Evaluación de Fatiga en Mezclas CAT: Especificaciones Basadas en Desempeño (PBS).

Transcripción

1 Evaluación de Fatiga en Mezclas CAT: Especificaciones Basadas en Desempeño (PBS). José de Jesús Espinosa Arreola SemMaterials México Agosto de 2015

2 CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN. 2. ESPECIFICACIONES BASADAS EN DESEMPEÑO (PBS). 3. TIPO DE MEZCLA ANALIZADA. 4. CONSIDERACIONES EN LA EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS. 5. RESULTADOS. 6. COMENTARIOS FINALES.

3 1. INTRODUCCIÓN Pavimentos asfálticos sometidos a la aparición de deterioros estructurales: Deformación permanente Fatiga Fatiga: Uno de los criterios de falla más importantes a evaluar en el ciclo de vida de un pavimento. Agrietamiento Fuente:

4 1. INTRODUCCIÓN PROTOCOLO AMAAC > 30 E+06 ESAL s E+06 ESAL s Nivel 4 Fatiga + Nivel 3 Nivel 3 Módulo Dinámico + Nivel E+06 ESAL s Nivel 2 Deformación Permanente + Nivel 1 < 1 E+06 ESAL s Nivel 1 Diseño Volumétrico, Susceptibilidad a la humedad, Selección del Asfalto PG.

5 1.1 PAVIMENTOS DE LARGA DURACIÓN Pavimentos asfálticos con suficiente resistencia que no presentan fallas estructurales; incluso bajo tráfico pesado. Los deterioros que presentan pueden ser reparados en la superficie. El resultado es una estructura Perpetua o de Larga Duración. LARGA DURACIÓN Timm, D., 2010 Agrietamiento LARGA DURACIÓN D Angelo, 2008 CONVENCIONAL Timm, D., 2010

6 2. ESPECIFICACIONES BASADAS EN DESEMPEÑO Han sido definidas como las especificaciones de Aseguramiento de Calidad. Describen los niveles deseados de las propiedades fundamentales de Ingeniería (Módulos, Fatiga, Propiedades de Fluencia).

7 2. ESPECIFICACIONES BASADAS EN DESEMPEÑO Ventajas: Permiten al diseñador asumir que los materiales utilizados en campo tienen propiedades similares a las consideradas en el diseño M-E. s, e, d, E*, N f Adaptar parámetros de resistencia de los materiales a las características de un proyecto dado: Materiales Clima Tránsito Vehicular Terreno de cimentación

8 2. ESPECIFICACIONES BASADAS EN DESEMPEÑO INTUITIVO: En base a la experiencia. PRS: Propiedades Generales de Calidad (Va, C.A., Granulometría). 1. Responsabilidad 0% Responsabilidad del Contratista Especificaciones de Materiales y Procedimientos Esquema de las Especificaciones de Construcción en Carreteras. Especificaciones de Aseguramiento de Calidad (QA) 100% Responsabilidad del Contratista Especificaciones de Resultado Final PBS: Propiedades fundamentales de Ingeniería de los materiales (Módulos, Fatiga, Propiedades de Fluencia). 2. Muestreo Poca Información Mucha Información Muestreo Representativo Especificaciones Estadísticas 100% Muestreo PS: Describen el comportamiento a través de tiempo con la afectación del tránsito, clima y degradación del material. 3. Relación con el Desempeño Desconocido Intuitivo Especificaciones Relacionadas con desempeño (PRS) Especificaciones Basadas en Desempeño (PBS) Conocido Especificaciones de Desempeño (PS) Adaptado de Ozer, 2015

9 Ln (Nf) 2.1 Construcción del límite de N f al 95% de confiabilidad. 20 Límite Superior me 16 Media me Media de Diseño Límite inferior al 95% de confiabilidad Ciclos a la Falla Nf Límite Superior (Nf = 1,055,406) Límite inferior (Nf = 66,822) 8-8,2-8 -7,8-7,6-7,4-7,2-7 Ln (microdeformación) Procedimiento determinado por Tsai et al., 2012.

10 3. TIPO DE MEZCLAS ANALIZADAS Capa Absorbente de Tensión (CAT) Forma parte de la estructura de un pavimento de larga duración. Su función es la de soportar las deformaciones por tensión bajo la acción repetida de las cargas del tránsito vehicular. Se le realizan todas las pruebas de Protocolo AMAAC, hata nivel 4. La prueba que rige su diseño es la viga a flexión en 4 puntos. Estructura de Pavimento de Larga Duración CASAA CAM Pruebas de Desempeño Parámetro Diseño CAT e t TSR (%) Deformación en Rueda Cargada de Hamburgo, mm Módulo Dinámico E*, 20 C, 10Hz, MPa Criterio de Fatiga C, 10Hz, µɛ (Recomendación NCHRP 646) max. (20,000 pasadas) 4, CAPAS DE DESPLANTE

11 3.1 ESPESORES DE DISEÑO Obra 1 Obra 2 Obra 3 SMA, 40 mm CASAA, 30 mm CASAA, 30 mm CAM, 200 mm a CAM, 180 mm a CAM, 160 mm a CAT, 100 mm b CAT, 80 mm b CAT, 70 mm b Base Hidráulica, 200 mm Base Hidráulica, 250 mm Base Hidráulica, 250 mm Sub-base, 200 mm Subrasante Subrasante Subrasante CASAA Alto Módulo Absorbente de Tensión Base Granular a Para esta capa se consideró E* = 10,000 MPa. b Para esta capa se consideró E* = 4,000 MPa. Subbase

12 Rigidez (MPa) 4. CONSIDERACIONES EN LA EVALUACIÓN DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS Equipo Utilizado 3000 Criterio de Falla: Clásico 20,25 Extrapolación de Resultados _01_300ms Temperatura 20,2 20,15 20,1 20, ,95 19,9 19,85 19, ,75 0,00E+00 5,00E+06 1,00E+07 1,50E+07 2,00E+07 No. de ciclos (n)

13 1,00E+03 1,00E+04 1,00E+05 1,00E+06 1,00E+07 1,00E+08 1,00E+09 Nivel de deformación, me 5. RESULTADOS 1000 Leyes de Fatiga, DISEÑO Obra 1 Obra 2 Obra 3 Potencial (Obra 1) 100 y = 3870x -0,154 R² = 0,9961 y = 2815,7x -0,125 R² = 0,9809 y = 2283,6x -0,106 R² = 0,9631 Ciclos a la Falla, N f

14 5. RESULTADOS Valores Especificados en Base a Desempeño Obra Parámetros de las Mezclas de Diseño Fatiga Método de Prueba Valor Especificado (N f ) 1 Capa CAT, PG 76-22, PM-SBS AASHTO T ,822 a C.A. (6.2%) c, Va (3.6%) d, Pasa #4: 54% 1,055,406 b 2 Capa CAT, PG 76-22, PM-SBS AASHTO T ,868 a C.A. (4.9%) c, Va (5.2%) d,pasa #4: 42% 816,13 b 3 Capa CAT, PG 76-22, PM-SBS AASHTO T ,720 a C.A. (5.0%) c, Va (4.4%) d, Pasa #4: 40% a Repeticiones mínimas a un nivel de deformación de 700 x b Repeticiones mínimas a un nivel de deformación de 500 x c Contenido óptimo, porcentaje respecto a la mezcla. d Volumen de vacíos promedio de diseño. 549,505 b

15 Evaluación de Campo, PBS Obra 1 6 Evaluaciones: Losas de Campo. Niveles de Deformación: 500 y 700 me.

16 Evaluación de Campo, PBS Obra 2 2 Evaluaciones: Losas de Campo. Niveles de Deformación: 500 y 700 me.

17 Evaluación de Campo, PBS Obra 3 2 Evaluaciones: Losas de Campo. Niveles de Deformación: 500 y 700 me.

18 Volumen de vacíos 5.1 VARIACIÓN EN EL CONTROL DE CALIDAD Parámetro Variación en Campo Capa Absorbente de Tensión (CAT) Evaluaciones de Campo Diseño Valor Promedio Valor Mínimo Valor Máximo Vacíos de Aire (%) 4± Contenido de Asfalto (%) Óptimo (6.2) Módulo Dinámico E*, 20 C, 10Hz, (MPa) 4, Vida a C, 10Hz (me) (PBS) Desempeño individual 8,00% 7,00% 6,00% 5,00% 4,00% 3,00% 2,00% 1,00% 0,00% No. Especímenes

19 6. COMENTARIOS FINALES 1. La determinación de la vida a fatiga es fundamental para poder correlacionar/vincular el diseño del pavimento con el comportamiento de la mezcla en campo. 2. Las mezclas CAT se diseñan específicamente para resistir el agrietamiento por fatiga en una estructura de pavimento perpetuo. 3. Las PBS permiten evaluar las mezclas de campo teniendo en cuenta condiciones particulares de cada obra.

20 6. COMENTARIOS FINALES 4. La vida a fatiga en mezclas asfálticas es muy sensible a la variación de parámetros como el volumen de vacíos, granulometría y contenido de asfalto, lo cual vuelve imperante el que se pueda realizar el control integral de mezcla para poder reproducir las características de las mezclas de diseño. 5. De los casos analizados se tiene que es posible alcanzar niveles aceptables de las propiedades fundamentales de las mezclas asfálticas (desempeño a fatiga para nuestro caso) siempre y cuando se controlen las características básicas principales de las mezclas.

21 GRACIAS! Presentó: M.I. José de Jesús Espinosa Arreola. AGRADECIMIENTOS: Área Técnica de SemMaterials México. SemMaterials México S. de R.L. de C.V., una Compañía de SemGroup Of. y Planta Puebla: Priv. Universidad No. 3 km. 8.5 Carretera Federal Puebla - Atlixco San Bernardino Tlaxcalancingo, Pue. Tel.: Fax.: wwww.semgroupcorp.com