecen en el pavimento después decesar la causa deformadora. Bajo carga móvil y repetida, la deformación plásticatiende a hacerse acumulativa y puede llegar a alcanzar valores inadmisibles.Paradójicamente, este proceso suele ir acompañado de una «densificación» de los

materiales, de manera que el pavimento fallado puede ser más resistente que eloriginal.

En la siguiente figura se ilustra el mecanismo por el cual la deformación permanentese va acumulando; debe hacerse notar el hecho de que en los ciclos intermedios ladeformación permanente para cada ciclo disminuye, hasta que prácticamentedesaparece en los ciclos finales.

Figura 1. Mecanismo de deformación permanente en pavimentos.

Carta de gradación y representación punto-ámbito

La representación punto-ámbito de una gradación consiste en graficar en un ejecoordenado los parámetros de ajuste por modelo Fuller de una curvagranulométrica, el coeficiente de forma n en las abscisas y el tamaño máximo Dmax



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en las ordenadas. Una gradación queda definida por un punto en estarepresentación, y una especificación (curvas superior e inferior) como un rectángulo.La carta de gradación es un gráfico basado en la representación punto-ámbito quemuestra los lugares geométricos para las especificaciones de los distintos tipos demezclas que puede contener una normativa o tecnología.

Figura 2. Forma general de una carta de gradación.

Sistema de clasificación RAMCODES para mezclas asfálticas

En este trabajo, se plantea un sistema cuantitativo de clasificación de mezclasasfálticas basado el la relación G/S y G/S*, que se utilizará en todo este trabajo deinvestigación, para correlacionar el comportamiento mecánico de las mezclasasfálticas del NCAT.



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Figura 3. Sistema de clasificación RAMCODES para mezclas asfálticas.

Pista experimental NCAT

La pista experimental de la NCAT (Centro Nacional de Tecnología del Asfalto),ubicada en Opelika, Alabama (Estados Unidos), cerca de la Universidad de Auburn,es un circuito oval de 2,8 Km de pavimento flexible. Es una instalación experimentalutilizada por agencias gubernamentales para mejorar las aplicaciones prácticas de la

investigación diseñada a extender la vida útil de pavimentos flexibles. Se instalaroncuarenta y seis diferentes pavimentos flexibles en la instalación (26 en las tangentesy 20 en las curvas), con una longitud aproximada de 61 m cada una. La estructuradel pavimento por debajo de la carpeta asfáltica es exactamente igual en cadasección. Los patrocinantes generalmente escogieron colocar las mezclas asfálticasen espesores de 4 pulgadas para facilitar la comparación entre secciones. Lospatrocinantes importaron materiales y métodos únicos durante la construcción con lafinalidad de maximizar la aplicabilidad de los resultados (Powell, 2006). Se utilizarondiversos tipos de agregado, a saber: caliza, granito, caliza marina, grava y escoria



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de acería. Se utilizaron ligantes de grado PG 67-22 y PG 76-22, y modificantes deltipo SB (estireno butadieno), SBS (estireno butadieno estireno) y SBR (estirenobutadieno goma). También se usó asfalto natural recuperado (RAP) en algunaspocas secciones. El objetivo principal de la pista experimental fue proveer unainstalación de carga acelerada que pudiera ser usada para ensayar

simultáneamente un gran número de secciones de prueba. Esto permite validar losensayos de laboratorio y los procedimientos de diseño bajo un tráfico similar al quese observa en las carreteras (Sánchez-Leal, 2005b).

Figura 4. Construcción, disposición y cargas vehiculares en la pista NCAT.

METODOLOGÍA

Tipo de investigación

El siguiente trabajo se enmarca en una investigación de tipo explicativo, ya que seevalúa la influencia de la variable independiente sobre cada variable dependientecorrespondiente a las mezclas asfálticas utilizadas en la construcción de la pista



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experimental NCAT, usando como herramientas de análisis la representación punto-ámbito y la carta de gradación.

Diseño de la investigación

La investigación se fundamenta en la información obtenida de una fuente secundaria(trabajo especial de doctorado), información que ha sido suministrada por elIngeniero Raymond Powell (2006) y el Centro Nacional de Tecnología del Asfalto.

La data proporcionada corresponde al diseño y construcción de la pista, y fuetomada para analizar cuantitativamente el comportamiento mecánico de cadamezcla ante la gradación correspondiente.

Población y muestreo

La pista NCAT fue construida con un total de 46 secciones, cada una con diferentestipos de mezclas y diseño de preparación (Superpave, SMA y diseño Hveem),presentando variadas gradaciones de NMAS 9,5, 12,5 y 19,0 mm.

Se utilizó un tipo de muestreo intencional en esta investigación; se evaluaron solo 26secciones que corresponden a las secciones tangentes de la pista, esto se debe aque el NCAT sugiere que las zonas tangentes (norte y sur) de la pista son menoscomplicadas de estudiar que las zonas curvas (refiriéndose a la toma de datos luegode aplicar el diseño de carga acelerada), razón por la cual proporcionaron solo ladata referente a estas zonas para analizar su comportamiento mecánico.

Fases de la investigación

Fase I: Ajuste de las gradaciones de las mezclas SUPERPAVE al modeloalométrico fuller (n, Dmax)

Propiedades como la densificación, resistencia al ahuellamiento y módulo resilientefueron evaluadas aplicando la metodología RAMCODES a partir de la influencia dela gradación sobre cada una de ellas. Como primer paso de esta evaluación, setomó la granulometría de cada mezcla asfáltica y se ajustó hasta obtener losparámetros del modelo Fuller (n, Dmax) y el valor del coeficiente de determinaciónR2. Este ajuste solo fue aplicado a las mezclas Superpave por presentar materialfino menor a 12% (condición principal para ajustar gradaciones al modelo Fuller).

Fase II: Construcción de la carta de gradación

Las mezclas fueron clasificadas de acuerdo al tipo de agregado tomando en cuentael predominio del mismo en la totalidad de las mezclas construidas, quedandodivididas en mezclas de caliza/escoria, granito y otros. Y a su vez, sub-dividida

según el ligante y modificante utilizado.

Fase III: Clasificación de las mezclas

Una vez construida la carta de gradación, fue calculado el factor de ajuste G/S y elfactor real G/S* (para mezclas continuas y discontinuas respectivamente), con lafinalidad de determinar el tipo de agregado predominante en las diferentes mezclas



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asfálticas (grava o arena) y analizar la influencia que tienen sobre la densificación yel comportamiento mecánico de las mismas.

Fase IV: Evaluación de la influencia del factor Grava/Arena (G/S) en la densificación

En el análisis de densificación se graficaron los valores correspondientes losporcentajes de vacíos de laboratorio y de campo y valores de Gmb contra el factorde ajuste G/S, discriminando según el tipo de ligante y modificante aplicado y tipo demezcla, para evaluar la correlación existente entre el factor y el aumento odisminución de la densidad.

Fase V: Evaluación de la influencia del factor Grava/Arena (G/S) en elcomportamiento mecánico de las mezclas

La resistencia al ahuellamiento contra G/S fue expresado gráficamente tanto para4000 ciclos de carga como para 8000 ciclos de carga generando líneas detendencias entre sus puntos que demostraron el grado de influencia del factor sobreel ahuellamiento. De la misma manera se evaluó la elasticidad o resiliencia de lasmezclas. Se plotearon estos datos contra el factor de ajuste para cada una de lasfrecuencias aplicadas en el ensayo resiliente obteniendo tendencias que demuestranla respuesta de las mezclas ante el aumento de factor G/S.

RESULTADOS Y ANÁLISIS

Ajuste de gradaciones al modelo Ful ler

Tabla 1. Ajuste a modelo Fuller

Sección Grad.Agreg. n Dmax (mm)R2Ligantes Vacíos (%)

Gmb Pb (%)PG Modif.Lab.Campo

N1 ARZ Lms/Slag0,4765011,578 0,9921876-22SBS 2,5 4,9 2,306 7,4

N2 ARZ Lms/Slag0,4122914,892 0,9733476-22SBS 2,2 5,3 2,300 7,8N3 ARZ Lms/Slag0,4120614,686 0,9686667-22NA 3,2 5,9 2,294 7,6

N4 ARZ Lms/Slag0,4062314,655 0,9680767-22NA 4,3 6,6 2,296 6,8

N5 BRZ Lms/Slag0,4765311,576 0,9921867-22NA 3,0 6,2 2,285 6,9

N6 BRZ Lms/Slag0,4959115,667 0,9759467-22NA 3,3 5,6 2,270 6,8

N7 BRZ Lms/Slag0,5049615,972 0,9781676-22SBR 2,1 6,1 2,281 6,9

N8 BRZ Lms/Slag0,4967415,632 0,9756376-22SBR 4,0 5,3 2,256 6,6

N9 BRZ Lms/Slag0,4714715,483 0,9760176-22SBS 3,2 5,5 2,279 6,7



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N10 BRZ Lms/Slag0,5148815,922 0,9752676-22SBS 3,5 5,3 2,257 6,8

N11 (LL) BRZ Granite 0,4875919,527 0,9954867-22NA 3,2 7,3 2,448 4,1

N11 (UL) TRZ Granite 0,45451 16,666 0,9813776-22SBS 3,4 6,9 2,343 4,3

N12 (LL) BRZ Granite 0,4295621,763 0,9889367-22NA 3,5 7,6 2,445 4,2

N13 (LL) BRZ Gravel 0,5038117,912 0,9952276-22SBS 3,1 7,5 2,310 5,0

Las siglas “UL” y “LL” indican la ubicación de la mezcla en la sección estudiada(arriba “UL”, abajo “LL”; upper o lower layer, siglas en ingles)

Tabla 2. ajuste a modelo Fuller.

Sección Grad.Agreg. n Dmax(mm)

R2Ligantes Vacíos (%)

Gmb Pb(%)PG Modif.Lab.Campo

S1 (LL) BRZ Granite 0,6196823,846 0,9701276-22

SBS 3,1 6,3 2,408 5,0

S1 (UL) BRZ Granite 0,4746616,126 0,9805876-22

SBS 3,0 5,2 2,378 5,0

S2 (LL) BRZ Gravel 0,5430318,345 0,9944176-22

SBS 4,4 7,0 2,282 4,9

S2 (UL) BRZ Gravel 0,5182511,424 0,9926276-22

SBS 4,7 6,2 2,233 6,0

S3 (LL) BRZ Limestone 0,4890720,736 0,9650476-22

SBS 3,8 7,2 2,461 4,2

S3 (UL) BRZ Lms/Gravel 0,565789,463 0,9967876-22

SBS 3,5 7,3 2,329 5,6

S4 (LL) ARZ Lms/RAP 0,4210021,596 0,9809476-22

SBS 3,9 6,4 2,466 4,1

S4 (UL) ARZ Limestone 0,4296815,279 0,9769476-22

SBS 2,2 5,7 2,394 5,3

S5 (LL) BRZ Lms/Grav/RAP 0,4229022,169 0,9915176-22

SBS 3,1 8,5 2,369 4,0

S5 (UL) TRZ Gravel 0,4436116,100 0,98075

76-

22 SBS 3,4 5,4 2,332 5,6

S6 ARZ Lms/RAP 0,3430915,592 0,9774167-22

NA 4,5 7,1 2,250 6,2

S7 BRZ Lms/RAP 0,4578615,312 0,9578967-22

NA 3,3 6,8 2,245 6,6

S8 (LL) BRZ Granite 0,6059417,937 0,9855867-22

NA 2,3 6,2 2,598 3,7

S8 (UL) BRZ Granite 0,5578011,970 0,9932776-22

SBS 2,7 8,2 2,576 4,2

S9 BRZ Granite 0,4829716,636 0,9874567-22

NA 3,6 6,6 2,419 2,7

S10 ARZ Granite 0,3766315,511 0,9797167-22

NA 3,2 6,3 2,407 5,2

S11 (LL) BRZ Granite 0,6090418,049 0,9855267-22

NA 2,3 5,4 2,600 3,6

S11(UL)

BRZ Granite 0,4909612,019 0,9972476-22

SBS 3,1 6,8 2,567 3,9

S13 ARZ Granite 0,3789216,688 0,9860070-28

SB 4,8 6,6 2,290 5,3

Las siglas “UL” y “LL” indican la ubicación de la mezcla en la sección estudiada(arriba “UL”, abajo “LL”; upper o lower layer, siglas en ingles)



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Carta de gradación

Las mezclas analizadas fueron discriminadas de acuerdo al tipo de agregado, ligantey modificante, utilizados para su elaboración.

Según el tipo de agregado, los siguientes grupos constituyeron las 33 mezclasSuperpave analizadas :

Granito (granite) = 12 Caliza/escoria (lms/slag) = 10 Grava (gravel) = 4 Caliza/asfalto natural recuperado (lms/RAP) = 3 Caliza (limestone) = 2 Caliza/grava (lms/gravel) = 1 Caliza/grava/asfalto natural recuperado (lms/gravel/RAP) = 1

De estas mezclas, doce (12) utilizan ligante con denominación PG 67-22, sin

modificante, veinte (20) utilizan ligante PG 76-22 (dieciocho con modificante SBS, ydos con modificante SBR), y una restante con ligante PG 70-28 modificado con SB.

Tabla 3. Mezclas hechas con caliza/escoria.

SecciónGrad.Agreg. n Dmax (mm)R2Ligantes Vacios (%)


N1 ARZ Lms/Slag0,4765011,578 0,9921876-22SBS 2,5 4,9 2,3067,4

N2 ARZ Lms/Slag0,4122914,892 0,9733476-22SBS 2,2 5,3 2,3007,8

N9 BRZ Lms/Slag0,4714715,483 0,9760176-22SBS 3,2 5,5 2,2796,7

N10 BRZ Lms/Slag0,5148815,922 0,9752676-22SBS 3,5 5,3 2,2576,8

N3 ARZ Lms/Slag0,4120614,686 0,9686667-22NA 3,2 5,9 2,2947,6

N4 ARZ Lms/Slag0,4062314,655 0,9680767-22NA 4,3 6,6 2,2966,8

N5 BRZ Lms/Slag0,4765311,576 0,9921867-22NA 3,0 6,2 2,285 6,9

N6 BRZ Lms/Slag0,4959115,667 0,9759467-22NA 3,3 5,6 2,270 6,8

N7 BRZ Lms/Slag0,5049615,972 0,9781676-22SBR 2,1 6,1 2,2816,9

N8 BRZ Lms/Slag0,4967415,632 0,9756376-22SBR 4,0 5,3 2,2566,6



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Figura 5. Representación de gradaciones de caliza/escoria en la carta.

Tabla 4. Mezclas hechas con granito.

Sección Grad.Agreg. n Dmax (mm)R2Ligantes Vacios (%)


N11 (UL)TRZ Granite0,4545116,666 0,9813776-22SBS 3,4 6,9 2,3434,3S1 (LL) BRZ Granite0,6196823,846 0,9701276-22SBS 3,1 6,3 2,4085,0

S1 (UL) BRZ Granite0,4746616,126 0,9805876-22SBS 3,0 5,2 2,3785,0



N11 (LL) BRZ Granite0,4875919,527 0,9954867-22NA 3,2 7,3 2,4484,1

N12 (LL) BRZ Granite0,4295621,763 0,9889367-22NA 3,5 7,6 2,4454,2

S8 (LL) BRZ Granite0,6059417,937 0,9855867-22NA 2,3 6,2 2,5983,7

S9 BRZ Granite0,4829716,636 0,9874567-22NA 3,6 6,6 2,4192,7

S10 ARZ Granite0,3766315,511 0,9797167-22NA 3,2 6,3 2,4075,2

S11 (LL) BRZ Granite0,6090418,049 0,9855267-22NA 2,3 5,4 2,6003,6

S13 ARZ Granite0,3789216,688 0,9860070-28SB 4,8 6,6 2,2905,3



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Figura 6. Representación de gradaciones de granito en la carta.

Tabla 5. Mezclas hechas con otros agregados.

Sección Grad. Agreg. n Dmax(mm)

R2 Ligantes Vacios (%) Gmb Pb(%)PG Modif.Lab.Campo

N13 (LL) BRZ Gravel 0,5038117,912 0,9952276-22

SBS 3,1 7,5 2,310 5,0

S2 (LL) BRZ Gravel 0,5430318,345 0,9944176-22

SBS 4,4 7,0 2,282 4,9

S2 (UL) BRZ Gravel 0,5182511,424 0,9926276-22

SBS 4,7 6,2 2,233 6,0

S5 (UL) TRZ Gravel 0,4436116,100 0,9807576-22

SBS 3,4 5,4 2,332 5,6

S3 (LL) BRZ Limestone 0,4890720,736 0,9650476-22

SBS 3,8 7,2 2,461 4,2

S4 (UL) ARZ Limestone 0,4296815,279 0,9769476-22

SBS 2,2 5,7 2,394 5,3

S4 (LL) ARZ Lms/RAP 0,4210021,596 0,9809476-22

SBS 3,9 6,4 2,466 4,1

S6 ARZ Lms/RAP 0,3430915,592 0,9774167-22

NA 4,5 7,1 2,250 6,2

S7 BRZ Lms/RAP 0,4578615,312 0,9578967-22

NA 3,3 6,8 2,245 6,6

S3 (UL) BRZ Lms/Gravel 0,565789,463 0,9967876-22

SBS 3,5 7,3 2,329 5,6

S5 (LL) BRZ Lms/Grav/RAP0,4229022,169 0,9915176- SBS 3,1 8,5 2,369 4,0



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Figura 7. Representación de gradaciones con otros materiales en la carta.

El valor del factor n indica la estructura de la gradación, a saber: ARZ (fina o densa),cuando n es menor que 0,45, TRZ, cuando n = 0,45, y BRZ (gruesa o abierta),cuando n es mayor que 0,45. Tal como se sabe, las mezclas tienen buena gradacióncuando n está en el rango de 0,37-1, en gravas, y 0,37-1,29, en arenas. Lasiguiente figura muestra la carta de gradación para todas las gradaciones Superpaveposibles, y se muestran también varios contornos del factor grava-arena (G/S), asícomo los límites de buena gradación. Obsérvese que la gradación utilizada para lamezcla de la sección S6 tiene un coeficiente de forma de 0,34 (n < 0,37), lo queindica que es un material mal gradado, por el lado de las gradaciones densas ocerradas.



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Clasificación de las mezclas usando RAMCODES

Tabla 6. Factor G/S y clasificación RAMCODES para mezclas de caliza/escoria

SecciónGrad. Agreg.Ligantes

G/S*G/SClasificación RAMCODES

PG Modif. Agregado Contextura

N1 ARZ Lms/Slag76-22SBS 0,500,61Arena Media

N2 ARZ Lms/Slag76-22SBS 0,580,73Arena Gruesa

N9 BRZ Lms/Slag76-22SBS 0,890,87Arena Gruesa

N10 BRZ Lms/Slag 76-22SBS 1,130,98Arena Gruesa

N3 ARZ Lms/Slag67-22NA 0,52 0,72Arena Gruesa

N4 ARZ Lms/Slag67-22NA 0,52 0,71Arena Gruesa

N5 BRZ Lms/Slag67-22NA 0,50 0,61Arena Media

N6 BRZ Lms/Slag67-22NA 1,00 0,93Arena Gruesa

N7 BRZ Lms/Slag76-22SBR 1,09 0,96Arena GruesaN8 BRZ Lms/Slag76-22SBR 0,95 0,92Arena Gruesa

Tabla 7. Factor G/S y clasificación RAMCODES para mezclas de granito

Sección Grad. Agreg.Ligantes

G/S*G/SClasificación RAMCODES

PG Modif. Agregado Contextura

N11 (UL)TRZ Granite76-22SBS 1,07 0,91Arena Gruesa

S1 (LL) BRZ Granite76-22SBS 2,44 1,86Grava Media

S1 (UL) BRZ Granite76-22SBS 0,95 0,91Arena Gruesa

S8 (UL) BRZ Granite76-22SBS 0,84 0,75Arena Gruesa

S11 (UL) BRZ Granite76-22SBS 0,70 0,66Arena Media

N11 (LL) BRZ Granite67-22NA 1,36 1,14Grava Fina

N12 (LL) BRZ Granite67-22NA 1,20 1,11Grava Fina

S8 (LL) BRZ Granite67-22NA 1,91 1,35Grava Fina

S9 BRZ Granite67-22NA 0,99 0,96Arena Gruesa

S10 ARZ Granite67-22NA 0,50 0,71Arena Gruesa

S11 (LL) BRZ Granite67-22NA 2,01 1,36Grava Fina

S13 ARZ Granite70-28SB 0,52 0,77Arena Gruesa



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Figura 9. Variación de Gmb con la relación G/S para mezclas con PG 67-22 NA



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Figura 10.Variación de Gmb con la relación G/S para mezclas de Caliza/escoria

Relación entre G/S y G/S*

Esta gráfica y la ecuación del modelo lineal se podrían utilizar para transformarvalores de G/S* en valores de G/S y así entrar en gráficas de correlación con

diversos parámetros de comportamiento mecánico e hidráulico.

Figura 11. Relación G/S y G/S*.



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Evaluación de la influencia de la relación grava-arena (G/S) en elcomportamiento mecánico de las mezclas. Deformación plástica. Resistenciaal ahuellamiento.

Se evaluó la influencia de la gradación en la variación del ahuellamiento APA, bajoniveles de 4 y 8 mil repeticiones, por medio del factor característico G/S. Lainformación se discriminó en dos grandes grupos en atención al tipo de liganteutilizado, a saber: PG 67-22 NA, y PG 76-22 SBS. Dentro del primer grupo seconsideraron mezclas con gradaciones constituidas por granito, caliza/escoria, ycaliza/RAP; en el segundo grupo, se tomaron en cuenta mezclas con granito, gravay caliza/escoria.

En todos los grupos de mezclas se observó una tendencia acampanada para lavariación del ahuellamiento APA con respecto a la relación grava-arena. De variosmodelos matemáticos recurridos para explicar dicho comportamiento, se seleccionóla función de pico Lorentz debido a la existencia de un valor de G/S para el cual elahuellamiento de la mezcla se maximizaba, a este valor de relación grava-arena se

le llamó «crítico» (G/S)cr . La función de Lorentz tiene la siguiente forma:

De entre estos parámetros, el más significativo es «xc» porque se refiereprecisamente al valor de grava-arena crítico.

Figura 12. Modelo matemático para el ajuste de la variación de deformación contra G/S.

22)(4

2

w x x

w A y y

c

o+−

+=

π



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Figura 13. Ajuste del modelo Lorentz para grupos PG 67-22 NA. 4000 ciclos de carga.«G/S»cr = 0,74

Figura 14. Ajuste del modelo Lorentz para grupos PG 67-22 NA. 8000 ciclos de carga.«G/S»cr = 0,75



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Figura 15. Ajuste del modelo Lorentz para grupos PG 76-22 SBS. 4000 ciclos de carga.«G/S»cr = 0,85

Figura 16. Ajuste del modelo Lorentz para grupos PG 76-22 SBS. 8000 ciclos de carga.«G/S»cr = 0,84

Tabla 9. Valores de los parámetros de ajuste para grupos de ahuellamiento APAParámetros de la función pico Lorentz

Grupos Repeticionesyo xc w A R2 67-22 NAGranito

4k 1.68 0.74 0.087 0.164 0.421

Lms/slagLms/RAP

8k 2.04 0.75 0.081 0.313 0.511

76-22 SBSGranito

4k 0.99 0.85 0.121 0.270 0.747

GravaLms/slag

8k 1.18 0.84 0.093 0.291 0.763

Las magnitudes del coeficiente de determinación indican que el modelo tiene unaexplicación de moderada a buena sobre la variación del ahuellamiento APA con larelación grava-arena. Este ajuste podría mejorar si se consideraran separadamenteen el análisis los tipos de agregado. No obstante, la poca cantidad de datos con losque se cuenta es la razón por la cual se prefirió analizar todos los tipos de agregado



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en conjunto, y sobre todo porque se encontró que la influencia del tipo de ligante enel comportamiento es todavía mayor.

Figura 17. Curvas de (G/S)cr para mezclas con diferente grado de rigidez y niveles decarga.

«G/S»cr para mezclas PG 67-22«G/S»cr = 0,74«G/S»cr = 0,75




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Figura 18. Variación del módulo resiliente con la gradación. PG 67-22NA




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Figura 18. Comparación de tendencias en grupos de ligante PG 67-22 NA y PG 76-22 SBS

G/S < 1,00: NO EXISTE INFLUENCIAG/S > 1,00: PG 76-22 SUPERAN EN 100% A LAS PG 67-22

CONCLUSIONES

Con este trabajo de investigación no solo se demostró que efectivamente lagradación, representada como relación grava-arena o factor G/S, tiene una marcadainfluencia en el comportamiento de las mezclas, sino que se comprobó la existenciade un valor crítico «(G/S)cr » para el cual los diseños alcanzan las máximasdeformaciones y los mas bajos niveles de resistencia.

En el tópico de ahuellamiento, (G/S)cr se ubica en el rango de las arenas gruesas(0,67 < G/S ≤ 1,00) para todos los tipos de mezclas estudiados, y la variación de suvalor depende del ligante y modificante aplicado a la muestra. La adición de unligante más rígido y modificante SBS redujo el ahuellamiento en 42 y 41%, para4000 y 8000 niveles de carga respectivamente, respecto al observado en mezclasadicionadas con ligante sin modificar.

En el tópico de resiliencia y para mezclas adicionadas con PG 67-22 NA se obtuvouna tendencia general de disminución del módulo a medida que aumenta el factorG/S, y se encontraron dos picos inversos (G/S = 0,70 – 0,95) en los que el módulodisminuye abruptamente En el análisis de las mezclas adicionadas con PG 76-22



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M ó Sá h L l D ifi ió d ñ l Pi t NCAT R d

SBS se observó un valor pico aproximado de G/S = 0,90 que, de la misma manera,se acerca al (G/S)cr ya definido.

La adición de un ligante más rígido y modificante SBS no tuvo ninguna influencia enel comportamiento resiliente de las mezclas cuando G/S < 1, es decir, en presencia

de mezclas arenosas. Pero cuando G/S > 1, mezclas gravosas, las adicionadas conPG 76-22 SBS presentan un aumento del 100% en el módulo resiliente con respectoa las adicionadas con PG 67-22 sin modificante.

Pudo demostrarse que entre el factor de ajuste G/S y G/S* existe correlación linealsistemática de gran importancia, debido a que permitirá a los proyectistas obtener,transformando valores de G/S* en valores de G/S, parámetros mecánicos ehidráulicos que definan de manera cuantitativa la posible respuesta de las mezclasante diversas solicitaciones.

RECOMENDACIONES

Continuar esta metodología de investigación aplicadas a mezclas creadas

de manera intencional con el propósito de obtener la mayor informaciónprecisa posible acerca de sus propiedades y posteriormente establecercriterios de utilidad de determinados materiales en casos particulares.

Aplicar la clasificación de mezclas asfálticas propuesta por RAMCODES adiseños de mezclas asfálticas en la práctica de la construcción depavimentos flexibles.

Evaluacion de Mezclas Asfalticas

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