Características de las mezclas asfálticas

Transcripción

1 Características de las mezclas asfálticas Con asfaltos convencionales y modificados Dr. Ing. R. Adrián Nosetti Saltar a la primera página

2 Mezclas asfálticas Para lograr un adecuado proyecto Estabilidad Flexibilidad Resistencia a las deformaciones Plásticas Durabilidad Resistencia al deslizamiento Impermeabilidad Resistencia a la Fatiga Trabajabilidad

3 Mezclas asfálticas El conjunto de estas propiedades son netamente técnicas pero no debe dejarse de lado el aspecto económico, es decir buscar las características antes mencionadas al menor valor posible. El diseño de una mezcla asfáltica debe ser sustentado en un criterio técnico económico.

4 Estabilidad La capacidad de soportar cargas impuestas por los vehículos -en distintas condiciones de tránsito- con deformaciones que sean compatibles con su función en servicio

5 Estabilidad Al ser un sistema granular cohesivo resisten los esfuerzos de corte mediante tres parámetros fundamentales: t = C + s tg f + h* dg/ dt.

6 Estabilidad cohesión C La cohesión C proporciona la fuerza aglutinante de la mezcla asfáltica siendo independiente del esfuerzo normal y de velocidad de deformación.

7 Estabilidad cohesión C La cohesión tiene valores bajos y aumenta con el uso de asfaltos modificados Con la adición de asfalto esta depende de la temperatura El contenido de ligante también es importante, la variación de la C crece hasta un máximo con el aumento de betún para luego decrecer

8 Estabilidad cohesión C Esta resistencia inicial equivale a la cohesión verdadera de la mecánica de los suelos Ella está relacionada con la deformación límite necesaria en la dirección del esfuerzo de corte

9 Estabilidad fricción s tg f El término friccional esta dado básicamente por los granos del material pétreo, dependiendo de su granulometría, tamaño máximo, textura y forma de las partículas.

10 Estabilidad fricción s tg f La componente del esfuerzo aplicado normal al plano de corte, determina una presión de contacto entre las partículas y en consecuencia el desarrollo de la resistencia friccional proporcional al esfuerzo normal efectivo

11 Estabilidad fricción s tg f La capacidad del material para desarrollar resistencia friccional se expresa por el ángulo de fricción interna f Este ángulo de fricción interna por el efecto lubricante del ligante se ve disminuido en algunos grados.

12 Estabilidad Viscosidad de masa h* dg/ dt Cuando la magnitud del esfuerzo de corte supera las resistencias friccionales, el material continúa deformándose a esfuerzo constante, con determinada velocidad (fluencia plástica), desarrollando resistencia viscosa, función de la temperatura y de la velocidad de deformación

13 Estabilidad Viscosidad de masa h* dg/ dt La resistencia viscosa de la mezcla es muy superior a la del ligante bituminoso aislado por la interacción hidrodinámica de las partículas incorporadas al mismo h* es mayor para asfaltos modificados

14 DIAGRAMA DE MOHR PARA EL ENSAYO TRIAXIAL A DISTINTAS VELOCIDADES DE DEFORMACIÓN Y TEMPERATURA CONSTANTE (NIJBOER) Resistencia al corte total Resistencia al corte viscosa h x dg dt Resistencia al corte inicial C s 3 f s1 Velocidades de deformación > 0 Velocidad de deformación = 0

15 Resistencia a las deformaciones Plásticas El comportamiento viscoelástico de las mezclas ante: - El paso de los vehículos - Altas temperaturas - Bajas velocidades de aplicación de las cargas producen acumulaciones de deformaciones plásticas La mezcla debe poseer características reológicas adecuadas, para que no aparezcan ahuellamientos.

16 Resistencia a las deformaciones Plásticas

17 Resistencia a las deformaciones plásticas La deformación está dada por el cambio de la posición relativa y orientación de las partículas dado que solo el medio ligante puede fluir o romperse en la seciones mas solicitadas

18 Resistencia a las deformaciones plásticas d (mm) SUSCEPTIBLE CRITICA NO SUSCEPTIBLE Tiempo (min)

19 Resistencia a la Deformación de las mezclas asfálticas. Fricción. Cohesión. (Esfuerzos de Tensión). Inercia. (Resistencia al Desplazamiento). - Contacto Intergranular. - Rugosidad de la Superficie de las partículas. - Contenido de Asfalto. - Propiedades reológicas del Asfalto. *Consistencia inicial. *Temperatura. *Intervalo de carga. *Composición química. - Granulometría. -Adhesión asfalto agregado. - Magnitud de la Carga. (Peso del vehículo). - Intervalo y Duración de la Carga. (Velocidad del vehículo).

20

21 Ensayo Wheel Tracking Test 4 Deformación [mm] /09/ Tiempo [minutos] SMA Micro Mezcla convencional

22

23

24 ESTADO TENSIONAL POR CARGA SIMPLE

25 Flexibilidad Es la aptitud de la mezcla de adaptarse a los asentamientos producidos en la estructura de apoyo sin fisurarse Estas deformaciones se pueden producir por: Defecto de compactación en base o subrasante Flexionar por la acción del tráfico

26 Resistencia al deslizamiento Es la capacidad que tiene el pavimento de proporcionar una fricción adecuada en la interfaz neumático calzada de rodamiento para obtener condiciones de frenado adecuada aún en superficies húmedas.

27 Resistencia al deslizamiento

28 RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO

29 Resistencia al deslizamiento A B C D Es la capacidad que tiene el pavimento de proporcionar fricción en la interfaz neumático - calzada, para obtener así condiciones de frenado adecuadas aún en superficies húmedas

30 Resistencia al deslizamiento Agregados pétreos con: Microtextura áspera y no pulimentables Vacíos de la mezcla asfáltica adecuados Macrotextura gruesa

31 Pulimento Acelerado

32

33 Durabilidad La capacidad de las mezclas bituminosas de resistir la desintegración debida al tránsito y al clima El daño producido por los agentes atmosféricos obedece a dos tipos de fenómenos bien diferenciados:

34 Durabilidad La pérdida de adherencia entre árido y ligante por el efecto combinado de agua y temperatura ( desenvuelta ) El endurecimiento del betún debido a la acción conjunta del aire, la temperatura y las radiaciones solares (conocido como endurecimiento por edad o, simplemente, envejecimiento )

35 Durabilidad Dentro de este primer grupo están, los ensayos de Rieddel-Weber y de Hervido de Texas AASHTO 182 Modificado

36 Durabilidad AASHTO 182 Modificado Consiste en sumergir áridos recubiertos con ligante, según instrucciones normalizadas de mezclado, en agua a una temperatura igual a la del Punto de Ablandamiento del asfalto más 5ºC, durante 18 horas; la falta de adherencia se manifiesta claramente al desprenderse el ligante de la superficie de los áridos.

37

38

39

40 Durabilidad En el segundo grupo están los ensayos de Estabilidad Marshall Remanente, resitencia por traccion Indirecta y los de Inmersión-Compresión, que pretenden también ser una medida de la resistencia sobre los efectos nocivos que ocasiona del agua.

41 Impermeabilidad La propiedad de las mezclas asfalticas de inhibir el pasaje de los liquidos particularmente el agua Se debe impedir el aceso del agua a las capas inferiores del pavimento para que no se deterioren.

42 Impermeabilidad Se requiere: Alto contenido de ligante Granulometria densas Buena compactación Bajo contenido de vacios

43 TRABAJABILIDAD

44 Ic= logn/n Dn Dn

45 RESISTENCIA A LA FATIGA

46 RESISTENCIA A LA FATIGA MEZCLA EN LABORATORIO CONTENIDO DE CEMENTO ASFALTICO= 5,5% PORCENTAJE DE PASA TAMIZ 200: 6% MEZCLA % VACIOS TOTALES CICLOS PARA FALLA POR FATIGA A E(+6) REPETICIONES B E(+6) REPETICIONES MEZCLA EN CAMPO MEZCLA %VACIOS DE DISEÑO COMPACTACIO N (%) VACIOS DE CAMPO (%) CICLOS PARA FALLA POR FATIGA A E(+6) B E (+6)

47

48 Carga [N] Estabilidad Marshall Estabilidad Marshall f i e rotura Fluencia Marshall e = Período elástico i = Período elasto plástico Periodo en que la mezcla fluye f. Deformación

49 Carga [N] Estabilidad Marshall i Estabilidad Marshall e e i f rotura f Fluencia Marshall e = Período elástico i = Período elasto plástico Periodo en que la mezcla fluye f. Deformación

50 Función del V.A.M. EL CRITERIO DEL VAM PERSIGUE EL PROPÓSITO FUNDAMENTAL DE CONTROLAR LA DURABILIDAD EN FUNCIÓN DE LA CANTIDAD DE LIGANTE EN LA MEZCLA

51 VAM (ESQUEMA) PROBETA COMPACTADA DE MEZCLA ASFALTICA PROBETA COMPACTADA SIN ASFALTO

52 TAMAÑO Máximo Nominal ES EL TAMIZ INMEDIATAMENTE SUPERIOR A AQUEL EN EL CUAL SE RETIENE AL MENOS EL 10% DEL AGREGADO TOTAL ********************** VAM está en función de los vacíos y del Tamaño Máx.Nom. Es decir se busca garantizar un mínimo de ligante efectivo

53 VARIACION DEL V.A.M. Con el % Vacíos

54 VARIACION DEL V.A.M. CON EL TAMAÑO MAX.NOM.

55 METODO MARSHALL PROPIEDADES VOLUMETRICAS (VAM, VACIOS, VOB) PROPIEDADES FISICO MECANICAS ESTABILIDAD FLUENCIA ESTABILIDAD / FLUENCIA

56 ENERGIA DE COMPACTACION PISON ALTURA DE CAIDA NUMERO DE GOLPES TEMPERATURA DE ELABORACION y de COMPACTACION

57 FORMULAS VOLUMETRICAS V.A.M.(%) = VACIOS(%) + C.A.(%) * D.apar V.O.B.(%) = (V.A.M. Vacios)/V.A.M. VACIOS (%) = (D.máx Rice D.apar.)/ D.Rice Dens.Teór = 100/ [( %p Aridos/desp ar )+%p betun/ desp b ]

58 DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE BETUN SE DEBERAN TRAZAR CURVAS EN FUNCIÓN DEL INCREMENTO DEL BETUN CON LA: DENSIDAD APARENTE VACIOS VAM ESTABILIDAD FLUENCIA Determinamos el óptimo de c.a. con los valores correspondientes a: máx. Estab., máx. Dens.Aparente y Vacíos centrados

59 DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE BETUN Determinamos el óptimo de c.a. con los valores correspondientes a: Máx. Estabilidad Máx. Dens.Aparente Vacíos Centrados Verificamos: Fluencia V.A.M.

60 Certificado de calibración 457,2 mm Diámetro interior: 101,6 mm.. 4,54 Kg

61

62

63

64

65 Ensayos a realizar agregados pétreos Granulometría de los agregados por vía seca y húmeda. Desgaste Los Ángeles. Análisis del estado de conservación. Índice de Lajas Equivalente de arena.

66 Ensayos a realizar agregados pétreos Peso específico de los materiales granulares. Concentración crítica (# 200) Peso específico efectivo y absorción de asfalto Pulimento acelerado

67 Ensayo sobre los cementos asfálticos X Penetración Viscosidad Punto de ablandamiento Pérdida por película delgada Punto de inflamación Peso específico Ductilidad Oliensis

68 Ensayo sobre los asfaltos modificados Penetración Recuperación elástica (torsional) Estabilidad al almacenamiento Punto de ablandamiento Punto de inflamación Peso específico

69 Norma IRAM 6596

70 Nº200 Nº100 Nº50 Nº30 Nº16 Nº8 Nº4 1/4" 3/8" 1/2" Limite Superior Limite Inferior Curva Resultante