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@lgloria27
Ing. Luis Guillermo Loría Salazar, MSc, PhD
APLICACIÓN PRÁCTICA DEL ENSAYO DE MÓDULO DINÁMICO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN EL DISEÑO
DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
M ó d u l o D i n á m i c o E *
Capacidad mecánica de un material
asfáltico función de la velocidad de
aplicación de la carga y de la
temperatura.
Relación esfuerzo-deformación bajo una carga sinusoidal continua
Módulo Dinámico E*
Car
ga
Tiempo
Carga
Carga
Matemáticamente:
Módulo Dinámico E*D
efor
mac
ión
Tiempo
휀𝑝
휀𝑟
También puede ser definida como la razón de la amplitud del esfuerzo sinusoidal
en un tiempo dado (t) y la frecuencia angular de la carga (ω).
Módulo Dinámico E*
𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 − 𝛿)휀𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡)𝜎𝛿
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
S O B R E E L E N S A Y O
Especímenes
Procedimiento de preparación de acuerdo a
ASTM D1560 o D3387.
4000 g de mezcla bituminosa
Especímenes de dimensiones 1:2
100 mm de diámetro por 200 mm de altura.
Compactación y Extracción
Proceso de compactación Extracción de núcleos
Frecuencias: 25, 10, 5, 1, 0.5 y 0.1 Hz
Temperaturas: 14, 40, 70, 100 y 130°F
Carga aplicada debe producir un esfuerzo de10 a 100 psi (14 - 70°F) y de 2 a 10 psi (100 -130°F).
Ciclos de carga: a 25 y 10 Hz se aplican 200ciclos, a 5 Hz 100 ciclos, a 1 Hz 20 ciclos, a 0.5Hz 15 ciclos y a 0.1 Hz 15 ciclos.
Condiciones de ensayo
Condiciones de ensayo
Las condiciones de ensayo pueden
ser sujetas a modificaciones por
las características del proyecto
Descripción del ensayo
Un espécimen de mezcla asfáltica en caliente a cierta temperatura es
sometida a un esfuerzo sinusoidal controlado de diferentes frecuencias.
El esfuerzo es aplicado y sus deformaciones axiales resultantes son
medidas en función del tiempo, lo que permite calcular el modulo dinámico
y el angulo de fase.
S a l i d a d e l
e q u i p o
Procesamiento de datos E
* (M
Pa)
Frecuencia (Hz)
T= -10,0 °C
T= 4,4 °C
T= 21,1 °C
T= 37,8 °C
T= 54,4 °C
Caracterización de materiales
Módulo dinámico para mezcla asfáltica
16
Análisis de datos: Curva Maestra
Ecuación Sigmoidal de Mezcla Asfáltica
|E*| = Módulo dinámico, psi
α, β, δ, γ = Parámetros de ajuste
fr = Frecuencia reducida, Hz
10
100
1000
10000
100000
1.0E-07 1.0E-04 1.0E-01 1.0E+02 1.0E+05 1.0E+08E
* (M
Pa
)ω red (Hz)
Análisis de datos
MEPDG factor cambiante Polinomio de segundo orden
Donde:
fr = Frecuencia reducida f = Frecuencia de carga
c = Parámetro de ajuste η = Viscosidad del ligante
TR = Temperatura de referencia T = Temperatura del ensayo
ηTR = Viscosidad del ligante a a1, a2 = Parámetros de ajuste
la temperatura de referencia
Interfaz para módulo dinámico
El valor del módulo de rigidez de la mezcla asfáltica es dependiente de la temperatura y de la frecuencia deaplicación de la carga, es por esto que se le da el nombre de módulo dinámico (|E*|). Esta dependencia estáasociada al comportamiento viscoelástico delligante que compone la mezcla.
Esta interfaz construye la curva
maestra de módulo dinámico de la mezcla y del asfalto a partir
de datos de
laboratorio.19
A P L I C A C I Ó N E N E L D I S E Ñ O
El módulo de la mezcla asfáltica es en uno de los principales parámetros
de diseño.
Diseño de pavimentos
Tránsito Clima Materiales
Aplicando criterios Mecanístico-Empírico
Clima Materiales
Carga
DesempeñoAcumulación de daño Respuesta
Diseño de pavimentos
CR-ME
C R - M E
C R - M E
Propiedades mecánicas
Correlaciones
Nano y Micro
Meso
Laboratorio
Real
Escalas de Diseño
M A T E R I A L E S C R - M E
C O R R E L A C I O N E S
Modelo de Witczak 1-37 y 1-40D
Modelo de Hirsch
Modelo de Alkhateeb
Modelo Huet-Sayegh
Modelo 2S2P1D
Redes Neurales Artificiales
C O R R E L A C I O N E S
Capacidad Mecánica
Módulo de Diseño
E*
Módulo Dinámico
AASHTO TP 79
P R O P I E D A D E S M E C Á N I C A S
Módulo Resiliente a
Tensión Diametral
Capacidad Mecánica
Módulo de Diseño
E*
O bien
P R O P I E D A D E S M E C Á N I C A S
V A L O R E S D E D I S E Ñ O
V = 60 km / hr f = 10 Hz
T = 0 C21 C60 C
E*=1 410 000 psi
1
10
100
1.000
10.000
1,E-10 1,E-08 1,E-06 1,E-04 1,E-02 1,E+00 1,E+02 1,E+04 1,E+06
Dyn
amic
Mo
du
lus
|E*|
, ksi
Frequency, Hz
|E*| at Reference Temp |E*| at selected temp
V A L O R E S D E D I S E Ñ O
V = 60 km / hr f = 10 Hz
T = 0 C21 C60 C
E*=370 000 psi
1
10
100
1.000
10.000
1,E-08 1,E-06 1,E-04 1,E-02 1,E+00 1,E+02 1,E+04 1,E+06
Dyn
amic
Mo
du
lus
|E*|
, ksi
Frequency, Hz
|E*| at Reference Temp |E*| at selected temp
V A L O R E S D E D I S E Ñ O
V = 60 km / hr f = 10 Hz
T = 0 C21 C60 C
E*=22 600 psi
1
10
100
1.000
10.000
1,E-07 1,E-05 1,E-03 1,E-01 1,E+01 1,E+03 1,E+05 1,E+07 1,E+09 1,E+11
Dyn
amic
Mo
du
lus
|E*|
, ksi
Frequency, Hz
|E*| at Reference Temp |E*| at selected temp
V A L O R E S D E D I S E Ñ O
V A L O R E S D E D I S E Ñ O :
C A L C U L O
Módulo Dinámico
Base Granular20 000 psi
SR = 8000 psi
log(N) = 15.947 – 3.291 log(r) – 0.854 log(E)
N = 325 000 ESALs
E*=1 410 000 psi
V A L O R E S D E D I S E Ñ O :
C A L C U L O
Módulo Dinámico
Base Granular20 000 psi
SR = 8000 psi
log(N) = 15.947 – 3.291 log(r) – 0.854 log(E)
N = 20 200 ESALs
E*= 370 000 psi
V A L O R E S D E D I S E Ñ O :
C A L C U L O
Módulo Dinámico
Base Granular20 000 psi
SR = 8000 psi
log(N) = 15.947 – 3.291 log(r) – 0.854 log(E)
N = 1 700 ESALs
E*= 22 600 psi
D E S E M P E Ñ O D E L A M E Z C L A A S F Á L T I C A
Métodos Fundamentales:
Propiedades fundamentales
- Diseño Mecanicista y Empírico-
Mecanicista
- Predicción de desempeño
Métodos Empíricos:
Propiedades empíricos
- Correlaciones de desempeño
- Especificaciones puntuales
- Herramienta de diseño
Análisis de Desempeño
Variabilidad de los materiales.
CONSIDERACIONES IMPORTANTES
Reproducibilidad y repetividad de los ensayos.
Practicidad del ensayo.
Tipo de especímenes.
Preparación de los materiales.
Métodos de compactación.
Temperaturas de ensayo.
Modos de falla.
Niveles de esfuerzo y deformación.
Análisis de Desempeño
❖ Predecir la susceptibilidad o resistencia del
material ante los principales tipos de deterioro.
❖ Análisis forense.
❖ Proveer de datos de entrada modelos de
respuesta del pavimento.
¿Para qué sirven los Ensayos
de Desempeño?
Agrietamiento por Fatiga
Análisis de Desempeño
Agrietamiento por fatiga: Desempeño en el laboratorio
Análisis de Desempeño
A p l i c a c i o n e s
Funciones de transferencia (Viga a flexión AASHTO T 321)
- Modelo de Finn
- UCR
- DOT Illinois
- Transport and Road Research Laboratory, England
- Instituto del Asflato
-Método de la Shell
Deformación Permanente
Análisis de Desempeño
Deformación permanente: Desempeño en el laboratorio
Análisis de Desempeño
A p l i c a c i o n e s
Diseño y análisis de los ensayos fundamentales de
ahuellamiento
-Modelos empíricos de regresión.
-Modelos de leyes de deformación plástica.
-Ecuaciones funcionales basadas en pruebas de
laboratorio.
Mas reconocidos:
-Shell
- FHWAVESYS
Daño Por Humedad
Análisis de Desempeño
Daño por humedad: Desempeño en el laboratorio
Análisis de Desempeño
E n s a y o s A c e l e r a d o s A P T
Es un experimento que permite
reproducir de manera acelerada el
efecto de los vehículos
sobre las estructuras de pavimento
¿Qué es un ensayo acelerado?
Desarrollo y calibración de
modelos de respuesta y
desempeño de Pavimentos.❖ Modelos de Respuesta Mecanística
para varios escenarios: Humedad,
temperatura, cargas (esfuerzo y
deformación)
❖ Desarrollo de modelos Empíricos
para calibración de
❖ campo
Objetivos
❖ Evaluar nuevos materiales
❖ Comparar distintas técnicas.
❖ Identificación de
deficiencias en las prácticas
constructivas
Además permite…
Ensayos Acelerados
Particularidades de los ensayos acelerados
Ensayos Acelerados
Particularidades de los ensayos acelerados
Ensayos Acelerados
Calibración de ensayos de desempeño con Ensayos Acelerados (APT)
Ensayos Acelerados
Funciones de transferencia para Costa Rica
Modelo de predicción de deformación permanente
Ensayos Acelerados
Funciones de transferencia para Costa Rica
Modelo de predicción de agrietamiento por fatiga
MUCHAS GRACIAS
Luis Guillermo Loría Salazar, Ph.D.
Coordinador General del Programa de Infraestructura del Transporte
PITRA-LanammeUCR