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LTIMOS AVANCES DE SUPERPAVE: BUSCANDO UN MTODO QUE ACOMPAE AL MTODO En los EEUU desde 1994 se difundi una nuevaE los ltimos aos tanto la carga que llevan los vehculos como la cantidad de estos ha a metodologa de diseo de mezclas asflticas denominadas Superpave (Superior Perfomance Asphat Pavements).Este mtodo abandona por completo los procedimientos empricos usados hasta este momento como es el Marshall o Hveem , y se enfoca en las propiedades fundamentales de los ligantes y las mezclas asflticas. Parte del nuevo procedimiento incluye un nuevo sistema de clasificacin de ligantes denominada Performance Grade PG y tambin un nuevo mtodo de compactacin de las probetas, usando el Compactador Giratorio Superpave. Se pens que con estas modificaciones, entre otras se conseguira prevenir fallas prematuras y conseguir mezclas mucho ms confiables. Sin embargo, los resultados iniciales en centros de ensayos no fueron alentadores. Las estructuras fallaron prematura y drsticamente, es ah donde se pone nfasis en la necesidad de complementar el mtodo con un ensayo de confirmacin o tambin lamado ensayo simple de comportamiento (Simple Performance Test, SPT). En los ltimos aos, Arizona State University, ha estado encargada de desarrollar este ensayo, las especificaciones, los equipos necesarios y las guas de usuario requeridas para su implementacin. En el Peru , lamentablemente estamos an lejos de llegar a implementar esta nueva tecnologa , aun se usan mtodos empricos de mediados del siglo XX y una clasificacin de ligantes que cada vez es dejada de lado por pases del primer mundo e inclusive por pases en vas de desarrollo . El mtodo recientemente fue presentado a la comunidad cientfica Peruana, aunque no se mencionaron los ltimos avances que son bsicos para la apropiada implementacin del mtodo. Se espera que en el ms corto plazo esta metodologa pueda ser transferida e implementada al Per, ya que al igual que con lo est pasando con el diseo de pavimentos , la comunidad cientfica mundial cada da abandona los mtodos empricos y confa mas en los mtodos mecanisticos empricos basados en conceptos mas tericos y en propiedades fundamentales de los materiales El seguir usando mtodos empricos representar para el Per el desperdicio de los pocos recursos que tenemos , ya que las obras de infraestructura vial n sern confiables y representarn para la nacin gastos recurrentes que pueden ser evitados si es qu existe la decisin y el deseo

de implementar e invertir en una metodologa que esta ms acorde con las necesidades del mercado actual. HISTORIA DEL SUPERPAVE En los ltimos aos , tanto la carga que llevan los vehculos como la cantidad de estos ha aumentado de manera exponencial en los EE.UU. , Europa y en el mundo entero. Tan significado es el incremento de la carga en el comportamiento de los pavimentos que tan solo por aumentar la carga mxima legal en un 10 % , se produjo un aumento de 40 al 50% en los esfuerzos acarreados por la estructura (1), Ante estos problemas , los materiales convencionales y los mtodos de diseo usados hasta el momento empezaron a producir fallas prematuras o estructuras que no duraban el tiempo esperado . Los mtodos de Marshall y Hveem, tradicionalmente usados y desarrollados en la primera mitad del siglo XX demostraban que ya haban cumplido su ciclo. Por eso el congreso de los estados unidos autorizo en 1987 la creacin de un programa que evalu y proporcione recomendaciones para mejorar las carretas e infraestructura vas de los EEUU en general. El programa estratgico de investigacin de carreteras, fue encargado dentro de varias responsabilidades, de producir un mtodo nuevo de diseo que este acorde con las necesidades del mercado actual y que no se descontinu en el futuro. As en 1994 SHRP, produce el pavimento de comportamiento superior, conocido como superpave . el mtodo de diseo volumtrico superpave fue desarrollado como un sistema de diseo completo para mezclas asflticas, que se adecua a los requerimientos nicos de trafico , clima , y estructura de pavimento de cada proyecto . en los ltimos 10 aos de la era de superpave , todos los estados en EEUU han implementado diferentes partes del nuevo mtodo , como la nuega clasificacin de ligantes. El mtodo de diseo superpave para mezclas asflticas consiste en tres fases: 1. Seleccin de materiales para el ligante y el agregado 2. Mezcla del agregado 3. Anlisis volumtrico en probetas compactadas usando el compactador giratorio Sin embargo, actualmente el mtodo no incluye un ensayo que ayude a determinar si la mezcla es apropiada o no para las condiciones especificas del proyecto, ya que solo est basado en el anlisis volumtrico realizado durante el mezclado. Existe una lista de ensayos sugeridos para hacer comparaciones, pero no existe el ensayo que est ligado al mtodo superpave, como el ensayo de estabilidad y flujo lo estn para el mtodo de Marshall.

Fue resaltada la necesidad simple para evaluar el probable comportamiento de las mezclas en el campo, cuando los primeros resultados de ensayos como el Westrack, Nevada y otras secciones en todo el pas, diseadas con Superpave, empezaros a salir a la luz. En westrack por ejemplo se observo que las mezclas asflticas fallaron prematuramente y de manera drstica. Los asentamientos permanentes estaban muy marcados, llegando a lmites extremadamente altos, no aceptados en una carretera interestatal por el peligro hacia los usuarios. Es por eso que la industria sealo la necesidad de desarrollar ese ensayo simple de comportamiento que acompae a los esfuerzos iniciales de SHRP y su producto superpave. En 1996, la administracin federal de carreteras dispuso fondos para encontrar esa SPT. esta SPT tendra como objetivo el medir una propiedad fundamental de la mezcla asfltica que sera luego relacionada con modelos mecanisticos empricos que calculen las fallas de los pavimentos como el asentamiento o el agrietamiento longitudinal o por fatiga . Usando los valores de la SPT, se creara una serie de tablas de gua para que el ingeniero pueda determinar si su mezcla cumple o no con las especificaciones deseadas bajo las condiciones de clima y trafico relacionadas con su proyecto. Del mismo modo FWA calculo que la SPT podra servir como una herramienta que facilite el control de calidad durante la construccin de los pavimentos. As la FHWA contrato a la universidad de Maryland en College Park para desarrollar todas las especificaciones necesarias, tablas de gua y criterio para esta SPT que eventualmente acompaara al mtodo Superpave. El proyecto se contino en 1999 con el nombre de proyecto NCHRP 9-19, gestin de modelos de comportamiento y apoyo a Superpave y se traslado a Arisona State University donde actualmente se encuentra en la fase final. CONDICIONES ACTUALES EN EL PERU Actualmente e mtodo de diseo de mezclas asflticas ms usado es el de Marshall desarrollado en la primera mitad del siglo XX, para condiciones muy distintas a las de Per. Las condiciones climticas y geogrficas del Per por la sola presencia de la cordillera de los andes hacen que desde ya se realice una extrapolacin al mtodo emprico de Marshall. Ms aun, el trfico vehicular ha cambiado radicalmente en los 70 aos de existencia del mtodo. Conocer las cargas a los que los pavimentos estn realmente expuestos es sumamente difcil debido a la irresponsabilidad de los choferes que sobrepasan el lmite legal mximo. Y si a esto se le suma

la condicin del parque automotor, se tiene como resultado que el mtodo de Marshall est siendo usado para condiciones totalmente diferentes para las que fue concebido. El resultado lgico es estructuras que fallan prematuramente, que conllevan a invertir fondos adicionales para mantener las carreteras y un gasto continuo de rehabilitacin para mantener las carreteras y un gasto continuo de rehabilitacin para mantenerlas en un estado aceptable. La implementacin del mtodo superpave en el Per a 10 aos de su presentacin en la comunidad cientfica mundial, es aun un proyecto. Ni siquiera se ha implementado el nuevo sistema de clasificacin de ligantes denominado Performance Grade PG que se basa en las temperaturas mximas y mnimas de la regin en la que el pavimento se ha de usar. En el Per los ligantes aun son clasificados usando el antiguo mtodo de penetracin y en algunos casos el de viscosidad. Parte de la demora en implementar esta nueva tecnologa tiene que ver con el alto costo inicial y en el desinters de las autoridades respectivas. Estudios iniciales con Superpave han empezado a aparecer en la comunidad cientfica peruana pero hay un largo camino por recorrer. PUNTOS IMPORTANTES: 1. Definicin del ensayo simple de comportamiento (SPT) 2. Resultados iniciales del proyecto NCHRP 9-19 encargado de encontrar esta SPT. 3. Teora de las tres candidatas finales a convertirse en SPT 4. Preparacin de las probetas y acondicionamiento para los ensayos candidatos 5. Potencial uso de la SPT en el diseo de las mezclas asflticas 1. DEFINICIN DEL ENSAYO SIMPLE DE COMPORTAMIENTO (SPT) La definicin exacta de la SPT es: Es un ensayo que de manera precisa y confiable mide una caracterstica o parmetro de la mezcla asfltica que tiene una excelente correlacin con los valores medidos de una falla del pavimento (por ejemplo, asentamiento permanente y agrietamientos) que se mantiene en una gran diversidad de rangos de trfico y condiciones climticas. De esta manera no es necesario que la SPT prediga el comportamiento de la mezcla asfltica durante toda la vida til del pavimento, pero os resultados deben permitir determinar la habilidad de la mezcla para resistir agrietamientos y asentamientos permanentes bajo condiciones especificas.

2. RESULTADOS INICIALES DEL PROYECTO NCHRP 9-19 ENCARGADO DE ENCONTRAR ESTA SPT. Al inicio del proyecto, el equipo de investigacin de ASU distribuyo encuestas a ingenieros de todas las agencias estatales de transportes de los EEUU as como tambin a los ingenieros ms representativos de la industria privada en la cual se les preguntaba lo siguiente: a) Cul es la falla del pavimento que debera tener mayor correlacin con la SPT? b) Cuando estaran los ingenieros a gastar para implementar el equipo necesario para la SPT y cuanto debera este ensayo demorarse en realizar? c) Qu usos de la SPT ve como los ms importantes? Con respecto a la primera pegunta, las fallas de los pavimentos fueron reducidas a tres opciones y el promedio de los resultados de todos los encuestados fueron los siguienes: Asentamiento permanente 1.1 Agrietamiento por fatiga 1.8 Agrietamiento trmico 2.2 Al mismo tiempo se encontr que la industria en promedio estaba dispuesta a realizar una inversin inicial para implementar esta tecnologa por aproximadamente $ 36800 y esperaban que el tiempo del ensayo no exceda las 8.6 horas. Finalmente, los encuestados le dieron mayor importancia a la capacidad de la SPT para identificar mezclas de comportamiento inferior (9.3/10) y de proveer predicciones de las fallas en el campo de manera confiable (8.4/10) Tabla 1:

LISTA INICIAL DE ENSAYOS A SER EVALUADOS En un estudio preliminar se concluyo que no exista un SPT nico y prefecto para todos los tipos de falla, condiciones climticas y de trfico. Por este motivo el equipo de investigacin evalo de una serie variada de ensayos que se crea cumplan con la descripcin de SPT provista anteriormente. Ya que las dos fallas ms importantes e la encuesta fueron el asentamiento permanente y el agrietamiento por fatiga, la lista de ensayos fue dividida con respecto a cada falla. La lista es presentada a continuacin:

a) Ensayos candidatos para SPT con respecto a asentamientos permanentes Modulo dinmico triaxial Modulo dinmico cortante o tangencial maquina cortante superpave Modulo dinmico cortante quasi-directo maquina cortante en campo Modulo elstico ensayo de propagacin de ondas ultrasnicas Modulo dinmico calculado de regresiones no lineales Resistencia a esfuerzos tangenciales triaxiales Deformacin permanente con cargas repetitivas tangenciales simples Escurrimiento plstico esttico triaxial ( tiempo de flujo ) Asentamiento permanente por cargas repetitivas triaxiales ( nmero de flujo ) b) Ensayos candidatos para SPT con respecto a agrietamiento por fatiga Modulo dinmico triaxial Tensin indirecta Resistencia a la tensin indirecta Modulo resilente en tensin indirecta Fatiga en tensin indirecta Escurrimiento plstico en tensin indirecta En esta primera etapa del proyecto un extenso programa de ensayos fue realizado en cada una de estas candidatas usando mezclas de tres centros de ensayo a escala real en los EEUU : Minnesota , Nevada y Virginia. REDUCCIN DE ENSAYOS A LOS CANDIDATOS FINALES: Basados en los resultados de las diversas correlaciones construidas con todos los ensayos, el equipo de investigacin del proyecto 9-19 construyo una tabla en donde califico subjetivamente a los ensayos candidatos con relacin al asentamiento permanente. As se estableci que los tres ensayos con mayor importancia serian los candidatos finales para terminar con el proyecto. Estos ensayos fueron los siguientes: Modulo dinmico triaxial Escurrimiento plstico esttico triaxial ( tiempo de flujo ) Asentamientos permanente por carga repetitivas triaxiales ( numero de flujo )

Con respecto al agrietamiento por fatiga , el equipo de investigacin recomend la continuacin del estudio usando solo dos ensayos. Modulo dinmico triaxial a bajas temperaturas Escurrimiento plstico en tensin directa Los candidatos finales serian expuestos a validaciones ms extensas, usando datos de otras locaciones y tipos de mezcla. Unas ves que se haya encontrado ese ensayo SPT, el equipo de investigacin se embarcara en crear guas del usuario y tablas de criterio para guiar al ingeniero durante el diseo de la mezcla y el control de calidad de la obra. 3. TEORA DE LAS TRES CANDIDATAS FINALES A CONVERTIRSE EN SPT Modulo dinmico triaxial mtodo standard para el ensayo del modulo dinmico de mezclas de concreto asfltico , el ensayo de E* consiste en aplicar una carga de compresin uniaxial sinusoidal a una probeta cilndrica confinada o no confinada , como se observa en la figura 2. La relacin entre el esfuerzo y la deformacin bajo este tipo de carga para materiales visco-elsticos es definida por un numero complejo llamado el modulo complejo (E*) y su valor absoluto [E] , es modulo dinamico . Matemticamente se define se define a su ves como el esfuerzo dinamico (So) dividido por la deformacin axial recuperable o. [E*] = o / o Matemticamente, esto se expresa de la siguiente manera: E* = [E*] cos + i [E*] sen = ti / ( tp x 360 ) Donde: Ti = tiempo de demora entre un ciclo de esfuerzo y deformacin Tp = tiempo por un ciclo de esfuerzo I = numero imaginario

Para un material puramente elstico = 0 y el modulo complejo E* seria el valor absoluto o el modulo dinmico. Para un material puramente viscoso = 90

Escurrimiento plstico esttico triaxial ( tiempo de flujo ) El modulo E* de un material es una importante propiedad que relaciona la deformacin y el esfuerzo se usa para predecir fallas de los pavimentos. Sin embargo para materiales visco elsticos es ms ventajoso usar el trmino COMPLIANCE o D(t) . Este trmino no es ms que el reciproco del modulo y su mayor ventaja es que permite la separacin de los componentes de las deformaciones dependientes y no dependientes del tiempo. En un ensayo de escurrimiento plstico con fuerzas de compresin estaticas lo que se mide es la relacionn total de la deformacin y el tiemo bajo condicieones confinadas o no confinadas . el ensayo de escurrimiento plstico estatico provee suficiente informacin para determinar los componentes insytantaneos elsticos( recuperables ) y plsticos ( no recuperables ) , asi como tambin los componentes visco elsticos y visco plsticos de la respuesta del material ( que son dependientes del tiempo ). La figura 3, muestra una relacin tpica entre el valor total calculado de D(t) y el tiempo de carga . D(t) fue dividido en tres zonas : 1.- la zona primaria porcin en la cual el grado de aumento de la deformacin disminuye con el tiempo de carga

2.- la zona secundaria porcin en la cual el grado de aumento de la deformacin es constante con respecto al tiempo de carga. 3.- la zona terciaria porcin en la cual el grado de aumento de la deformacin incrementa con el tiempo de carga.

4. PREPARACIN DE LAS PROBETAS Y ACONDICIONAMIENTO PARA LOS ENSAYOS CANDIDATOS 5. POTENCIAL USO DE LA SPT EN EL DISEO DE LAS MEZCLAS ASFLTICAS