Manual LPC de formulación de mezclas bituminosas en caliente

Routes CR 39

Bajo la direccin de Jean-Luc Delorme Manual LPC de ayuda en la formulacin de mezclas bituminosas en caliente

Encuestas y Laboratorio de Investigacin de Puentes y Caminos

2

Manual LPC de ayuda en la formulacin de mezclas bituminosas en caliente Grupo de trabajo RST Formulacin de mezclas bituminosas en caliente Bajo la direccin de Jean-Luc DELORME

Julio 2005

Laboratoire Central des Ponts et Chausses 58, bd Lefebvre, F 75732 Paris Cedex 15

2

Jean-Luc Delorme Laboratorio Regional del Este Parisino Esta gua se ha establecido, siguiendo con base en documentos y con la participacin del grupo de trabajo Formulation des enrobs chaud , dirigido por Jean-Luc DELORME Yves BROSSEAUD, Laboratoire Central des Ponts et Chausses Yves GANGA, Laboratoire rgional des Ponts et Chausses de Clermont-Ferrand Ren HIERNAUX, Laboratoire rgional des Ponts et Chausses de Saint-Quentin Jean-Franois LAFON, Laboratoire rgional des Ponts et Chausses de Toulouse Francis MOUTIER, Laboratoire Central des Ponts et Chausses Claude ROGER, Laboratoire rgional des Ponts et Chausses de Strasbourg Patrick VAN GREVENYNGHE, Laboratoire rgional des Ponts et Chausses dAix-en-Provence Y la colaboracin de: Chantal DE LA ROCHE, Laboratoire Central des Ponts et Chausses Florence PERNOT, Laboratoire rgional des Ponts et Chausses de lEst Parisien Franois TRAVERS, Laboratoire Central des Ponts et Chausses Louisette WENDLING, Laboratoire rgional des Ponts et Chausses dAutun Prefacio de Jean-Michel PIAU, Director Tcnico, Laboratoire Central des Ponts et Chausses Para adquirir esta obra: Laboratoire Central des Ponts et Chausses DISTC Section Diffusion 58, boulevard Lefebvre, F 75732 Paris Cedex 15 Tlphone: 01 40 43 50 20 Tlcopie: 01 40 43 54 95 O en el Servidor de Internet LCPC: http://www.lcpc.fr Precio: 30 HT (Costo)

Este documento es propiedad del Laboratoire Central des Ponts et Chausses y no puede ser reproducido, an parcialmente, sin la autorizacin de su Director general (o de sus representantes autorizados) 2006 LCPC ISSN 1160-9761

3

Manual LPC de ayuda en la formulacin de mezclas bituminosas en caliente

Prefacio Manual LPC de ayuda en la formulacin de mezclas bituminosas en caliente Jean-Michel PIAU Este manual est destinado a poner en orden y explicitar los conocimientos de la Red Cientfica y Tcnica de infraestructura (RST), en materia de formulacin de mezclas bituminosas en caliente. Describe al mismo tiempo: El mtodo de formulacin de hormigones bituminosos utilizado por la Red. Las reglas y la experiencia que se aporta en los estudios de formulacin, con el fin de obtener de manera eficiente los materiales que correspondan a un conjunto de especificaciones predefinidas. Este documento ha sido elaborado esencialmente con el propsito pedaggico de transmitir conocimiento y unificar los mtodos en los diferentes Laboratorios de Ponts et Chausses. Se desea que en un plazo relativamente corto, pueda ser enriquecido con la contribucin de empresas y que sirva de base para la redaccin de un Mtodo Francs de formulacin de materiales viales, cubriendo al mismo tiempo las tcnicas de puesta en obra en nuestro territorio y que pueda ser compartido con nuestros colegas europeos e internacionales. A modo de introduccin, nos parece til recordar los principales objetivos de los mtodos de formulacin y explicitar los principales ingredientes sobre la base de un formalismo mnimo. Ser as, ms fcil de asimilar los largos y complejos procesos, usualmente implcitos de elaboracin de estos mtodos y de comprender la diversidad de los mtodos desarrollados en el mundo. La puesta en evidencia de los retos y del largo campo de posibilidades a explorar, justifica de otra parte, los permanentes esfuerzos de investigacin para mejorar y optimizar los mtodos de formulacin. Con el mismo espritu, se hacen algunas consideraciones sobre otra faceta de la formulacin, que concierne los estudios de formulacin propiamente dichos. Los objetivos de un mtodo de formulacin de materiales viales en laboratorio son principalmente de tres rdenes. Se trata, en primer lugar, de obtener y proponer materiales: -Aptos para ser puestos correctamente en .obra durante la construccin -Aptos para resistir a las solicitaciones durante la construccin de la obra -Aptos para satisfacer las exigencias de durabilidad estructural o de calidad funcional de los pavimentos, establecidas por los directores de obra. La calidad y la pertinencia de los mtodos de formulacin condicionan entonces la seguridad en la operacin de la infraestructura, su durabilidad y sus costos de mantenimiento. Pero son igualmente, herramientas valiosas para la innovacin, que dan lineamientos en la elaboracin y mejoramiento de materiales, proporcionando medios rpidos y de relativamente bajo costo, para evaluar su comportamiento. La elaboracin de un mtodo de formulacin resulta de un proceso largo y complejo, que necesita de numerosos ajustes entre el trabajo en campo y las determinaciones de laboratorio y mas

4


precisamente en el contexto de los mtodos de dimensionamiento de pavimentos y de clasificacin y normalizacin de productos. Los mtodos de formulacin se fundamentan en tres pilares principales, fuertemente unidos e interdependientes. El primero concierne al conjunto P de propiedades fsicas, qumicas y mecnicas consideradas como necesarias y suficientes para establecer la aptitud de los constituyentes y de las mezclas para conformar materiales viales. El segundo es el conjunto E de ensayos y mtodos de ensayo, utilizados para medir esas propiedades. El tercero es el conjunto V de valores lmites a alcanzar o a no pasar, en funcin de la propiedades requeridas por la obra durante su vida til, que son parte de las especificaciones de los directores de obra. En el primer conjunto es importante especificar las magnitudes Pc y Pm. Pc Pm aplicadas a los constituyentes aplicadas a las mezclas.

En las ltimas, se hace la distincin entre las magnitudes Pv de tipo volumtrico tales como el mdulo de riqueza y el contenido de vacos, etc., y las magnitudes mecnicas o fsicas de comportamiento, Pf, de tipo emprico o intrnsecas tales como la resistencia al ahuellamiento, resistencia a la fatiga, mdulo de rigidez, etc. Histricamente, los mtodos originalmente se apoyaron principalmente en las propiedades de tipo Pc y Pv, para establecer reglas directas y operacionales de formulacin. Estos mtodos se conocen como de receta. Los mtodos progresaron luego, sin abandonar completamente los primeros, a integrar un nmero creciente de magnitudes de comportamiento, mas cerca de propiedades directamente representativas del comportamiento de materiales en las obras, pero ms complicadas, difciles de evaluar y de tomar en cuenta en los estudios de formulacin. Hoy en da, la importancia creciente de las tcnicas de reciclaje o de reutilizacin de los materiales de construccin y del mantenimiento vial, que multiplican la diversidad de los constituyentes, refuerzan la necesidad de contar con un mtodo de formulacin fundamentado en comportamiento trabajado directamente sobre las mezclas. La seleccin de los ensayos y mtodos de ensayo E, asociados a la medida de los parmetros P, ofrece un gran nmero de grados de libertad en la determinacin de los mtodos de formulacin. Es as que el conjunto E incluye la seleccin de los mtodos de preparacin de probetas o 1 muestras de prueba que difieren usualmente de un pas a otro . Hay que resaltar sin embargo, que para las propiedades P relevantes de la norma Europea, una etapa importante se super 2 recientemente imponiendo ensayos y mtodos de ensayo nicos . La tercera ventana del edificio son los valores admisibles V asociados a las variables P, teniendo en cuenta los ensayos retenidos E y del uso que se le vaya a dar a los materiales. Esta seleccin es una amplia pregunta en si misma. En general resultado de una referencia adquirida en el tiempo y basada en la confrontacin de observaciones de campo y mtodos de dimensionamiento. Para los materiales normalizados, el conjunto V se estructura en clases de materiales que reagrupan, de manera homognea y coherente, las especificaciones deseadas sobre las diferentes variables delEjemplo: se pueden distinguir segn el pas cuatro grandes mtodos de preparacin de probetas: por compactador de placas, por compactacin en cizallamiento giratorio (PCG), por compactacin por impacto o por vibracin. 2 Para un cierto nmero de propiedades para las que los ensayos correspondientes se juzgan equivalentes.1

5


conjunto P. El empleo de productos normalizados permite simplificar el trabajo de los directores de obra. Sealemos finalmente aqu, que segn las necesidades precisas de los estudios de formulacin , se definen varios niveles de aplicacin total o parcial de los mtodos, correspondiente a la puesta en obra de los subconjuntos {P, E, V} tomados de la tripleta {P;E;V}. 1. Ejemplo: Se pueden distinguir cuatro mtodos de preparacin de probetas de ensayo; con compactador de placas, con compactador giratorio, con compactacin por impactos o por vibracin. 2. Adems de un cierto nmero de propiedades para las cuales los ensayos correspondientes son considerados equivalentes. 3. Formulacin de un nuevo material, verificacin peridica de la frmula Los estudios de formulacin se enmarcan dentro de los mtodos de formulacin. Los cuales pretenden generalmente, obtener materiales que satisfagan un conjunto de especificaciones establecidas por el director de obra, combinando las variables de formulacin de mezclas de las que dispone la empresa encargada de la obra. En el caso de la formulacin de una nueva mezcla asfltica en caliente, el conjunto F de los grados de libertad del encargado de la formulacin trabaja principalmente sobre: La seleccin de la fase mineral de la mezcla (relleno, arenas, gravas), en funcin de las exigencias y del lugar de la obra. La seleccin del ligante (naturaleza, consistencia) La inclusin eventual de aditivos (ejemplo, mejorador de adherencia) La seleccin de la distribucin granulomtrica El contenido de ligante en la mezcla3

Simblicamente, un problema de formulacin corresponde a resolver el programa: Encontrar F tal que P(F,E) V Donde: F= E= V= P(F,E)= Valores de los parmetros de formulacin Ensayos y mtodos de ensayos utilizados (comprende la fabricacin de probetas) Intervalos (eventualmente semi-infinitos) de comportamiento requerido Respuestas del material, formuladas siguiendo los valores F, en ensayos E.

El arte del formulador consiste en minimizar el nmero de ensayos de laboratorio (Es decir, el nmero de formulas ensayadas) que permitan resolver el problema. Su saber hacer, est en gran parte implcita, basada en una larga experiencia personal y un conocimiento profundo de los materiales viales y de su sensibilidad cualitativa (a veces tambin cuantitativa) a los parmetros de formulacin. Pero la mayora de las reglas, entre las cuales algunas han sido establecidas en planes de 4 experiencia multifactoriales , son hoy en da explcitas y permiten un aprendizaje acelerado del oficio de formulador. Precisamente en el contenido de este documento se encuentran esas reglas.3 4

Formulacin de un nuevo material, verificacin peridica de la frmula, Ejemplo: estudio del RST llamado Plan plurianual sobre la fatiga de mezclas bituminosas

6


Por el contrario, las tcnicas mismas de resolucin de problemas de formulacin, que los formuladores practican, an hoy en da permanecen implcitas. Retomando el formalismo ndice, se puede simplemente estipular que ellas se fundamentan en 5 mtodos iterativos de gradiente basados en el conocimiento cualitativo , vista cuantitativa de la matriz de sensibilidad

sentido de una disminucin de la desviacin entre el valor P(F,E) actual y el intervalo objetivo V. Es necesario que sea este uno de los caminos a seguir en el desarrollo de programas de computador que ayuden a la formulacin. 4. Estudio del RST Plan pluriannuel sur la fatigue des enrobs bitumineux 5. El conocimiento cualitativo de la matriz de sensibilidad

P( F , E ) , permitiendo corregir los parmetros de formulacin en el F

algebraico de sus componentes. Ella puede ampliarse ms all al conocimiento de sus rdenes de magnitud.

P es antes que todo del signo F

5

El conocimiento cualitativo de la matriz de sensibilidad P revela ante todo el signo algebraico de sus componentes. ElF

puede extenderse ms all de sus rdenes de magnitud.

7


TABLA DE CONTENIDO1 GENERALIDADES FUNDAMENTO DEL MTODO ............................................................ 16 1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 Introduccin...................................................................................................................... 16 Los diferentes mtodos de formulacin....................................................................... 16 El ensayo de formulacin aplicado en Francia ............................................................ 18 Presentacin del documento ........................................................................................... 18 Los ensayos utilizados ..................................................................................................... 19 La Prensa de Cizallamiento Giratorio .......................................................................... 19 Sensibilidad al agua..................................................................................................... 20 El ensayo de Ahuellamiento ........................................................................................ 21 Los ensayos de mdulo ............................................................................................... 22 La resistencia a la fatiga .............................................................................................. 23 Generalidades sobre los constituyentes de las mezclas bituminosas............................. 23 El agregado ................................................................................................................. 23 El ligante ...................................................................................................................... 24 Los aditivos .................................................................................................................. 27 Definiciones y relaciones tiles para un ensayo de formulacin ..................................... 30 Contenido de ligante .................................................................................................... 30 Mdulo de riqueza K [Duriez, 1950] ............................................................................ 30 Porcentaje de vacos o Compacidad ........................................................................... 31 PRESCRIPCIN RELATIVA A LOS CONSTITUYENTES ............................................. 38 Especificaciones sobre el relleno de aportacin ......................................................... 38 Especificaciones sobre los agregados finos de la mezcla .......................................... 38 Especificaciones sobre las arenas. ............................................................................. 39 Especificaciones sobre las gravillas ............................................................................ 40 Especificaciones sobre los aditivos ............................................................................. 42 Especificaciones sobre los ligantes ............................................................................. 43 Especificaciones sobre los agregados ........................................................................ 43 Especificaciones sobre la composicin de la mezcla ...................................................... 46 Curvas granulomtricas ............................................................................................... 46 Contenido de bitumen y Mdulo de riqueza ................................................................ 46 Preparacin de las muestras de ensayo ......................................................................... 48 Medida de masas volumtricas ................................................................................... 48

ENSAYO DE FORMULACIN DE LOS HOMIGONES BITUMINOSOS................................. 36

8


2.3.2 Procedimiento de recalentamiento y de incorporacin de los agregados de hormigones bituminosos ........................................................................................................... 49 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.3.7 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 2.5 2.6 2.7 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.7.4 2.7.5 2.7.6 3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 Mezclado ..................................................................................................................... 49 Compactacin de las muestras de ensayo ................................................................. 49 Aserrado y pegado de las probetas............................................................................. 50 Conservacin de las probetas ..................................................................................... 50 Porcentaje de vacos de las probetas ......................................................................... 50 Ejecucin del Estudio de formulacin .............................................................................. 51 Eleccin del nivel del estudio de formulacin .............................................................. 51 Nivel 1 .......................................................................................................................... 51 Nivel 2 .......................................................................................................................... 53 Nivel 3 .......................................................................................................................... 54 Nivel 4 .......................................................................................................................... 55 Ensayos Complementarios .......................................................................................... 56 Comprobacin de frmula................................................................................................ 56 Duracin de una prueba de formulacin y cantidad necesaria de materiales. ................ 57 Resumen de las caractersticas y de los mtodos de ensayo ......................................... 58 Hormigones bituminosos ............................................................................................. 58 Hormigones bituminosos muy delgados...................................................................... 61 Hormigones bituminosos suaves ................................................................................. 63 Hot Rolled Asphalt ....................................................................................................... 63 Stone Mastic Asphalt ................................................................................................... 64 Hormigones bituminosos drenantes ............................................................................ 66 Seleccin de los componentes ........................................................................................ 68 Agregados ................................................................................................................... 68 Ligante ......................................................................................................................... 74 Aditivos ........................................................................................................................ 77

PUESTO A PUNTO DE LAS MEZCLAS ................................................................................. 67

3.2 Relaciones entre propiedades de los ligantes y propiedades de los hormigones bituminosos ................................................................................................................................... 78 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.3.1 Penetracin y temperatura de anillo y bola ................................................................. 78 Criterio SHRP .............................................................................................................. 79 Origen del bitumen ...................................................................................................... 79 Composicin inicial por tipo de mEZCLA ........................................................................ 80 Gravas bituminosas y mezclas de alto mdulo EB-GB y EB-EME .......................... 80

3.3.2 Hormigones gruesos para capas de rodamiento o intermedias EB-BBSG, EB-BBS, EB-BBME .................................................................................................................................. 84

9


3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 3.5.6 3.5.7 3.5.8 3.5.9 3.6 3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.6.4 3.6.5 3.6.6 3.7 3.7.1 3.7.2

Hormigones bituminosos drenantes BBDr ............................................................... 87 Hormigones bituminosos delgados EB-BBM, BBTM, BBUM (UTLAC).................... 89 Stone Mastic Asphalt SMA ....................................................................................... 92 Ajuste de composicin ..................................................................................................... 93 Efecto de las variables (generalidades) ...................................................................... 93 Efecto de la dimensin D ............................................................................................. 93 Efecto de las proporciones granulares ........................................................................ 94 Discontinuidad ............................................................................................................. 94 Incorporacin de material rodado ................................................................................ 94 Porcentaje de finos ...................................................................................................... 95 Porcentaje de bitumen ................................................................................................. 95 Estudio de compactibilidad en la PCG ............................................................................ 95 Generalidades ............................................................................................................. 95 Porcentaje de vacos en funcin del nmero de giros ................................................ 96 Porcentaje de vacos a un nmero dado de giros ....................................................... 96 Porcentaje de vacos a 10 giros: v10 ............................................................................ 97 Porcentaje de vacos a 1 giros: v1 ............................................................................... 98 Pendiente K1 ............................................................................................................... 98 Pseudo esfuerzo de cizalladura ................................................................................ 99 Exactitud del ensayo.................................................................................................. 100 Correccin de composicin de la mezcla .................................................................. 100 Comportamiento de la mezcla ....................................................................................... 104 Resistencia a las deformaciones permanentes en la mquina de Ahuellamiento LPC 104 Ensayo Duriez ........................................................................................................... 107 Mdulo ....................................................................................................................... 109 Fatiga ......................................................................................................................... 114 Textura ....................................................................................................................... 115 Ensayos anexos ........................................................................................................ 116 Recomendaciones de los expertos ................................................................................ 116 Efecto de los factores de formulacin Sntesis ...................................................... 116 Astucias prcticas del formulador.............................................................................. 118

4 RELACIONES ENTRE LOS RESULTADOS DE LABORATORIO Y LOS RESULTADOS DE OBRA .............................................................................................................................................. 118 4.1 4.1.1 Porcentaje de vacos medido en la Prensa de Cizallamiento Giratorio......................... 119 Objetivo del experimento ........................................................................................... 119

10


4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.3 4.3.1 4.3.2 4.4 4.4.1 4.4.2 4.5 5

Resultados ................................................................................................................. 121 Comentarios .............................................................................................................. 123 Ensayo de ahuellamiento LPC....................................................................................... 124 Los estudios realizados en Francia ........................................................................... 124 Estudio en Colorado .................................................................................................. 126 Clasificacin del comportamiento al ahuellamiento de los hormigones bituminosos 127 Ensayo de mdulo ......................................................................................................... 127 Objetivo y modalidades de realizacin del experimento ........................................... 127 Los resultados ........................................................................................................... 128 Ensayo de Fatiga ........................................................................................................... 130 Objetivo y modalidades de realizacin del experimento ........................................... 130 Los resultados obtenidos ........................................................................................... 131 Conclusiones.................................................................................................................. 132

CONCLUSION ........................................................................................................................ 134

11


LISTA DE FIGURASFigura 1. Prensa de Cizallamiento Giratorio mlpc tipo 2................................................... 20 Figura 2. Prensa de Cizallamiento Giratorio mlpc tipo 3................................................... 20 Figura 3. Ahuellador Modelo grande. ............................................................................... 21 Figura 4. Detalle de la medida de profundidad de ahuellamiento. .................................... 21 Figura 5. Mquina de ensayos de mdulo complejo mlpc 3MC. ...................................... 22 Figura 6. Ajuste del medidor de desplazamiento.............................................................. 22 Figura 7. Mquina de ensayos reolgicos (MAER). ......................................................... 22 Figura 8. Montaje de probetas. ........................................................................................ 22 Figura 9. Ensayo de fatiga en flexin de dos puntos sobre probetas trapezoidales. ........ 23 Figura 10. Vista del frente de explotacin. ....................................................................... 23 Figura 11. Trituracin - Cribado. ...................................................................................... 23 Figura 12. Ensayo de penetracin. .................................................................................. 27 Figura 13. Ensayo de temperatura de Anillo y Bola. ........................................................ 27 Figura 14. Ejemplo de extraccin en el lago Trinidad (Venezuela). .................................. 29 Figure 15. Ejemplo de mezclas bituminosas coloreadas. ................................................. 30 Figura 16. Aproximacin volumtrica de una mezcla. ...................................................... 33 Figura 17. Vacos comunicantes, no comunicantes y oclusos.......................................... 33 Figura 18. Resumen de los niveles del estudio de formulacin. ....................................... 51 Figura 19. Ahuellador de modelo pequeo en el aire. ...................................................... 66 Figura 20. Corte de una Grava-Bitumen. ......................................................................... 80 Figura 21. Corte de un Concreto Bituminoso Semi-Granulado (EB-BBSG)...................... 84 Figura 22. Aspecto de la superficie de un Concreto Bituminoso Semi-granulado (EBBBSG). ............................................................................................................................ 84 Figura 23. Corte de un Concreto Bituminoso Drenante (BBDr). ....................................... 87 Figura 24. Aspecto de la superficie de un Concreto Bituminoso Drenante (BBDr). .......... 87 Figura 25. Corte de un Concreto Bituminoso Delgado (BBM). ......................................... 89 Figure 26. Aspecto de la superficie de un Concreto Bituminoso Delgado (BBM). ............ 89 Figure 27. Corte de un Stone Mastic Asphalt SMA. ...................................................... 92 Figure 28. Aspecto de la superficie de un Stone Mastic Asphalt SMA........................... 92 Figure 29. Nomograma de clculo del mdulo de rigidez de mezclas bituminosas. ....... 112 Figura 30. Ejemplo de variabilidad de porcentaje de vaco PCG obtenida sobre obra. .. 121 Figura 31. Carrusel de fatiga del LCPC.......................................................................... 124 Figura 32. Los Resultados de ahuellamiento LPC - Estudio de ahuellamiento en laboratorio...................................................................................................................... 125 Figura 33. Resultados de ahuellamiento LPC - Estudio de ahuellamiento sobre mezclas fabricadas en planta....................................................................................................... 125 Figura 34. Comportamiento de mezclas en el carrusel de ensayos del LCPC, evolucin de los ahuellamientos bajo una rueda simple ancha (F=42,5 kN V=40 km/h). ................... 125 Figure 35. Extraccin de ncleos in situ. ........................................................................ 128 Figure 36. Aserrado in situ. ............................................................................................ 128 Figura 37. Variabilidad del mdulo sobre muestras tomadas in situ (obra 1). ................ 128 Figura 38. Variabilidad del mdulo sobre muestra tomada in situ (obra 2). .................... 129 Figura 39. Relacin Laboratorio - Obra - Mdulo a 15 (0,02 segundos, 10 Hz). ........ 130 C

12


Figura 40. Sntesis de los resultados de fatiga segn las diferentes modalidades de preparacin de las muestras (estudio previo, comprobacin en laboratorio, muestras en sitio). .............................................................................................................................. 131

13


TABLASTabla 1- Caractersticas usuales de fillers para hormigones bituminosos ........................ 38 Tabla 2- Especificacin sobre los agregados finos de la arena o en su defecto sobre los agregados finos de la mezcla .......................................................................................... 39 Tabla 3- Caractersticas mnimas de las gravillas, ........................................................... 41 Tabla 4- Valor de D admitido en funcin del tipo de mezcla. ............................................ 42 Tabla 5 - Caractersticas de los agregados en funcin de su reutilizacin ....................... 45 Tabla 6- Especificaciones en el tamiz de 2 mm ............................................................... 46 Tabla 7- Valores mnimos de contenido de bitumen y de mdulo de riqueza ................... 47 Tabla 8- Caractersticas de las probetas .......................................................................... 50 Tabla 9- Especificaciones relativas al porcentaje de vacos ............................................. 52 Tabla 10- Especificaciones relativas a la sensibilidad al agua ......................................... 53 Tabla 11- Especificaciones relativas a la prueba de ahuellamiento.................................. 54 Tabla 12- Especificaciones relativas al mdulo ................................................................ 55 Tabla 13. Especificaciones relativas a la resistencia a la fatiga ....................................... 55 Tabla 14- Prueba de formulacin ..................................................................................... 57 Tabla 15- Tipos de ensayos para mezclas bituminosas ................................................... 58 Tabla 16- Tipo de ensayos para los hormigones bituminosos muy delgados ................... 61 Tabla 17- Tipo de ensayos para los hormigones bituminosos suaves .............................. 63 Tabla 18- Tipo de ensayos para Hot Rolled Asphalt ........................................................ 63 Tabla 19- Tipo de ensayos para Stone Mastic Asphalt .................................................... 64 Tabla 20- Tipo de ensayos para los hormigones bituminosos drenantes ........................ 66 Tabla 21- Grado de bitumen recomendado por tipo de mezcla ........................................ 75 Tabla 22- Curva granulomtrica de inicio de EB-GB y EB-EME EB20 o EB14 ................ 82 Tabla 23- Curva granulomtrica de inicio EB-EME 0/10 .................................................. 82 Tabla 24. Contenido de ligante de inicio (Mdulo de riqueza) para EB-GB y EB-EME ..... 82 Tabla 25- Curva granulomtrica de inicio EB-BBSG, EB-BBS, EB-BBME ....................... 86 Tabla 26- Contenido de ligante de inicio (Mdulo de riqueza) EB-BBSG, EB-BBME, EBBBS ................................................................................................................................. 86 Tabla 27- Curva granulomtrica de inicio de BBDr .......................................................... 88 Tabla 28- Contenido de ligante (Mdulo de riqueza) de inicio para los BBDr ................... 89 Tabla 29- Curva granulomtrica de inicio de BBM, BBTM ............................................... 90 Tabla 30 - Contenido de ligante de inicio EB-BBM, BBTM, BBUM ................................... 91 Tabla 31- Curva granulomtrica de inicio de SMA ........................................................... 92 Tabla 32- Contenido de ligante de inicio de SMA............................................................. 93 Tabla 33- Efecto de la composicin sobre los resultados del ensayo............................. 103 Tabla 34- Ajuste de composicin para corregir los resultados ....................................... 103 Tabla 35- Efectos de los factores de formulacin sobre el % de ahuellamiento ............. 106 Tabla 36- Opinin de expertos - Mejoramiento de la resistencia al ahuellamiento ......... 107 Tabla 37- Valores usuales de R (MPa) .......................................................................... 108 Tabla 38- Opinin de expertos - Ajuste de los resultados del ensayo Duriez ................. 109 Tabla 39- Relacin fatiga-prdida de linealidad ............................................................. 114 Tabla 40- Ajuste de la profundidad media de textura ..................................................... 116 Tabla 41- Recomendaciones de expertos Puesta a punto de mezclas [para un tipo de hormign bituminoso]..................................................................................................... 116

14


Tabla 42- Condiciones de obra ...................................................................................... 120 Tabla 43- Porcentaje de vacos - Comparacin laboratorio PCG (estudio, comprobacin) obra (PCG, medida de MVA por gamma densmetro) .................................................... 122 Tabla 44- Comparacin entre comportamiento en terreno de los hormigones bituminosos y el criterio de aceptacin o rechazo segn las especificaciones francesas ..................... 126 Tabla 45 - Valores de repetibilidad y reproducibilidad de los ensayos ........................... 153

15


1 1.1

GENERALIDADES FUNDAMENTO DEL MTODO INTRODUCCIN Los diferentes mtodos de formulacin

1.1.1

Los mtodos de formulacin de hormigones bituminosos se han desarrollado en el curso de los ltimos cuarenta aos como respuesta a la evolucin de diferentes exigencias. En efecto, el aumento de las solicitaciones debidas al trnsito de vehculos, el tener en cuenta la seguridad, el confort, la durabilidad, el mantenimiento, las molestias a los usuarios, en condiciones climticas y en un contexto tcnico dados (concepcin y dimensionamiento de capas de pavimentos), ha hecho cada vez ms compleja, la formulacin de materiales. La formulacin de mezclas bituminosas es delicada porque corrientemente el mejoramiento de una caracterstica por el cambio en la composicin va a influir desfavorablemente en otra caracterstica. Es bien conocido por ejemplo que el aumento del contenido de ligante es benfico para la resistencia a la fatiga, pero nefasto para la resistencia al ahuellamiento. Las propiedades que se buscan en un material bituminoso dependen de la capa en la cual se emplea. As, para las capas de base en las que su papel es repartir las cargas sobre el suelo de soporte sin producir deformacin excesiva, la mezcla debe ser rgida, resistente a la fatiga, resistente a las deformaciones permanentes y relativamente compacta. Para una capa de rodamiento, directamente en contacto con el trfico y las agresiones climticas, el nfasis se hace en la durabilidad con una buena resistencia a la accin del agua, en la resistencia a las deformaciones permanentes pero sobretodo en la bsqueda de caractersticas de superficie (rugosidad, ruido de rodamiento, fotometra, etc.). En otras palabras, segn el caso la mezcla de capa de rodamiento debe ser suficientemente compacta para proteger las capas inferiores de la infiltracin de agua, o bien suficientemente abierta para permitir el drenaje del agua. Las caractersticas buscadas son diversas y frecuentemente contradictorias. La manera de abordar esta problemtica es variada y depende fuertemente del contexto local. Un estado del arte de la formulacin en diversos pases, se ha establecido en el marco del comit tcnico RILEM Rilem report 17, 1998 y permiti distinguir seis mtodos de formulacin: 1. Por receta 2. Por ensayos empricos 3. Por clculos analticos 4. Volumtricos 5. Por ensayos ligados a las propiedades 6. Por ensayos fundamentales El mtodo por receta se apoya en la experiencia local. Una composicin conocida que ha mostrado resultados satisfactorios en condiciones conocidas por largos periodos de tiempo, es reproducida. La aplicacin de estas recetas es a veces acompaada de ensayos provenientes de mtodos empricos. El mtodo ms conocido, empleando ensayos empricos, es el mtodo Marshall. (ASTM DI-55960T). Las probetas son compactadas segn modos de operacin fijados y los resultados de ensayos mecnicos son relacionados con comportamientos observados en campo.

16


El mtodo analtico se fundamenta en las propiedades de los constituyentes y en el modelamiento de la mezcla para calcular el porcentaje de vacos y estimar el comportamiento del material. Este mtodo ha sido principalmente desarrollado en Blgica. El mtodo volumtrico consiste en deducir las proporciones respectivas expresadas en volumen, del esqueleto granular, del ligante y del volumen disponible (porcentaje de vacos) de una probeta compactada en condiciones establecidas y el comportamiento del hormign sin realizar necesariamente ensayos mecnicos complementarios. El mtodo por ensayos ligados a las propiedades, hace referencia a ensayos de simulacin en relacin directa con la propiedad buscada, es el caso del ensayo de ahuellamiento como una simulacin del trnsito de vehculos. El mtodo llamado fundamental comprende ensayos en los que el resultado es directamente utilizable como dato de entrada en modelos de dimensionamiento. Se trata particularmente de valores de mdulo dinmico o de resistencia a la fatiga. La normalizacin europea de las mezclas bituminosas en caliente ha formalizado y sintetizado los principios de esta clasificacin distinguiendo dos mtodos: el mtodo emprico y el mtodo fundamental. El mtodo emprico comprende una fase de receta (ms o menos desarrollado), una fase volumtrica, una fase de ensayos empricos y el caso correspondiente de ensayos asociados. El mtodo fundamental comprende una fase de receta reducida, una fase volumtrica, ensayos asociados y ensayos fundamentales. Los dos mtodos se apoyan tambin una parte descriptiva de las caractersticas de los constituyentes, especialmente de los agregados granulares, porque los ensayos fundamentales no son an suficientes para satisfacer las exigencias buscadas. La formulacin es realizada sobre materiales fabricados en laboratorio o directamente obtenidos por fabricacin en una planta de mezclas. Bajo el trmino formulacin de materiales, dos fases pueden distinguirse: El ensayo de formulacin y la puesta a punto de la frmula. El ensayo de formulacin es en general formalizado porque sirve frecuentemente como base en las relaciones contractuales, en tanto que la puesta a punto de la frmula depende de la experiencia del formulador. La normalizacin europea distingue claramente el ensayo de formulacin que pertenece al dominio marcado CE de la puesta a punto de la frmula no codificada. Algunos mtodos de formulacin comprenden a la vez la parte del ensayo y una parte de la puesta a punto. Es el caso, por ejemplo, del mtodo Marshall que prev una optimizacin sobre el porcentaje de vacos, la estabilidad, el flujo e igualmente el mtodo Superpave (Optimizacin del porcentaje de vacos y del contenido de ligante en funcin del trnsito esperado).

17


1.1.2

El ensayo de formulacin aplicado en Francia

El ensayo de formulacin de mezclas bituminosas aplicada en Francia est definido por normas. Se caracteriza por ser un mtodo fundado, en lo posible, en el comportamiento de la mezcla. Para los materiales con funcin estructural, puede ser clasificado como Fundamental. Para otros tipos de materiales se clasifica como emprico por la norma europea porque se hacen ensayos de comportamiento. El mtodo por receta no es empleado. De otra parte, las consideraciones volumtricas se toman en cuenta con la presa de cizallamiento giratorio. Este ensayo es el eje del mtodo porque es utilizado por todos los tipos de hormigones bituminosos en caliente (Excepcin hecha de las mezclas coladas en va que estn por fuera de este documento. El ensayo de formulacin se desarrolla con materiales preparados en laboratorio, representativos de la obra a ejecutar. Se basa en lmites de comportamiento. El ensayo de formulacin impone especificaciones sobre los componentes, especialmente sobre los agregados. Utiliza los ensayos de prensa de cizallamiento giratorio, de sensibilidad al agua, de resistencia al ahuellamiento, el mdulo de rigidez y la resistencia en fatiga. El mtodo de puesta a punto de la mezcla es completamente a parte y no est codificado. Este principio entra en vigor despus de una treintena de aos, inicialmente formalizada en documentos SETRA-LCPC, luego en las normas francesas. Las normas europeas, destinadas a remplazar las normas francesas no discuten este principio. 1.2 PRESENTACIN DEL DOCUMENTO

Este manual de ayuda a la formulacin de mezclas bituminosas, se redact de acuerdo con las conclusiones del grupo de trabajo citado al comienzo. Se complet, en particular la parte 4, con los resultados de trabajos de investigacin dirigidos en el marco de los programas de investigacin del LCPC (Tema de Investigacin CH15: Formulacin de mezclas bituminosas en caliente). En la parte 1, Introductiva, se hace una resea del principio de los ensayos empleados as como de las definiciones y relaciones necesarias para la realizacin de pruebas de formulacin o la puesta a punto de mezclas. Otras definiciones se consignan en el glosario del anexo F. La parte 2 es dedicada al ensayo de formulacin. El ensayo de formulacin est definido completamente en la norma de referencia. La lista de las normas de referencias de los ensayos realizados, se encuentra en el anexo A. La lista de normas dada est vigente para los constituyentes -granulares, bituminosos-, los ensayos preliminares, los ensayos propiamente dichos, las referencias metodolgicas que provienen de normas de productos o de normas generales. Las familias de productos, EB-BBSG, EB-BBME, EB-BBS, EB-BBM, EB-GB, EB-EME, BBTM, BBDr se describen con sus principales desempeos en el anexo F. Segn el nivel exigido, la prueba contiene ensayos con umbrales ms o menos severos que dependen del uso del material y de su naturaleza. Pero estos resultados de ensayos siempre son acompaados por exigencias sobre los constituyentes y en particular sobre el agregado granular. La parte 2 es una sntesis de las exigencias existentes, presentadas a veces en varios documentos. Las normas europeas son tambin tenidas en cuenta. La lista de las normas europeas con su correspondiente norma francesa est en el anexo B, con recomendaciones de aplicacin y comentarios. Cuando las normas europeas conducen a modificaciones, stas son sealadas en los captulos correspondientes.

18


El objetivo de la parte 3 es sealar los mtodos de puesta a punto y de ajuste de frmula que estn en prctica en la red LPC. Se dan indicaciones para la eleccin de los constituyentes, la interpretacin de los resultados de los ensayo, en particular los de la prensa de cizallamiento giratorio, para llegar a elaborar una mezcla que responda a las caractersticas buscadas. Tambin se hacen recomendaciones para ajustar la composicin de las mezclas cuando el resultado del ensayo sobre una mezcla estudiada no es satisfactorio. Esta parte ha sido elaborada con los resultados de experimentos especficos o transcribiendo las prcticas de expertos de la red de laboratorios o a partir de referencias bibliogrficas. La parte 4 trata las relaciones laboratorio-obra. En el ensayo de formulacin, especificada en los contratos, siendo totalmente realizado en laboratorio, es necesario asegurarse que la fabricacin "industrial" del hormign bituminoso en obra permita obtener caractersticas equivalentes. Este captulo informa en particular sobre los resultados obtenidos en el marco del tema de investigacin CH15 "Formulacin de mezclas bituminosas en caliente", en el porcentaje de vacos de la prensa de cizallamiento giratoria, el mdulo de rigidez y la resistencia a la fatiga. 1.3 LOS ENSAYOS UTILIZADOS

Las principales pruebas utilizadas para la realizacin del ensayo de formulacin se resumen ms adelante. Las bases normativas francesas y europeas son presentadas en los anexos A y B. Los ensayos fueron objeto de experimentos de precisin para determinar la repetibilidad r y la reproductibilidad R. La repetibilidad r y reproductibilidad R se sintetizan en el anexo D. 1.3.1 La Prensa de Cizallamiento Giratorio

Principio: la mezcla hidrocarbonada preparada en laboratorio, se coloca y se acomoda a la temperatura de ensayo (130 a 160C aproximadamente) en un molde cilndrico de 150 mm o C 160 mm de dimetro. Aplicamos sobre la parte superior de la probeta una presin, vertical de 0,6 MPa, al mismo tiempo, la probeta es inclinada un pequeo ngulo del orden de 1 (externo) o 0,82 (interno) y sometida a un movimiento circular. Estas diferentes acciones ejercen una compactacin por amasado. Se observa el aumento de la compacidad (reduccin del porcentaje de vacos) en funcin del nmero de revoluciones. Interpretacin: para un nmero dado de giros, en funcin del tipo de mezcla bituminosa, de la naturaleza del agregado y del espesor de puesta en ejecucin, el formulador puede predecir el contenido de vacos del material en campo. En el caso de capas de rodamiento muy delgadas, se trata de predecir ms la macro textura que la compacidad.

19


Figura 1. Prensa de Cizallamiento Giratorio mlpc tipo 2. Figura 2. Prensa de Cizallamiento Giratorio mlpc tipo 3. El ensayo es muy sensible a factores de la formulacin, como la "friccin" del esqueleto granular (angularidad) y el contenido de ligante. A partir de este ensayo, tambin se pueden detectar riesgos de ahuellamiento. Gracias a la rapidez del ensayo, la Prensa a Cizallamiento Giratoria es un instrumento valioso para el formulador. Igualmente, este ensayo permite descubrir cambios en los agregados, imperceptibles en los ensayos corrientes. Tambin, la Prensa a Cizallamiento Giratoria sirve para verificar la permanencia de las frmulas en el tiempo. Las especificaciones se aplican a todo tipo de hormigones bituminosos. Se establece un intervalo de porcentaje de vacos que se debe obtener a un nmero dado de giros. 1.3.2 Sensibilidad al agua

En el marco de la normatividad francesa, la sensibilidad al agua es medida por medio del ensayo de Duriez. La normatividad europea exige un ensayo de compresin diametral que reemplaza el ensayo Duriez. 1.3.2.1 Ensayo Duriez Principio: la mezcla hidrocarbonada se compacta en un molde cilndrico con una presin esttica a doble mbolo. Una parte de las probetas se conserva sin inmersin a temperatura (18 e C) higrometra controladas, la otra parte se sumerge. Cada grupo de probetas es ensayado en compresin simple.

20


Interpretacin: la relacin entre la resistencia despus de la inmersin y la resistencia en seco indica la sensibilidad al agua de la mezcla. La resistencia en seco es un indicador de las caractersticas mecnicas y la compacidad constituye un valor complementario a la prueba de compactacin en la Prensa de Cizallamiento Giratoria. 1.3.2.2 Ensayo de compresin diametral Principio: las probetas cilndricas se fabrican en la Prensa de Cizallamiento Giratorio o corresponden a ncleos extrados de placas. Una parte de las probetas se conservan sin inmersin a temperatura ambiente, la otra parte se sumerge en agua despus de un proceso de extraccin de burbujas de aire provocada durante 70 horas a 40 Cada grupo de probetas es ensayado en C. compresin diametral a una temperatura de 15 C. Interpretacin: la relacin de la resistencia despus de la inmersin con la resistencia en seco indica la sensibilidad al agua de la mezcla.

1.3.3

El ensayo de Ahuellamiento

Principio: la probeta de prueba es una placa paraleleppeda de 5 o 10 cm de espesor, segn si el espesor del hormign bituminoso a probar es inferior o superior a 5 cm. Esta placa est sometida a la circulacin de una rueda equipada de un neumtico (frecuencia: 1 Hz, carga: 5 kN, presin: 6 bars), en condiciones severas de temperatura (60 C). Interpretacin: la profundidad de la deformacin producida por el paso de la rueda, es registrada con respecto al nmero de ciclos. Las especificaciones establecen un porcentaje de ahuellamiento a un nmero dado de ciclos, para cada tipo y clase de material.

Figura 3. Ahuellador Modelo grande. Figura 4. Detalle de la medida de profundidad de ahuellamiento.

21


1.3.4

Los ensayos de mdulo

Figura 5. Mquina de ensayos de mdulo complejo mlpc 3MC. Figura 6. Ajuste del medidor de desplazamiento.

Figura 7. Mquina de ensayos reolgicos (MAER). Figura 8. Montaje de probetas. Principio: la rigidez de la mezcla se determina por un ensayo de mdulo complejo (solicitacin sinusoidal sobre probeta trapezoidal) o por un ensayo de traccin uniaxial (sobre probeta cilndrica o paraleleppedo). La carga es aplicada en un rango de pequeas deformaciones, controlando el tiempo o la frecuencia, la temperatura y la ley de carga. Interpretacin: el mdulo (relacin entre esfuerzo y deformacin) es calculado para cada condicin de ensayo. Gracias a la equivalencia tiempo-temperatura, se traza la curva maestra del mdulo a una temperatura dada. Esta representacin permite conocer el comportamiento de la mezcla sobre un amplio espectro de tiempo de carga o de frecuencias. La especificacin se refiere al valor del mdulo medido a 15 y a una frecuencia de carga de 10 C Hz o de tiempo de carga de 0,02 segundos.

22


1.3.5

La resistencia a la fatiga

Figura 9. Ensayo de fatiga en flexin de dos puntos sobre probetas trapezoidales. Principio: una probeta trapezoidal es sometida a una deformacin controlada, con temperatura y frecuencia de carga fijas. Cuando el esfuerzo aplicado para mantener la deformacin constante se reduce a la mitad, se considera que la probeta ha fallado al nmero de ciclos considerados. Interpretacin: sobre un grfico log-log, los diferentes pares (nivel de carga, nmero de ciclos para 6 alcanzar el dao), se ubican sobre una recta de fatiga. A 10 ciclos, el valor de deformacin ledo sobre la recta es el valor caracterstico de la resistencia en fatiga: 6. 1.4 GENERALIDADES SOBRE LOS CONSTITUYENTES DE LAS MEZCLAS BITUMINOSAS

Las mezclas bituminosas estn constituidas por un agregado granular en el que el tamao vara entre 0 y D (mm) y de un ligante hidrocarbonado. Aditivos pueden ser aadidos a esta mezcla para mejorar su comportamiento. La mezcla final compactada y enfriada posee un contenido en vacos, no nulo, que afecta el comportamiento del producto. 1.4.1 El agregado

Figura 10. Vista del frente de explotacin. Figura 11. Trituracin - Cribado.

23


1.4.1.1 Los finos Los finos (pasa tamiz de 63 m) de una mezcla hidrocarbonada generalmente son una mezcla de finos de aportacin en baja proporcin y de finos de arena mayoritariamente. Los agregados finos de aportacin pueden derivarse de rocas masivas: el filler calcreo es utilizado mayormente. Tambin encontramos otros materiales tales como el cemento, cal viva, el filler activado (mezcla de finos calcreos y de cal apagada), la cal apagada, las cenizas volantes, los fillers de cementeras y las pizarras. 1.4.1.2 Las arenas Las arenas para mezclas bituminosas son unas arenas trituradas 0/2 o 0/4 (gravas) a menudo con contenido de finos de 18 % (0/2) o de 10 % a 14 % (0/4). La curva granulomtrica de una mezcla de arena y de gravillas de diferentes procedencias puede presentar anomalas (discontinuidad o joroba). Arenas rodadas tambin son utilizadas para mejorar la manejabilidad de las mezclas. 1.4.1.3 Las gravillas Las gravillas (d/D) constituyen " el esqueleto " de la mezcla hidrocarbonada. Por esto, su naturaleza, su angularidad y su forma condicionan la estabilidad de las mezclas y las caractersticas de superficie de las capas de rodadura. Adems, la naturaleza mineralgica influye directamente en la formulacin de la mezcla: ciertos materiales (basaltos, granitos, gneis) son ms difciles de compactar, otros presentan un carcter absorbente (basaltos, calcreos dolomticos) que hay que tener en cuenta en la dosificacin del ligante. La naturaleza mineralgica y la limpieza tambin influyen en la adhesividad bitumen-agregado. 1.4.1.4 Las curvas granulomtricas El material granular es obtenido por mezcla de diferentes fracciones granulares (d/D) que intervienen en su composicin. Cada fraccin se caracteriza por una curva granulomtrica que 6 indica el material que pasa por los diferentes tamices normalizados . La curva granulomtrica de la mezcla es caracterstica del material final. 1.4.2 El ligante

El ligante puede ser un bitumen puro, un bitumen modificado o un bitumen especial (bitumen duro, pigmentables, coloreados, ligantes de regeneracin) o un ligante de sntesis. Si no se tiene la masa 3 volumtrica del bitumen se toma como = 1,03 t/m . 1.4.2.1 Bitmenes puros Comprenden los bitmenes puros normalizados (norma NF EN 12591) y los bitmenes especiales divididos en bitmenes de grado "duro" (NF EN 13924) y en bitmenes de susceptibilidad mejorada.

6

La serie de tamices de base se compone de los siguientes (mm): 0,063; 0,125; 0,250; 0,500; 1 ; 2 ; 4 ; 8 ; 16 ; 31,5

24


1.4.2.2 Bitmenes modificados Los bitmenes modificados son ligantes bituminosos cuyas propiedades han sido modificadas por el empleo de un agente qumico, el que introducido en el bitumen de base modifica la estructura qumica y las propiedades fsicas y mecnicas. Son especificados en la norma NF EN 14023. La norma es ms bien una descripcin que una verdadera clasificacin en funcin del comportamiento. Antes de usarse, son preparados en una unidad especializada. Los agentes qumicos comprenden el caucho natural, los polmeros sintticos, el azufre y ciertos compuestos organometlicos. Los principales agentes qumicos utilizados en la modificacin de los bitmenes son: Polmeros termoplsticos elastmeros SBS (Estireno Butadieno Estireno) SITO (Estireno Isopreno Estireno) SB (Estireno Butadieno) SBR (Copolmero estadstico) Polmeros termoplsticos plastmeros EVA (Etil vinil acetato) EMA (Etil Metacrilato) EBA (Etil butacrilato) PIB (Poly isobutil) Ltex Policloropreno Caucho SBR Caucho natural Polvo de caucho Los ligantes modificados con elastmeros: Se distinguen las mezclas simples y los bitmenes elastmeros obtenidos por reticulacin. Las mezclas simples son generalmente heterogneas a una escala de algunos micrmetros. La finura de la estructura de los bitmenes elastmeros va a intervenir directamente sobre la estabilidad de la mezcla en caliente y sobre sus propiedades fsicas en toda la gama de temperaturas. Los bitmenes elastmeros reticulados tienen una estructura que resulta de una doble forma extremadamente fina de enlaces, del orden del micrmetro. Esta reaccin es irreversible. Los bitmenes elastmeros reticulados tienen con relacin al ligante inicial, resistencias en traccin ms elevadas, as como mayores rigideces y ductilidades. La modificacin del bitumen con elastmeros induce diferencias de comportamiento reolgico. En relacin con el bitumen puro, el BmP SBS presenta, a baja temperatura, mdulos ms dbiles, una mejor flexibilidad. La situacin se invierte a altas temperaturas. Para un bitumen dado, esta modificacin del comportamiento reolgico, depende de la naturaleza y del contenido de polmeros.

25


Los ligantes modificados con plastmeros: Los bitmenes copolmeros de etileno (EVA, EMA y EBA): A bajo contenido de polmeros ( 0,55) correspondiente a un PSV de 53,5, la propiedad de las arenas cumple con los especificados para la categora "A": Vbta es del orden de 1g; es decir MBF del orden de 1000g /kg. A pesar de esto, es evidente que la utilizacin de arena y a veces de gravilla conduce a sensibilidades al agua que no cumplen especificaciones como lo muestran los ejemplos siguientes:

Frmula EB20-GB, todo prfido EB20-GB, todo prfido EB10-BBSG arena aluvial gravilla prfido

Ligante 5,5 % de 35/50 6,0 % de 35/50 5,9 % de 35/50 6,2 % de 35/50 6,6 % de Styrelf 13/40 7 % de Styrelf 13/40

Mejorador de adherencia / / / / / / 0,3 % cecabase S240 PF 0,6 % cecabase S240 PF

r/R 0,53 0,73 0,71 0,79 0,68 0,72 0,78 0,80

BBTM 0/6 arena aluvial 4/6 Prfido

7 % de Styrelf 13/40 7 % de Styrelf 13/40

107


Valores de la relacin r/R superiores a 1 se pueden relacionar con problemas de absorcin de bitumen por el agregado. En mezclas ricas en gravillas, hormigones drenantes por ejemplo, se puede presentar roturas de agregados en el momento de la confeccin de las probetas. r/R es entonces inferior a 0,8. En algunos granitos, la sensibilidad al agua debe ser verificada. Resistencia en compresin Tabla 37- Valores usuales de R (MPa) Clase de bitumen 50/70 35/50 < 25 9 a 14 12 a 21 EB-GB EB-EME BBTM 6a9 6 a 10 2a4 BBDr EBBBME EB-BBSG 7 a 9 (*)(usual: 9 a 10)

EB-BBM 5,1 a 7,1 6,6 a 12,1

6 a 14

(*) Frmulas a base de gravillas (pelitas) y de arena calcrea dieron 12,1 MPa Porcentaje de vacos: Se debe comparar el porcentaje de vacos en la Prensa de Cizallamiento Giratorio para n giros. Sobre BBSG el porcentaje de vacos es del mismo orden. Si existe 3 o 4 % de desviacin, el material es "friccionante". Porcentaje de absorcin Se usa para evaluar el carcter expansivo del material y se define como: M M j+1 Mj+k masa de la probeta seca masa de la probeta despus de extradas las burbujas de aire (1 hora sin inmersin + 2 horas con inmersin) masa de la probeta despus de k das de inmersin

El porcentaje de absorcin es definido por: Valor lmite: ===> 2 % La expansin (aumento del volumen de las probetas), se acompaa de valores dbiles de la relacin r/R, se observan en materiales tales como calizas contaminadas o rocas macizas sensibles al agua.

108


3.6.2.3 Ajuste de los resultados Tabla 38- Opinin de expertos - Ajuste de los resultados del ensayo Duriez Relacin r/R Duriez Por debajo del valor indicado Muy por debajo del valor indicado El mejorador de adherencia en la Adicionar 1% de cal viva o apagada masa (0,3% 0,6% en relacin al Reemplazo de toda o parte de la arena por bitumen) una arena de oro origen Empleo de finos activados por 20% de cal viva o apagada Aumentar el mdulo de riqueza (y disminuir el pasa 2mm) Utilizar un bitumen ms duro Aumentar la compacidad disminuyendo el 2/6

OBSERVACIONES: Estabilidad de mejoradores de adherencia en ligante caliente: Ejemplo con Cecabase S240 PF sobre un BBTM 0/6: r/R = 0,72; con 0,3 % de mejorador de adhesividad conservado 48 horas a temperatura de fabricacin, la relacin r/R permanece sensiblemente igual: 0,75. Con 0,6 %, en las mismas condiciones, la relacin r/R es igual a 0,8. 3.6.3 Mdulo

3.6.3.1 Generalidades La determinacin del mdulo de rigidez necesita ensayos ms extensos y que en general sobrepasan el marco de esta puesta a punto de mezclas. Sin embargo, para ciertos materiales (EME) por ejemplo, es necesario conocer el mdulo de los hormigones bituminosos con el fin de verificar el cumplimiento de las especificaciones. Segn las posibilidades del laboratorio, se pueden realizar planes experimentales ms o menos completos utilizando el ensayo de traccin directa o del mdulo complejo. Mdulo complejo: Es posible establecer directamente haciendo un ensayo a 15 10 Hz. C, Ensayo de determinacin del mdulo en traccin directa (MAER): Mdulo a 15 y 0,02 segundos: este mdulo es superior o igual al mdulo complejo a 15 C 10 Hz. C, En particular, para las mezclas de alto mdulo EME, el mdulo en traccin directa es a menudo superior al mdulo complejo.

Para el trazado de las curvas maestras, a una temperatura dada, a falta de valores experimentales, se puede utilizar el principio de la equivalencia tiempo - temperatura y aplicar la relacin siguiente:

109


H cercana a 50 kcal/mol R constante de los gases perfectos = 8,35 3.6.3.2 Efecto de los factores de formulacin Las variaciones de mdulo en funcin de una variacin de la compacidad establecidas con la frmula siguiente: C pueden ser

(Frmula establecida para agregados de roca masiva N y bitumen 40/50) El efecto del contenido en bitumen puede ser establecido por la frmula siguiente:

(Frmula establecida para agregados de roca masiva N y bitumen 40/50)

110


3.6.3.3 Prdida de linealidad La prdida de linealidad definida en la norma de ensayo es determinada para un tiempo de carga de 30 y una temperatura de 0 C. es un indicador del dao con la primera carga. Se relaciona con la formacin de microfisuras en el hormign bituminoso. Es por eso que correlaciones con la resistencia a la fatiga se han establecido (ver 3.6.4). Con materiales rgidos, tales como EME por ejemplo, se notan roturas en el material antes de alcanzar el umbral de 500 def. 3.6.3.4 Equivalencia entre mdulo en traccin directa - mdulo complejo: Frmulas tericas se han desarrollado para relacionar los valores de mdulo E (, t) y E (, f). A 10 o a 15 los valores de mdulo para una frecuencia de 10 Hz y tiempo de carga de 0,02 C C, segundos se pueden considerar como equivalentes.

111


Esta equivalencia se ha verificado experimentalmente. No obstante, desviaciones se han notado sobre ciertos materiales [hasta 4 000 MPa]. Ejemplo de relaciones experimentales entre E15 10Hz y E15 0,02 s: C C [RILEM 97 Lyon - P.225] 3.6.3.5 Estimaciones del mdulo de hormign bituminoso: El mdulo del hormign bituminoso puede ser estimado gracias a frmulas empricas con aproximaciones ms o menos importantes Mtodo Ug:

Para bitmenes cuyo mdulo Sb (en MPa) se haya medido o sea determinado por el baco de VAN DER POEL, se estima el mdulo del hormign bituminoso empleando el nomograma de la Figura 29 en funcin del volumen de bitumen Vb y del volumen de agregados VG. Figura 29. Nomograma de clculo del mdulo de rigidez de mezclas bituminosas.

112


Los valores de mdulo, establecidos con este mtodo, pueden variar de valores experimentales hasta en un factor de 2. Mtodo Shell: Estimacin del mdulo del bitumen (Penetracin + TBA); clculo del mdulo del hormign bituminoso a partir de la compacidad granular y del tiempo de carga o de la frecuencia. El valor del mdulo est dada por:

La relacin se aplica a hormigones bituminosos muy compactos ( 3 % de vacos).

Para otras mezclas, Cv es reemplazado por Con v = porcentaje de vacos. Mtodo Francken: Se calcula el mdulo elstico E (baja temperatura, frecuencias elevada)

Vg es el volumen de agregados en la mezcla Vb est el volumen de ligante en la mezcla V el porcentaje de vacos residuales de la mezcla El mdulo complejo E* es proporcional al mdulo elstico a travs de la funcin mdulo reducido R*

R* depende de la consistencia del bitumen a una temperatura y una frecuencia dada expresada por G* y de la relacin Vb/Vg sobre el grfico:

Estos mtodos no tienen en cuenta el efecto de la naturaleza del agregado.

113


3.6.4

Fatiga

3.6.4.1 Generalidades El ensayo de fatiga no es realizado en el marco de la puesta a punto de mezclas. Sin embargo, se puede estimar valores de resistencia a la fatiga por relaciones empricas. Es necesario anotar que estas frmulas tienen defectos por el cambio de naturaleza del bitumen y deben pues ser utilizadas ms bien a nivel comparativo. 3.6.4.2 Prediccin a partir del ensayo de traccin directa

es la prdida de linealidad, E0,300s es el mdulo a 0C y 300s. Las relaciones entra la resistencia a la fatiga 6 y la prdida de linealidad se obtuvieron a partir de dos bases de datos, respectivamente establecidas por R.Linder y F.Moutier. Tabla 39- Relacin fatiga-prdida de linealidad Coeficiente LINDER A0 A1 A2 2,69 5,24 8,71 10 -8 Coeficiente MOUTIER 2,39 3,30 -6

Bitumen puro

Intervalo de confianza sobre 6 (coeficientes de MOUTIER) + 0,26 10 (aproximadamente para 40 frmulas de mezclas). 3.6.4.3 Prediccin mtodo Shell (Shell pavement design methods 1978) 6 puede estimarse a partir de la ecuacin siguiente:

Vb es el volumen de bitumen en %; Sm es el mdulo del hormign bituminoso en MPa.

114


3.6.4.4 Prediccin mtodo Francken (ensayo de fatiga a esfuerzo controlado)

b

depende de la susceptibilidad termodinmica del bitumen volumen del ligante

b/(b+vm) es el porcentaje de vacos llenos con ligante 3.6.4.5 Mtodo LPC El valor de 6 para un contenido en bitumen TL en funcin de una variacin de la compacidad para un contenido en bitumen TL puede ser calculado por la frmula siguiente: C

La frmula se estableci para material de roca masiva N de masa volumtrica 2,85 g/cm y para un bitumen 40/50. 3.6.4.6 Ajuste de frmula para mejorar la resistencia en fatiga Para contenidos de ligante inferiores al 7 %, la resistencia en fatiga aumenta con el contenido de bitumen [un aumento del 1 % en el contenido de bitumen permite esperar una ganancia de 25 def sobre el valor de 6]. 3.6.5 Textura

3

3.6.5.1 Generalidades La textura se mide sobre placas moldeadas en el compactador de placas al espesor que corresponde segn la obra y preferentemente sobre placas de 500 mm x 600 mm. Sobre la placa, se realiza realizamos un ensayo de profundidad media de textura (PMT) segn NF EN 13036-1. Como primera aproximacin, se ha establecido la frmula siguiente:

3.6.5.2 Ajuste del valor de profundidad media de textura

115


Tabla 40- Ajuste de la profundidad media de textura Profundidad media de textura PMT Por debajo del valor indicado Muy por debajo del valor indicado Disminuir el % de arena% en 5 puntos y Crear una discontinuidad y ajustar el aumentar la proporcin mayor de 6 mm porcentaje de arena 3.6.6 Ensayos anexos

3.6.6.1 Porcentaje de vacos comunicantes (NF P 98-254-2) La prueba consiste en impermeabilizar las paredes y la base de una probeta de hormign bituminoso cuyo porcentaje de vacos es conocido. La cantidad de agua absorbida por la probeta permite determinar el volumen de los vacos comunicantes, expresado en porcentaje del volumen de vacos. Generalmente vara entre 16 y 20% para mezclas drenantes BBDr 3.6.6.2 Ensayo Cantabro (NF EN 12 697-17) Este ensayo de resistencia a los choques es practicado sobre mezclas drenantes. Tiene en cuenta preferentemente las propiedades de consistencia del ligante. Su pertinencia frente al comportamiento en va no ha sido demostrada. 3.6.6.3 Escurrimiento (NF EN 12697-18) Este ensayo se practica sobre mezclas drenantes y SMA a la temperatura de mezclado. El intenta evaluar la prdida de mastic durante el transporte de los materiales. Dos mtodos se utilizan : Mtodo en canasta para las mezclas drenantes y mtodo de Schellenberg para los SMA. 3.6.6.4 Permeabilidad de las probetas (NF EN 12697-19) Este ensayo se practica sobre mezclas drenantes. Una columna de agua de altura constante se instala sobre una probeta y la percola durante un tiempo dado, ya sea en direccin vertical o en direccin horizontal. 3.7 3.7.1 RECOMENDACIONES DE LOS EXPERTOS Efecto de los factores de formulacin Sntesis

Tabla 41- Recomendaciones de expertos Puesta a punto de mezclas [para un tipo de hormign bituminoso] Resumen del efecto de los factores de formulacin Factores/efecto Aumentar % de arena +++ Porcentaje de vacos Aumentar discontinuidad Efecto inducido Riesgo de ahuellamiento -Riesgo de ahuellamiento

116


Para disminuir

++ Aumentar 10% de arena rodada ++ Aumentar contenido de ligante +

-Riesgo de ahuellamiento --Riesgo de ahuellamiento --

Sensibilidad al agua

Aumentar mejorador de adherencia + Aumentar contenido de ligante + Aumentar finos activados + 2/6

Riesgo de ahuellamiento -

Disminuye el porcentaje de vacos Fatiga, impermeabilidad Vacos Fatiga, sensibilidad al agua Fisuracin de arriba hacia abajo -

Resistencia al ahuellamiento Aumentar

% de arena +++ Aumentar angularidad ++ Disminuir contenido de ligante + Disminuir grado del ligante + Aumentar incorporacin PE ++ Aumentar bitumen especial ++

Modulo

Dureza del bitumen ++ contenido de ligante ++ El mdulo crece, luego decrece en funcin del contenido de ligante Aumentar incorporacin de PE +

Fisuracin de arriba hacia abajo -

Ahuellamiento / fatiga -

117


El mdulo crece, luego decrece en funcin del contenido de ligante--- Efecto muy negativo sobre una +++ Efecto muy positivo sobre la caracterstica a corregir caracterstica -- Efecto negativo sobre una caracterstica otra ++ Efecto positivo sobre la caracterstica a corregir + Efecto medio o dbil sobre la caracterstica a corregir - Riesgo de efecto negativo sobre otra caracterstica

3.7.2

Astucias prcticas del formulador

En el transcurso del estudio de formulacin, es posible escoger el orden de verificacin de las diferentes propiedades, o aligerar puntualmente los mtodos para ganar tiempo, reducir las cantidades de material o permitirse investigar gamas ms amplias de variacin de los diferentes parmetros. La prioridad debe concentrarse en la obtencin de la caracterstica principal, despus de comprobar las caractersticas de compactibilidad. As, por ejemplo, para la puesta a punto de una frmula de mezcla de alto mdulo EB-EME, se verifica el mdulo a 15C, 10Hz y si las propiedades 6 en fatiga se estudian, se realiza un nico nivel de ensayo a la deformacin referida para 10 ciclos. Si el resultado obtenido sobrepasa la vida til, se puede proseguir con pruebas completas. En ese momento se pueden utilizar las relaciones de prediccin de las caractersticas mecnicas (mdulo, fatiga) en funcin de los factores de formulacin para optimizar ms rpidamente la frmula, que luego se podr verificar antes del ensayo completo. En todos los casos, en el transcurso de la optimizacin, es posible reducir el nmero de muestras (por ejemplo, una sola probeta PCG, una sola probeta al ahuellamiento, Duriez reducido, un nico nivel de fatiga). Es completamente posible someter a un test dos probetas de formulacin diferente en el momento de la prueba de ahuellamiento. En cambio, sobre la frmula final, habr que tener los ensayos completos para cada una de las propiedades especificadas. 4 RELACIONES ENTRE LOS RESULTADOS DE LABORATORIO Y LOS RESULTADOS DE OBRA

El mtodo francs se fundamenta en la especificacin de las caractersticas de laboratorio de una mezcla dada. Es necesario conocer las relaciones entre los resultados obtenidos sobre una muestra preparada en laboratorio y una muestra tomada en la obra. La coherencia de este paso (evaluacin en laboratorio / prediccin de los comportamientos en estructuras de pavimento) se ha verificado puntualmente. Sin embargo, la importancia de los aspectos econmicos ligados a los comportamientos efectivamente obtenidas en el pavimento y la evolucin de los medios de fabricacin y puesta en obra imponen estudiar regularmente la correspondencia entre los valores medidos sobre probetas fabricadas en laboratorio y los realmente obtenidos en obra.

118


Esta comprobacin se ha realizado en el curso de diferentes estudios sobre diversas propiedades tales como la compactibilidad en la prensa de Cizallamiento Giratorio, el ahuellamiento, el mdulo de rigidez y la resistencia a la fatiga. El enfoque que se ha seguido en todos los casos consisti en comparar los resultados del estudio de laboratorio, realizado con constituyentes realmente utilizado en obra, y los resultados de ensayos practicados sobre muestras de obra, intentando estimar su variabilidad. Para las propiedades de ahuellamiento, los resultados presentados provienen de dos estudios puntuales de comparacin obra-laboratorio realizados en Francia y Estados Unidos. Para las propiedades de compactibilidad en la prensa de Cizallamiento Giratorio, de mdulo de rigidez y de resistencia a la fatiga, los resultados provienen de temas de investigacin del LPC" Formulacin de los Hormigones bituminosos en caliente". En este estudio, la mezcla ha sido preparada en laboratorio haciendo variar el contenido de ligante alrededor del valor de la frmula. Se han obtenido as un primer conjunto de resultados de laboratorio. En obra, la poblacin de resultados para una mezcla dada y para una prueba determinada se apoy en un gran nmero de muestras (> 20). La relacin de estas poblaciones permiti establecer las conclusiones resumidas en los prrafos siguientes. 4.1 4.1.1 PORCENTAJE DE VACOS MEDIDO EN LA PRENSA DE CIZALLAMIENTO GIRATORIO Objetivo del experimento

Sobre varias obras se han recogido resultados de: Estudio previo, realizado antes de la obra Comprobacin en laboratorio con los materiales de la obra Pruebas en obra, con material hormign bituminoso que proviene de la planta de mezclas, con la Prensa de Cizallamiento Giratorio "mvil" Medidas de porcentaje de vacos en gamma-densmetro a retrodifusin despus de calibracin.

Las condiciones de compactacin en acuerdo con las exigencias de medida han sido verificadas. Las condiciones de las obras analizadas se resumen en la tabla siguiente:

119


Tabla 42- Condiciones de obra Mezcla Tipo clase EB20-GB clase 2 agregados volcnicos Bitumen 35/50 4,2% ext EB20-GB clase 3 agregados volcnicos Bitumen 35/50 4,8% ext(Gabros, riolita, Toba rioltica) (Gabros, riolita, Toba rioltica)

Obra

Capa Espesor Base 10 cm

Puesta en obra Extendido ancho total 8m Compactacin 2 llantas 5 t/r 2 liso (dynapac 511) Extendido ancho variable cerca de 4 m Compactacin 1 llanta 5 t/r 1 liso (dynapac 511) Extendido ancho 8m Compactacin 2 llantas 3 t/r 2 liso (CC501) Extendido ancho 8m Compactacin 2 llantas 5 t/r 2 vibrando (CB624) Extendido ancho 3,5m Compactacin 1 llanta + 1 liso compactacin variable Extendido ancho total 10m Compactacin 3 llantas 4 t/r (3 lisos CC501)

Tipo de obra Gran proyecto de autopista Produccin 4000 t/da

1 RN 7

(2 capas)

2 RN 7

Fundacin 13 cm

Pequea obra bien realizada

EB14-GB clase 3 agregados microdiorita Bitumen 35/50 4,2% ext

3 RN 7

Fundacin 10 cm(3 capas)

Produccin 1500 t/da

Obra de talla media

EB14-GB clase 3 agregados basalto Bitumen 35/50 4,2% ext

4 RN 7


Produccin 2000 t/da

Obra de autopista

EB20-EME clase 2 agregados volcnicos Bitumen 10/20 5,8% ext(Gabros, riolita, Toba rioltica)

5 RN 7


Pequea obra con ambiente difcil

EB10-BBSG clase 3 agregados microdiorita Bitumen 35/50 4,8% ext

6 RN 7

Liga 5 cm

Gran proyecto de autopista 3 a 3500 t/da

Nota: Los compactadores de neumticos utilizados segn el tipo de mezcla son lastrados con entre 3 y 5 toneladas/rueda. Slo la grava bituminosa de la A89, conocida como difcil de compactar, es compactada por vibracin a razn de aproximadamente 6 a 8 pasadas con vibrado de carga media. Las dems mezclas se compactan inicialmente con modo neumtico pesado seguido por compactador liso.

120


4.1.2

Resultados

Para las mezclas 0/20, el criterio escogido para la prueba de Prensa de Cizallamiento Giratorio es el porcentaje de vacos a 120 giros, para las mezclas 0/14, el porcentaje de vacos a 100 giros y 60 giros para el EB10-BBSG. El valor de referencia es la "verificacin de estudio", este criterio parece el ms confiable, ya que se ha obtenido con los materiales realmente utilizados en obra. El estudio de variabilidad se ha realizado en la obra con la Prensa de Cizallamiento Giratorio mvil del LCPC, con un control de la fabricacin en paralelo. Un ejemplo del resultado se ilustra en la Figura 30:

Figura 30. Ejemplo de variabilidad de porcentaje de vaco PCG obtenida sobre obra.

Los principales resultados que conciernen al estudio previo, la comprobacin de estudio, la variabilidad y los resultados de obra se presentan en la tabla 43

121


Tabla 43- Porcentaje de vacos - Comparacin laboratorio PCG (estudio, comprobacin) obra (PCG, medida de MVA por gamma densmetro) No obra % de vacos No ensayos *** *** 10 32 148 *** *** 8 10 *** *** 41 41 *** *** 23 81 *** *** *** Promedio Min Max Esperado % % % % 10,8 7,2 7,4 7,4 9 7,1 5,1 6,3 6,5 9,9 7,9 9,1 8,2 3,9 2,9 3,3 5,5 9,4 6,8 7,4 1,8 2,2 5,2 10 3,4 7,8 7,6 5,6 10,4 11,2 2,8 4,4 4,3 4,7 7,7 8,4 3,4 3,7 6,5 6,2 7,3 9,2 9,4 11,7 2,7 3,2 4,4 Diferencia con la verificacin + 3,6 + 0,2 + 0,2 + 1,8 +,2,0 + 1,2 + 1,4 + 2,0 - 1,2 + 0,3 + 1,0 + 0,4 + 2,6

EB20-GB Clase 2 RN 7 Estudio previo Verificacin del estudio Control sobre muestreo importante PCG Mvil Obra ** Estudio previo Verificacin del estudio PCG Mvil Obra ** Estudio previo Verificacin del estudio PCG Mvil Obra ** Estudio previo Verificacin del estudio PCG Mvil Obra ** Estudio previo Verificacin del estudio PCG Mvil (LCPC) Verificacin del

1

EB20-GB clase 3 RN 7 2

EB14-GB discontinuo 6/10 clase 3 RN 149 3

EB20-EME classe 2 RN 7 5

EB10-BBSG RN 7 6

122


estudio PCG Mvil (LR Autun) PCG Mvil * ** *** 4.1.3

32

7,8

6,2

9,4

3,2

+ 1,0

Obra ** 40 6,5 4,0 8,6 4,6 - 0,3 Resultados en la PCG a 120 giros, (*) a 100 giros, [*] a 60 giros Control en gamma-densmetro punto a punto, (**) control en gamma-densmetro a retrodifusin Promedio de al menos 3 repeticiones Comentarios

Las especificaciones de la norma del ensayo de Cizallamiento Giratorio se siguieron para hacer las comprobaciones en laboratorio con los componentes de la obra. Los resultados obtenidos para las medidas de porcentaje de vacos en sitio con el gammadensmetro siguen las especificaciones de las normas (el valor medio medido sobre obra debe ser comparado con los lmites especificados). Para la mayora de las obras, el conjunto de los resultados prcticamente respeta los lmites indicados en la norma. En la obra 5, sometida a problemas de construccin, los resultados son ms dispersos. Diferencias entre el estudio previo en la Prensa de Cizallamiento Giratorio y la verificacin del estudio pueden aparecer de manera significativa (caso del EB20-GB clase 2 (obra 1) y clase 3 (obra 2): el 3,6 y 2,0 % de desviacin), a causa de la no representatividad de los materiales del estudio previo y a veces de un diferencia de tiempo importante entre el estudio previo y la obra (caso del EB14-GB de la obra 3: 2 % de desviacin, diferencia en tiempo 4 aos). Para los materiales clsicos y para condiciones correctas de puesta en obra, el porcentaje de vacos en la prueba de Cizallamiento Giratorio comparada con la verificacin utilizando los materiales de la obra se considera una prediccin satisfactoria del valor del porcentaje de vacos de la obra. La desviacin mxima es de - 1,2 % a + 1,4 %. En el caso de un defecto de compactacin (caso de la obra 5) el valor medio controlado con gamma-densmetro es anormalmente elevado (+ el 2 % con relacin a la verificacin) con una dispersin muy grande (cercana al 9%). La verificacin en laboratorio con los materiales de la obra y el valor medio en obra utilizando la Prensa de Cizallamiento Giratorio mvil conducen a los mismos rdenes de magnitud que la reproducibilidad del ensayo. La variabilidad de los porcentajes de vacos controlados en obra (con gamma - densmetro) siempre es ms elevada que la de los porcentajes de vacos en la Prensa de Cizallamiento Giratorio mvil, porque adems de las fluctuaciones propias del material (traducido en su mayor parte por la prueba PCG) se suman las fluctuaciones relativas a la aplicacin (espesor de la capa, la capacidad de carga del soporte, y sobre todo la energa de compactacin). En general, los valores medios de estas dos poblaciones son muy comparables. Las especificaciones relativas al porcentaje de vacos establecidas en las normas son realistas y en general se cumplen.

123


Si se asegura la buena representatividad de las muestras de agregado, que es el caso para los estudios de "verificacin", los ensayos en la Prensa de Cizallamiento Giratorio hacen una buena prediccin de los valores medios en obra. El proceso de fabricacin no tiene efecto sobre el parmetro " porcentaje de vacos " medio. Se Encuentra despus de la fabricacin, el mismo valor promedio que en el momento del estudio de laboratorio. El proceso de fabricacin introduce una variabilidad de + el 1,5%. 4.2 4.2.1 ENSAYO DE AHUELLAMIENTO LPC Los estudios realizados en Francia

Los estudios de comparacin efectuados en funcin del modo de preparacin de las muestras: en laboratorio, mixto (fabricacin en planta de mezclas y compactacin de laboratorio), y a partir de placas tomadas en obra, muestran sistemticamente una mejor resistencia al ahuellamiento de los materiales de las obras. Esta desviacin no es constante. Depende de la sensibilidad al ahuellamiento del material. Como primera aproximacin se puede concluir: Hay una buena similitud de resultados, si la frmula resiste bien al ahuellamiento (por ejemplo menos de 5% a 30 000 ciclos): desviacin del 1 al 2 % menos a favor de la obra. una desviacin importante en frmulas sensibles al ahuellamiento (por ejemplo: 10 % a 3 000 ciclos); esta diferencia puede alcanzar del orden de una dcada en nmero de ciclos, para el mismo nivel de deformacin permanente, lo que se traduce por ejemplo para una huella en laboratorio del 10% a 3 000 ciclos corresponde una huella de 10% a 30 000 ciclos.

Encontraremos en las figuras 32, 33 y 34, ejemplos de los resultados obtenidos en experiencias de ahuellamiento en el carrusel de ensayo del LCPC Nantes 1992.

Figura 31. Carrusel de fatiga del LCPC.

124


Figura 32. Los Resultados de ahuellamiento LPC - Estudio de ahuellamiento en laboratorio.

Figura 33. Resultados de ahuellamiento LPC - Estudio de ahuellamiento sobre mezclas fabricadas en planta.

Figura 34. Comportamiento de mezclas en el carrusel de ensayos del LCPC, evolucin de los ahuellamientos bajo una rueda simple ancha (F=42,5 kN V=40 km/h).

125


Se puede pensar que la fabricacin en planta produce un envejecimiento del ligante acompaado de una modificacin de la estructura del bitumen, que se traduce en una menor susceptibilidad trmica del ligante, y por ende en una mayor resistencia al ahuellamiento. No obstante, no hay que concluir, sobre todo, que el comportamiento al ahuellamiento en laboratorio es ms pesimista que en la realidad de la obra. La base de las especificaciones se apoya directamente en los resultados establecidos en laboratorio, segn el protocolo del mtodo de formulacin, y en la observacin del comportamiento real de los pavimentos en funcin de las combinaciones de solicitaciones mecnicas y trmicas. As, si se quisiera determinar la resistencia el ahuellamiento a partir de muestras obtenidas en terreno, sera indispensable modificar y endurecer las especificaciones para tener en cuenta las desviaciones mencionadas anteriormente entre el laboratorio y la obra, recordando que las desviaciones tambin dependen de la sensibilidad del material, lo que complicara fuertemente la determinacin de estos nuevos lmites. No se deben comparar los resultados de ahuellamiento obtenidos por diferentes medios de preparacin de muestras. 4.2.2 Estudio en Colorado

Al principio de los aos 90, un importante estudio ha sido conducido por el FHWA (Federal Highway Agency) de Colorado (T. As

Manual LPC de formulación de mezclas bituminosas en caliente

Documents

Transcript of Manual LPC de formulación de mezclas bituminosas en caliente