El ENSAYO 8TD : NUEVA METODOLOGÍA PARA MEDIR LA ENERGÍA DE FRACTURA EN MEZCLAS ASFÁLTICAS

Transcripción

1 El ENSAYO 8TD : NUEVA METODOLOGÍA PARA MEDIR LA ENERGÍA DE FRACTURA EN MEZCLAS ASFÁLTICAS Dr. Pedro Limón Covarrubias (Universidad de Guadalajara) Dra. María de la Luz Pérez Rea Francisco Pérez Landeros Jonatán Jiménez Gaxiola José Luis Villalobos Carrillo Omar Adame Hernández Mario Valerio Langarica

2 Introducción Agrietamiento Energía de fractura Desarrollo del ensayo 8TD Análisis de resultados Conclusiones y líneas futuras de investigación

3 Introducción Después de puesto en servicio un pavimento asfáltico, ya sea nuevo o después de una conservación, la calidad de su servicio disminuye y sus deterioros aumentan, esto debido a los diferentes factores como son el tráfico y el medio ambiente.

4 Introducción

5 Introducción (Fuente: Asphalt Institute)

6 Introducción Agrietamiento Energía de fractura Desarrollo del ensayo 8TD Análisis de resultados Conclusiones y líneas futuras de investigación

7 Agrietamiento Familias de fisuras: a) Fisuras por retracción b) Derivadas por el movimiento del suelo de soporte c) Fisuras por construcción d) Fisuras por envejecimiento e) Fisuras por fatiga (Fuente: Colombier)

8 Agrietamiento Tipos de grietas: a) Agrietamiento transversal b) Agrietamiento longitudinal c) Agrietamiento en bloque d) Agrietamiento piel de cocodrilo

9 Agrietamiento Por su aspecto pueden ser: a) Franja, b) desdoblada, c) ramificada, d) aislada e) bloque, f) piel de cocodrilo (Fuente: Félix Pérez)

10 Agrietamiento Agrietamiento por fatiga:es la acumulación de un daño bajo la aplicación de una carga repetida (Fuente: Pell, 1962). Las diferentes cargas vehiculares ocasionan un esfuerzo de tensión en el fondo o capa inferior de la carpeta asfáltica. Si el esfuerzo de tensión excede la capacidad de resistencia del material, ocurre un daño progresivo que se traduce en el agrietamiento. Este agrietamiento va propagándose por todo el espesor de la capa asfáltica hasta llegar a la superficie.

11 Agrietamiento (Fuente: AAPT)

12 Agrietamiento Análisis de agrietamiento El estudio de la relación entre esfuerzo o deformación repetido en un ensayo de tensión y el número de aplicaciones a la falla. Esta teoría está relacionada con la ley lineal de Miner asociado con el daño acumulativo de un pavimento. (Fuente: AAPT)

13 Agrietamiento El concepto de energía, evalúa el agrietamiento de una mezcla asfáltica. Este concepto de daño por fatiga asume la disipación de energía en cada ciclo de carga (Fuente: Carpenter, 1997). (Fuente: AAPT)

14 Agrietamiento La fractura es finalmente la tercera teoría de fatiga, la cual basa este concepto en la mecánica de fractura, en el que se estudia el comportamiento y propagación de las grietas. (Fuente: AAPT)

15 Agrietamiento Análisis de muestras para análisis de agrietamiento - Probeta completa (Bulk test) - Área reducida - Endidura o fisura (Notched test)

16 Introducción Agrietamiento Energía de fractura Desarrollo del ensayo 8TD Análisis de resultados Conclusiones y líneas futuras de investigación

17 Energía de fractura La mecánica de fractura se ha desarrollado desde los materiales metálicos, madera, piedra, cerámicos, poliméricos y materiales viscoelásticos (como pueden ser las mezclas asfálticas). En ellos se estudia la rotura en la cual esta puede ser frágil, elástica, plástica o viscoelástica. La teoría de mecánica de fractura asume que el material tiene propiedades homogéneas. (Fuente: Laveissiere)

18 Energía de fractura (Fuente: Oller)

19 Energía de fractura (Fuente: Gonzalo Valdés)

20 Introducción Agrietamiento Energía de fractura Desarrollo del ensayo 8TD Análisis de resultados Conclusiones y líneas futuras de investigación

21 Desarrollo del ensayo 8TD Dentro de los objetivos de este ensayo es obtener parámetros comunes en la mecánica de fractura como es la resistencia al agrietamiento y la tenacidad. Así también, se puede obtener parámetros como son resistencia a tensión, energía disipada, índice de rigidez, índice de tenacidad y desplazamiento (carga máxima, carga a la rotura entre otros). Este ensayo permite evaluar diferentes materiales utilizados en las mezclas asfálticas, tipos de mezclas utilizadas, variables de ejecución (temperatura y energía de compactación), entre otras. El ensayo 8TD permite simular el mecanismo de fractura modo I, cuando estas esten solicitadas mediante esfuerzos térmicos o cargas de vehículos, siendo la tensión pura el que simula mejor el comportamiento al agrietamiento de una mezcla asfáltica.

22 Desarrollo del ensayo 8TD

23 Desarrollo del ensayo 8TD

24 Desarrollo del ensayo 8TD

25 Desarrollo del ensayo 8TD

26 ENERGÍA DE FRACTURA (J/M 2 ) Desarrollo del ensayo 8TD Variables de ensayo-energía de fractura en ensayo 8TD TEMPERATURA DE ENSAYO ( C) ranura 2cm-velocidad 1mm/min ranura 2cm-velocidad 0.5mm/min ranura 2cm-velocidad 2mm/min ranura 3cm-velocidad 0.5mm/min ranura 3cm-velocidad 1mm/min ranura 3cm-velocidad 2mm/min

27 Introducción Agrietamiento Energía de fractura Desarrollo del ensayo 8TD Análisis de resultados Conclusiones y líneas futuras de investigación

28 Carga(kN) Análisis de resultados Contenido de asfalto Dezplazamiento(mm) 1% menos de asfalto 1% más de asfalto Optimo de asfalto Tipo de mezcla Fmáx (kn) ½ Fmáx (kn) Smáx (mm) Sm (mm) Smdp (mm) Wd (kn*mm) Wmáx (kn*mm) Ws (kn*mm) 1%menos % más Óptimo Tipo de mezcla Ef (kn/mm) Rt (MPa) Irt (kn*mm) Gd (J/m 2 ) Ie (J/m 2 ) It (J/m 2 )*mm 1%menos % más Óptimo

29 Carga (kn) Análisis de resultados Tipo de asfalto Dezplazamiento (mm) PG PG (asfalto modificado) PG Tipo de mezcla Fmáx (kn) ½ Fmáx (kn) Smáx (mm) Sm (mm) Smdp (mm) Wd (kn*mm) Wmáx (kn*mm) Ws (kn*mm) PG PG PG Tipo de mezcla Ef (kn/mm) Rt (MPa) Irt (kn*mm) Gd (J/m 2 ) Ie (J/m 2 ) It (J/m 2 )*mm PG PG PG

30 Carga(kN) Análisis de resultados Mezclas con RAP Dezplazamiento(mm) Mezcla con 50% de RAP Mezcla sin RAP Tipo de mezcla Con 50%RAP Fmáx ½ Fmáx Smáx Sm Smdp Wd Wmáx Ws (kn) (kn) (mm) (mm) (mm) (kn*mm) (kn*mm) (kn*mm) Sin RAP Tipo de mezcla Con 50%RAP Ef Rt Irt Gd Ie It (kn/mm) (MPa) (kn*mm) (J/m 2 ) (J/m 2 ) (J/m 2 )*mm Sin RAP

31 Carga(kN) Análisis de resultados Envejecimiento de la mezcla Desplazamiento(mm) Mezcla asfáltica con envejecimiento Mezcla asfáltica sin envejecimiento Tipo de mezcla Mezcla envejecida Mezcla no envejecida Tipo de mezcla Mezcla envejecida Mezcla no envejecida Fmáx ½ Fmáx Smáx Sm Smdp Wd Wmáx Ws (kn) (kn) (mm) (mm) (mm) (kn*mm) (kn*mm) (kn*mm) Ef Rt Irt Gd Ie It (kn/mm) (MPa) (kn*mm) (J/m 2 ) (J/m 2 ) (J/m 2 )*mm

32 Introducción Agrietamiento Energía de fractura Desarrollo del ensayo 8TD Análisis de resultados Conclusiones y líneas futuras de investigación

33 Conclusiones El ensayo 8TD es un ensayo confiable para medir la energía de fractura de una mezcla asfáltica En este ensayo se representa el estado de tensiones puras, lo cual tiene una similitud con algunos esfuerzos que se presentan en la carpeta asfáltica como son el estado de tensiones en modo I. Puede ser utilizado en el diseño de mezclas asfálticas o para control de calidad de campo de las mismas.

34 Conclusiones Evalúa las diferencias que puede tener una mezcla asfáltica durante su fabricación como son contenido y tipo de asfalto. Es un ensayo muy importante en el análisis de mezclas con RAP, tanto en diseño como en el control de las mismas. Es otra alternativa en el mercado de las mezclas asfálticas para medir la energía de fractura, pero con una geometría y procedimiento menos complejo.

35 Líneas futuras de investigación Correlacionar los resultados de energía de fractura con el agrietamiento por fatiga con la ley de Paris. Nf = K 1 * e -K2 * Gd K3 Analizar más variables de ensayo como son diferentes granulometrías, tipo de mezclas y asfaltos.

36 Líneas futuras de investigación Realizar un estudio más profundo de mezclas con diferentes contenidos de RAP. Analizar los resultados obtenidos en la energía de fractura con el ensayo 8TD y otros ensayos que evalúan el mismo comportamiento, como pueden ser el Fénix, BTD, DC, SCB, entre otros. Convertir el ensayo 8TD en dinámico, el cual pueda evaluar también el número de ciclos a la falla, entre otras propiedades de la mezcla.

37 Agradecimientos -Al Grupo SURFAX -A la constructora CYPSA VISE -A la empresa GCTS -A la Constructora Asfaltos Guadalajara -A la concesionaria Red de Carreteras de Occidente -A la Universidad de Guadalajara -A la Universidad Autónoma de Querétaro

38 Pedro Limón Covarrubias Universidad de Guadalajara