CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE LA MÁQUINA DE FATIGA …
39
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE LA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS HÉCTOR EDUARDO PÉREZ AFANADOR UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTÁ 2005
Transcript of CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE LA MÁQUINA DE FATIGA …
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE LA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN
DE MÓDULOS DINÁMICOS
HÉCTOR EDUARDO PÉREZ AFANADOR
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTÁ 2005
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE LA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN
DE MÓDULOS DINÁMICOS
HÉCTOR EDUARDO PÉREZ AFANADOR
Proyecto Para Optar al Título de Ingeniero Civil
CARLOS BENAVIDES CUADROS Ingeniero Civil M.Sc
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL BOGOTÁ 2005
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
2
TABLA DE CONTENIDO
PAG. 1. OBJETIVOS 6
1.1. OBJETIVO GENERAL 6 1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 6
2. JUSTIFICACIÓN 7 3. INTRODUCCIÓN 8 4. MARCO TEÓRICO 9
4.1. DEFINICIONES 9 4.1.1. MÓDULO COMPLEJO E* 9 4.1.2. MÓDULO DINÁMICO lE*l 10 4.2. COMO SE MIDE EL MÓDULO DINÁMICO 10 4.3. PARA QUE SIRVE EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS 11 4.4. MODIFICACIÓN DEL ASFALTO 12 4.4.1. MODIFICACIÓN POR VÍA HÚMEDA 12 4.4.2. MODIFICACIÓN POR VÍA SECA 12
5. PROCEDIMIENTO 13
5.1.1. CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO 13 5.1.1.1. DUCTILIDAD 13 5.1.1.2. PENETRACIÓN 14 5.1.1.3. PUNTOS DE IGNICIÓN Y DE LLAMA 15 5.1.1.4. PUNTO DE ABLANDAMIENTO 16
5.1.2. RESULTADOS CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO 17
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
3
5.2. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS 18 5.3. METODOLOGÍA DE FALLA 23
6. CONSTRUCCIÓN DE MÁQUINA DE FATIGA HP05 26
6.1. PROCEDIMIENTO 26
7. MÓDULO DINÁMICO MEDIANTE (M.T.S) 30 8. MÓDULO DINÁMICO MEDIANTE MÁQUINA HP05 33 9. ANÁLISIS DE RESULTADOS 35 10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 36 11. BIBLIOGRAFIA 38
LISTA DE TABLAS
TABLA No.
PAG.
TABLA 1. PENETRACIÓN 1. ASFALTO SIN MODIFICAR
TABLA 2. PENETRACIÓN 2. ASFALTO SIN MODIFICAR 17
TABLA 3. PENETRACIÓN 1. ASFALTO MODIFICADO
TABLA 4. PENETRACIÓN 2. ASFALTO MODIFICADO 17
TABLA 5. DUCTILIDAD ASFALTO SIN MODIFICAR
TABLA 6. DUCTILIDAD ASFALTO MODIFICADO 17
TABLA 7. ABLANDAMIENTO ASFALTO SIN MODIFICAR
TABLA 8. ABLANDAMIENTO ASFALTO MODIFICADO 18
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
4
TABLA 9. PTO. IGNICIÓN Y LLAMA ASFALTO SIN MODIFICAR
TABLA 10. PTO. IGNICIÓN Y LLAMA ASFALTO MODIFICADO 18
TABLA 11. CARACTERÍSTICAS MEZCLA CON ASFALTO MODIFICADO 19
TABLA 12. CARACTERÍSTICAS MEZCLA CON ASFALTO SIN MODIFICAR 19
TABLA 13. DIMENSIONES DE PROBETAS 21
TABLA 14. CARACTERÍSTICAS MEZCLA MOD. DINÁMICO 21
TABLA 15. CARACTERÍSTICAS MEZCLA MOD. DINÁMICO CON ASFALTO MODIFICADO 21
TABLA 16. DIMENSIONES DE LA PROBETA DE MÓDULO DINÁMICO 22
TABLA 17. DIMENSIONES MÁQUINA DE FATIGA 27
TABLA 18. CONSTANTES DE CELDAS
TABLA 19. CONSTANTES DE DEFORMIMETROS 29
TABLA 30. RESULTADOS DE MÓDULOS DINÁMICOS OBTENIDOS EN LA M.T.S 31
TABLA 31. MÓDULO DINÁMICO MÁQUINA HP05. MEZCLA SIN CAUCHO 34
TABLA 32. MÓDULO DINÁMICO MÁQUINA HP05. MEZCLA CON CAUCHO 34
TABLA DE IMÁGENES PAG.
IMAGEN 1. ENSAYO DE DUCTILIDAD UTILIZANDO DUCTILÓMETRO. 14
IMAGEN 2. MUESTRAS PENETRACIÓN 14
IMAGEN 3. FALLA EN EL PENETRÓMETRO 14
IMAGEN 4. ASFALTO EN COPA NORMALIZADA 15
IMAGEN 5. MUESTRA ALCANZA EL PTO DE LLAMA 15
IMAGEN 6. MUESTRA LISTA PARA FALLAR
IMAGEN 7. PUNTO DE ABLANDAMIENTO 16
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
5
IMAGEN 8. MEZCLA DE AGREGADOS EN MOLDE
IMAGEN 9. COMPACTACIÓN DE MOLDE EN CALIENTE
MÁQUINA UNIVERSAL 20
IMAGEN 10. COMPACTACIÓN DE MOLDE EN MÁQUINA UNIVERSAL 23
IMAGEN 11. MÓDULO DINÁMICO EN M.T.S 24
IMAGEN 12. APLICACIÓN EPOXICO EN LA BASE DE LA PROBETA 25
IMAGEN 13. PROBETA LISTA PARA LA FALLA EN LA NUEVA MÁQUINA 26
IMAGEN 14. ACTUAL MÁQUINA DE FATIGA. 27
IMAGEN 15. FORMALETA MÁQUINA IMAGEN 16. VACIADO DE CEMENTO 28
IMAGEN 17. INSTALACIÓN DEL MOTOR Y PIEZAS MECÁNICAS DE LA MÁQUINA 29
TABLA DE GRAFICOS PAG.
GRAFICO 1. DIMENSIONES DE PROBETA DE ENSAYO 20
GRAFICO 2. DIMENSIONES PROBETA MÓDULO 22
GRAFICO 3. DIMENSIONES MÁQUINA DE FATIGA 27
GRAFICO 4. COMPARACIÓN ENTRE LOS RESULTADOS DE MÓDULO DINÁMICO PARA
LAS MEZCLAS REALIZADAS PARA EL ESTUDIO DEL I.DU Y LAS REALIZADAS PARA EL
ENSAYO 32
GRAFICO 5. RESULTADOS DE MÓDULO DINÁMICO A TEMPERATURA DE 20 ºC 32
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
6
1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL
• Realizar una nueva máquina de fatiga de deformación controlada que
permita obtener módulos dinámicos mediante la inducción de un esfuerzo
a flexión sinusoidal.
1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
¯ Encontrar nuevas alternativas para la medición del módulo dinámico con el
fin de complementar el procedimiento actual para este tipo de ensayo.
¯ Optimizar la realización de ensayos de laboratorio para el diseño de
mezclas asfálticas y espesores de pavimento mediante la nueva máquina.
¯ Analizar el comportamiento de las mezclas asfálticas bajo los esfuerzos
generados en la máquina de fatiga para determinar el módulo dinámico.
¯ Mostrar la degradación del módulo dinámico a medida que se le aplican
ciclos de carga a una muestra de pavimento.
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
7
2. JUSTIFICACIÓN
El ensayo del módulo dinámico es muy importante para el diseño de mezclas
asfálticas así como para el diseño de espesores de capas de pavimento flexible
debido a que simula el estado de esfuerzos producido por el paso del tráfico y
por las inclemencias del clima. En la actualidad el módulo complejo se
determina aplicando una carga axial cíclica a diferentes frecuencias y
temperaturas sobre la muestra y midiendo la respuesta resultante recuperable
de la deformación que sufre la misma. El procedimiento para la medición de
módulo dinámico se realiza en una máquina conocida como MTS, la cual
permite someter las muestras de pavimento a cargas axiales bajo diferentes
condiciones de frecuencia y temperatura.
La nueva máquina es una adaptación de la máquina que se utiliza para realizar
el ensayo de fatiga. Dicha adaptación consiste en adaptar unos sensores de
desplazamiento ó deformimetros para medir de manera precisa cuanto se
deforman las muestras ensayadas con determinados esfuerzos aplicados. Esta
medición es posible gracias a un programa que se diseñó, el cual mediante
una tarjeta de adquisición de datos permite conocer cual es el desplazamiento
que se genera a las muestras con una carga aplicada sobre estas.
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
8
3. INTRODUCCIÓN
El desarrollo de nuevos mecanismos para determinar módulos dinámicos de
mezclas asfálticas es de gran importancia en la medida que los procedimientos
utilizados en el laboratorio simulen el comportamiento de los pavimentos bajo
las condiciones de paso del tiempo e inclemencias del clima. Actualmente el
módulo dinámico se obtiene de la división del esfuerzo inducido mediante
compresión a una muestra sobre la deformación unitaria de la misma.
La nueva maquina de fatiga recibió el nombre de Máquina HP05 de parte de su
creador. Esta sigla es una combinación entre las iniciales del autor y el año de
construcción de la máquina.
La Máquina HP05 permite determinar el módulo dinámico de las muestras
ensayadas puesto que genera esfuerzos inducidos por ondas sinusoidales
mediante la aplicación de cargas a flexión con diferentes frecuencias sobre las
muestras y permite conocer las deformaciones de estas (mediante los
deformimetros) que son producidas por los esfuerzos mencionados. Al mismo
tiempo que se determinan módulos dinámicos también se puede determinar la
resistencia por fatiga de las muestras ensayadas en la máquina, ya que la
deformación que se genera por las cargas aplicadas es menor que la
deformación máxima permitida. Al controlar la deformación de las muestras se
puede estimar el tiempo que requieren estas para alcanzar diferentes niveles
de deformación y así estimar valores de resistencia por fatiga. Esto hace que la
máquina sea muy eficiente pues se pueden realizar dos ensayos sobre las
mezclas al mismo tiempo.
En adición, la máquina simplifica el diseño del espesor de las capas asfálticas
de las estructuras de pavimentos, debido a que se pueden ensayar diferentes
tipos de mezclas variando la cantidad y el tamaño de los agregados, los tipos
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
9
de asfalto, la temperatura de mezcla, etc. y se pueden simular diferentes
condiciones de carga.
El diseño del espesor de las capas es de gran importancia ya que se puede
estimar la vida útil del pavimento conociendo de antemano la deformación que
esté sufre con determinados números de ciclos de aplicación de carga.
Con el fin de corroborar el buen funcionamiento de la Máquina HP05 se
elaboraron dos tipos de mezcla diferentes. La primera mezcla es convencional:
asfalto, agregado grueso y agregado fino. En la segunda mezcla se utilizaron
los mismos tipos de agregados (gruesos y finos) y se reemplazó el asfalto por
un asfalto modificado con caucho molido de llantas recicladas.
4. MARCO TEÓRICO
4.1. DEFINICIONES
4.1.1. MÓDULO COMPLEJO E*
El módulo complejo es la relación entre el esfuerzo y la deformación de
un material de viscosidad lineal. La deformación de este tipo de
materiales es independiente del esfuerzo generado por la carga aplicada
sobre el mismo.
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
10
4.1.2. MÓDULO DINÁMICO lE*l
El módulo dinámico es la relación entre el esfuerzo generado por una
carga sinusoidal y la deformación que produce este sobre un material
viscoelastico.
4.2. COMO SE MIDE EL MÓDULO DINÁMICO
El valor del modulo dinámico es inversamente proporcional a la temperatura
a la cual se realiza el ensayo. A su vez, el valor del modulo dinámico es
directamente proporcional a la frecuencia de aplicación de carga sobre el
ensayo.
Se debe aplicar una carga cíclica sobre la muestra de pavimento para que
genere un esfuerzo sinusoidal sobre el espécimen de concreto asfáltico con
el fin de producir una deformación sobre el mismo. La carga aplicada simula
el paso repetido de vehículos pesados sobre el pavimento, esta carga se
aplica a diferentes frecuencias para simular el tiempo ó velocidad de
aplicación de la carga a la capa de pavimento. Estas frecuencias oscilan
entre 1Hz y 16Hz.
Por otro lado se debe controlar la temperatura a la que es ensayada la
muestra, debido a que esta es una variable fundamental en el ensayo ya
que el asfalto cambia su comportamiento viscoelastico con los cambios de
temperatura.
Con las dos características predominantes del ensayo (frecuencia y
temperatura), se procede a determinar como reacciona una muestra por la
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
11
cantidad de deformación que se le genera y determinar así el módulo
dinámico.
Por ultimo, el valor del modulo dinámico depende de las cantidades y
características volumétricas de los agregados con que se fabricó la muestra
y del tipo de ligante asfáltico que fue utilizado para realizar la mezcla de
diseño.
4.3. PARA QUE SIRVE EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS
Los métodos de diseño de pavimentos han evolucionado desde los métodos
puramente empíricos hasta los conocidos hoy en día como métodos
racionales. Los métodos racionales de diseño de pavimentos buscan
diseñar este tipo de estructuras teniendo en cuenta principalmente las
características reológicas y las propiedades de los materiales que se
emplean para su construcción.
El módulo Dinámico es muy importante en el diseño racional de pavimentos
ya que incide en el comportamiento de la mezcla asfáltica debido a que
simula las velocidades de las cargas que el transito de vehículos va a
inducir en el pavimento y las deformaciones que este va a generar en el
mismo. Estas cargas y deformaciones se comparan con las con las
máximas admisibles y así se puede determinar si el pavimento es apropiado
para soportar el trafico futuro. Con los valores de módulo dinámico y
relación de poisson se pueden diseñar los espesores de cada una de las
capas de la estructura de pavimento apoyados en programas de diseño
especializados como el DEPAV cuyas variables de entrada son dichos
valores.
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
12
4.4. MODIFICACIÓN DEL ASFALTO
Existen varias maneras de modificar el asfalto que se va a utilizar en una
mezcla asfáltica. Una de estas maneras es la adición de caucho molido
proveniente de llantas recicladas. Dos maneras comunes de adicionar el
caucho molido de llantas recicladas en la mezcla asfáltica son: adición por
vía Húmeda y adición por Vía Seca. La diferencia en estos procesos radica
principalmente en la manera en como se agrega el caucho a la mezcla. A
continuación presento las dos maneras de adicionar el caucho molido de las
llantas, con una breve descripción de cada uno.
4.4.1. MODIFICACIÓN POR VÍA HÚMEDA
La modificación por vía húmeda de la mezcla consiste en mezclar el
asfalto que se utiliza en la realización de esta directamente con el
caucho de las llantas. Esta modificación del ligante asfáltico puede ser
usada para reducir la susceptibilidad térmica del mismo, aumentar la
resistencia al ahuellamiento y a la fatiga de la mezcla, aumentar la
cohesión interna de las partículas y mejorar la elasticidad y flexibilidad
de la muestra a bajas temperaturas. Para la adición del caucho al
asfalto, se debe utilizar un mezclador especial que proporciona cada
cierto intervalo de tiempo cantidades controladas de caucho al asfalto a
una temperatura constante para no quemar ninguno de los dos
materiales.
4.4.2. MODIFICACIÓN POR VÍA SECA
Se le llama modificación por vía seca ó proceso seco cuando se
adiciona el caucho molido de las llantas directamente a la mezcla
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
13
asfáltica en caliente a manera de agregado fino. Este tipo de
modificación tiene la ventaja de que no requiere de equipo especial para
la adición del caucho en la mezcla. La desventaja de este método de
modificación es que solo puede ser usado en mezclas densas en
caliente.
5. PROCEDIMIENTO
5.1.1. CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO
Con el fin de conocer las propiedades fundamentales del asfalto utilizado en
las mezclas se realizaron algunos ensayos de caracterización en el
laboratorio tanto para el asfalto normal, como para el asfalto modificado por
Vía Húmeda. Estos ensayos se hicieron de acuerdo a las normas: I.N.V.E –
702 (Ductilidad de los materiales asfálticos), I.N.V.E – 706 (Penetración de los
materiales asfálticos), I.N.V.E – 709 (Puntos de Ignición y Llama mediante la
copa abierta de Cleveland) y I.N.V.E – 712 (Punto de Ablandamiento de
materiales bituminosos).
5.1.1.1. DUCTILIDAD
La muestra de asfalto se calentó en una estufa hasta lograr que ésta
tomara una consistencia fluida que le permitiera ser vertida dentro de los
moldes. Después de verter el asfalto en los tres moldes, las muestras se
dejaron enfriar a temperatura ambiente durante 30 minutos y se procedió
a enrasarlas. A continuación las muestras se introdujeron en el baño
termostatado a una temperatura de 25° C durante 50 minutos. Por ultimo
se fallaron las muestras en el ductilómetro que estaba preparado con
agua a 25 ° C.
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
14
Imagen 1. Ensayo de Ductilidad utilizando Ductilómetro.
5.1.1.2. PENETRACIÓN
Se calentó el asfalto en la estufa a una temperatura inferior a la
temperatura límite para evitar que éste se quemara. Posteriormente el
asfalto se vertió en dos recipientes que se dejaron enfriar durante 50
minutos a temperatura ambiente. Después las muestras se introdujeron
en el baño termostatado durante 50 minutos a una temperatura de 25 °C
y se procedió a fallarlas en el penetrómetro.
Imagen 2. Muestras Penetración
Imagen 3. Falla en el Penetrómetro
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
15
5.1.1.3. PUNTOS DE IGNICIÓN Y DE LLAMA
Después de calentar el asfalto en la estufa se vertió el asfalto dentro de
la copa normalizada para la ejecución del ensayo. Esta copa se montó
en una mufla y se fue aumentando la temperatura lentamente mediante
la flama hasta observar una llama azul (Punto de Ignición). Se continuó
con el calentamiento de la muestra y con el acercamiento de la llama
procurando aplicarla cada vez que la temperatura aumentaba 2 °C. A
medida que se acercaba el fuego a la copa se seguían produciendo
llamas azules en la muestra. Finalmente la muestra alcanzó el punto de
llama cuando se observó una flama amarilla que perduró por más de 5
segundos.
Imagen 4. Asfalto en Copa Normalizada
Imagen 5. Muestra alcanza el Pto de Llama
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
16
5.1.1.4. PUNTO DE ABLANDAMIENTO
El asfalto caliente se vertió en dos anillos que cumplen con las
especificaciones técnicas para ejecutar el ensayo. La muestra se dejó
enfriar durante 30 minutos a temperatura ambiente para proceder a
enrasarla. Acto seguido, se introdujeron en una nevera las esferas, los
anillos con asfalto y los discos donde van montadas las muestras dentro
de un beaker con agua destilada a una temperatura de 5 °C durante 15
minutos. Dentro del beaker el montaje es el siguiente: se colocan las
esferas sobre los anillos con asfalto y se colocan los anillos sobre los
discos. Por ultimo, se monta el beaker sobre un mechero, se calienta y
se mide la temperatura a la cual las esferas ablandan el asfalto hasta el
punto que caen de los anillos al fondo del beaker. El tiempo transcurrido
mientras cae la primera esfera y la segunda no debe ser superior a 1
segundo.
Imagen 6. Muestra lista para fallar Imagen 7. Punto de Ablandamiento
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
17
5.1.2. RESULTADOS CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO
Se realizaron diferentes ensayos sobre el asfalto utilizado (Normal y
Modificado) cuyos procedimientos se expusieron anteriormente. En las
siguientes tablas se pueden observar las propiedades del asfalto evaluadas
bajo los ensayos realizados.
Muestra:Temperatura: 25 °C
Tiempo: 5 S
Ensayo 1 2 3Lectura Inicial
(1/10 mm) 0 0 0
Lectura Final (1/10 mm) 92 94 93
Penetración (1/10 mm)
Asfalto Barranca 80-100
93
PENETRACIÓN DEL ASFALTO
Muestra:Temperatura: 25 °C
Tiempo: 5 S
Ensayo 1 2 3Lectura Inicial
(1/10 mm) 0 0 0
Lectura Final (1/10 mm) 96 92 94
Penetración (1/10 mm)
PENETRACIÓN DEL ASFALTO
Asfalto Barranca 80-100
94 Tabla 1. Penetración 1. Asfalto Sin Modificar Tabla 2. Penetración 2. Asfalto Sin Modificar
Muestra:Temperatura: 25 °C
Tiempo: 5 S
Ensayo 1 2 3Lectura Inicial
(1/10 mm) 0 0 0
Lectura Final (1/10 mm) 67 71 70
Penetración (1/10 mm)
PENETRACIÓN DEL ASFALTO
Asfalto Modificado Barranca 80-100
69
Muestra:Temperatura: 25 °C
Tiempo: 5 S
Ensayo 1 2 3Lectura Inicial
(1/10 mm) 0 0 0
Lectura Final (1/10 mm) 68 71 70
Penetración (1/10 mm)
PENETRACIÓN DEL ASFALTO
Asfalto Modificado Barranca 80-100
70 Tabla 3. Penetración 1. Asfalto Modificado Tabla 4. Penetración 2. Asfalto Modificado
Muestra:Temperatura: 25 °C
Velocidad: 50 mm/min
Ensayo 1 2 3Lectura Inicial
(cm) 3 3 3
Lectura Final (cm) >150 >150 >150
Ductilidad (cm)
Asfalto Sin Modificar Barranca 80-100
>150
DUCTILIDAD DE MATERIALES ASFÁLTICOS
Muestra:Temperatura: 25 °C
Velocidad: 50 mm/min
Ensayo 1 2 3Lectura Inicial
(cm) 3 3 3
Lectura Final (cm) >150 >150 >150
Ductilidad (cm)
DUCTILIDAD DE MATERIALES ASFÁLTICOS
Asfalto Modificado Barranca 80-100
>150
Tabla 5. Ductilidad Asfalto Sin Modificar Tabla 6. Ductilidad Asfalto Modificado
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
18
Muestra:
Muestra T1 [°C]1 48.0
Promedio [°C]
48.3
T2 [°C]48.5
PTO. DE ABLANDAMIENTO DE MATERIALES BITUMINOSOS
Asfalto Sin Modificar Barranca 80-100
Muestra:
Muestra T1 [°C]1 51.0
Promedio [°C]
Asfalto Modificado Barranca 80-100
T2 [°C]51.6
51.3
PTO. DE ABLANDAMIENTO DE MATERIALES BITUMINOSOS
Tabla 7. Ablandamiento Asfalto Sin Modificar Tabla 8. Ablandamiento Asfalto Modificado
Muestra:
Pto Llama [°C] 318
Pto Ignición [°C] 275
PTO. DE IGNICIÓN Y LLAMA
Asfalto Sin Modificar Barranca 80-100
Muestra:
Pto Llama [°C] 308
PTO. DE IGNICIÓN Y LLAMA
Asfalto Modificado Barranca 80-100
Pto Ignición [°C] 280
Tabla 9. Pto. Ignición Y Llama Asfalto sin Modificar Tabla 10. Pto. Ignición Y Llama Asfalto Modificado
5.2. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS
La obtención de resultados exactos con el ensayo depende del cuidado en la
elaboración de las muestras y en la correcta manipulación de los equipos de
trabajo del laboratorio. Es así como se realizaron las mezclas en un molde de
30 cm x 30 cm x 4 cm regidos por la norma NF P 98-260-2 correspondiente a
Determinación del Módulo Complejo por Flexión Sinusoidal.
Para la preparación de las muestras de mezcla asfáltica que sirvieron para
corroborar el funcionamiento óptimo de la máquina, se utilizó el mismo tipo de
agregados (en características y cantidad) que se usó para la elaboración de
las mezclas con las que se hizo el estudio realizado por la Universidad de Los
Andes para el IDU1, concretamente usando las características para Vía
Húmeda utilizando asfalto tipo Barranca 80/100.
1 ESTUDIO DE LAS MEJORAS MÉCANICAS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CON DESECHOS DE LLANTAS
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
19
El tipo de agregado con su correspondiente proporción en la mezcla se
encuentra en las Tablas 1 y 2. para las muestras que contienen asfalto
modificado y sin modificar.
Agregado Porcentaje Peso (g) 1/2 0.26 1845 3/8 0.3 2102
Arena Guamo 0.12 841
Arena Trituracion 0.17 1191
Asfalto 0.0678 510Caucho 0.01 70
Mezcla CON Caucho
Tabla 11. Características Mezcla con Asfalto Modificado
Agregado Porcentaje Peso (g) 1/2 0.4 2859 3/8 0.2 1430
Arena Guamo 0.1 715
Asfalto 0.0678 520Arena
Trituracion 0.3 2144
Mezcla SIN Caucho
Tabla 12. Características Mezcla con Asfalto SIN Modificar
Para certificar el buen comportamiento de las probetas durante el ensayo se
debe garantizar que estas cuentan con una densidad uniforme, para esto se
deben mezclar los agregados en el molde (calentado y engrasado) de
fabricación de probetas de fatiga. Posteriormente se debe compactar este
molde en la máquina Universal hasta el espesor requerido.
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
20
Imagen 8. Mezcla de Agregados en Molde Imagen 9. Compactación de Molde en M Caliente Máquina Universal
Después se deja enfriar el molde y se procede a desmoldar la “panela” de
fatiga la cual se corta para la obtención de cinco probetas.
Las probetas se fabricaron de forma trapezoidal con espesor constante y de
acuerdo a las especificaciones según la norma NF P 98-260-2 estas tienen las
siguientes dimensiones:
Grafico 1. Dimensiones de Probeta de Ensayo
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
21
Dimensión de la Probeta
56 +/- 125 +/- 1
250 +/- 125 +/- 1
Base Grande B [mm]Base Pequeña b [mm]
Altura h [mm]Espesor e [mm]
Tabla 13. Dimensiones de Probetas
Posterior a la fabricación de las briquetas, estas se almacenaron en un lugar
cuya superficie era plana y cuya temperatura no sobrepasaba los 30°C con el
fin de que las probetas no se torcieran por efectos del calor. De esta manera se
garantizó que las muestras estaban en óptimas condiciones para el momento
en que se realizó el ensayo.
Paralelamente, se hicieron dos mezclas con las mismas características de las
mezclas anteriores con el fin de realizar el ensayo de módulo dinámico de la
forma tradicional (carga sinuosidad axial). Las cantidades de agregados y el
tipo de asfalto se encuentran en las tablas 4 y 5.
Agregado Porcentaje Peso (g) 1/2 0,4 1123 3/8 0,2 561
Arena Guamo 0,1 281
Asfalto 0,0678 204Arena
Trituracion 0,3 842
Mezcla SIN Caucho
Tabla 14. Características Mezcla Mod. Dinámico
Agregado Porcentaje Peso (g) 1/2 0,40 1108 3/8 0,3 826
Arena Guamo 0,12 330
Arena Trituracion 0,17 468
Asfalto 0,0678 200Caucho 0,0074 20
Mezcla CON Caucho
Tabla 15. Características Mezcla Mod. Dinámico con Asfalto modificado
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
22
La forma geométrica de estas probetas de ensayo es cilíndrica y las mezclas
fueron realizadas de acuerdo a las especificaciones de la norma I.N.V.E – 754
y 753. Se utilizó un molde metálico de 10 cm de diámetro por 18 cm de altura.
Este molde se calentó y se engrasó para lograr que la mezcla asfáltica quedara
homogenizada, con densidad uniforme y para que la muestra no se adhiriera al
molde.
Posterior a la realización de la mezcla, el molde aun caliente se compactó
aplicando carga axial sobre la tapa del mismo para esto se utilizó la máquina
Forney Universal. Por ultimo la muestra se sacó del molde y se almacenó en un
lugar que cumplía con los requisitos de humedad y temperatura que indica la
norma.
Grafico 2. Dimensiones Probeta Módulo Dinámico
Tabla 16. Dimensiones de la Probeta de Módulo Dinámico
D 10 cmh 18 cm
Dimensiones Probeta Mod Dinámico
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
23
Imagen 10. Compactación de Molde en Máquina Universal
5.3. METODOLOGÍA DE FALLA
Para garantizar los resultados que se obtuvieron con el ensayo fue necesario
manejar con sumo cuidado las muestras, no solo durante su fabricación sino
también en el momento de montarlas para fallarlas. Con el fin de cumplir con
los objetivos del ensayo se obtuvieron módulos dinámicos aplicando carga axial
sinusoidal y principalmente carga a flexión sinusoidal.
Para la obtención de módulos dinámicos con carga axial sinusoidal se fallaron
las muestras cilíndricas, con asfalto modificado y sin modificar, utilizando la
máquina M.T.S (Materials Test System) con la cual se logró hacer mediciones
a un barrido de frecuencias de entre 1 Hz y 16 Hz. y bajo las siguientes
temperaturas: 5°C, 20 °C (ambiente), 25 °C y 40 °C. Se tuvo especial cuidado
en el momento de colocar los deformimetros a la muestra para que quedaran
bien ajustados y lograr así mediciones confiables de deformación. Debido a las
características del ensayo, con el fin de tener un punto de comparación entre
los resultados de los módulos obtenidos con los dos procedimientos (flexión
sinusoidal y axial sinusoidal), el par temperatura - frecuencia que se tuvo en
cuenta en la ejecución del ensayo fue el de 20 °C (ambiente) – 10 Hz. ya que
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
24
en la Máquina HP 05 se midieron módulos a este par de frecuencia –
temperatura.
Imagen 11. Módulo Dinámico en M.T.S
Por otro lado, las briquetas que se fallaron en la Máquina HP05 con carga a
flexión sinusoidal se fijaron en la base grande y en la base pequeña (cabeza) a
la máquina utilizando pegante epóxico. Después de la aplicación del pegante
se tiene que esperar mínimo 2 horas para proceder a calibrar la deformación
con un dial de deformación ó deformimetro de imán y se debe mover el eje
excéntrico hasta ajustar la deformación deseada. Para efectos del ensayo, con
el fin de anotar como varia el módulo dinámico con diferentes condiciones de
deformación se realizaron mediciones con las siguientes deformaciones: 0,17
mm, 0,26 mm y 0.39 mm.
Una vez se calibra la deformación deseada de las briquetas se procede a
colocar los deformimetros en cada una de las cuatro cámaras para hacer la
medición exacta de cuanto se deforma cada muestra según la carga que se le
esta aplicando. Esta carga es medida con las celdas de carga.
Los datos de carga y deformación son almacenados en una computadora que
mediante una tarjeta de adquisición de datos de 8 canales toma datos con una
frecuencia de muestreo de 60 datos por segundo cada 30 minutos durante el
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
25
tiempo de ejecución del ensayo. Esta tarjeta se encuentra conectada a los 4
sensores de desplazamiento y a las 4 celdas de carga. En algunos casos,
cuando la deformación que se calibró en la máquina era muy pequeña (0.17
mm) el ensayo duró hasta 14 días con lo cual se obtuvieron archivos de hasta
21.000 datos.
De esta manera se fallaron en total 14 muestras trapezoidales de pavimento
con el fin de obtener módulos dinámicos para las diferentes deformaciones y a
temperatura ambiente. En adición, se obtuvieron resultados de módulo
dinámico con diferentes ciclos para obtener la variación del módulo dinámico a
medida que las muestras se iban fatigando. Los resultados de los módulos
dinámicos obtenidos con la máquina de fatiga se compararon con los
resultados de los módulos obtenidos con la M.T.S. a temperatura ambiente y a
una frecuencia de 10 Hz para obtener un orden de magnitud de los valores de
los módulos. También, los resultados de los módulos dinámicos en la M.T.S. se
compararon con los módulos dinámicos obtenidos para las mezclas asfálticas
utilizadas en el estudio de las mejoras mecánicas de las mezclas asfálticas con
desechos de llantas con el fin de verificar que los valores fueran aproximados.
La diferencia entre las comparaciones radicó en la temperatura a la cual se
realizaron los ensayos la cual fue de 15 °C.
Imagen 12. Aplicación Epoxico en la Base de la Probeta
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
26
Imagen 13. Probeta lista para la Falla en la Nueva Máquina
6. CONSTRUCCIÓN DE MÁQUINA DE FATIGA HP05
6.1. PROCEDIMIENTO
Para construir la Máquina HP05, se tomaron como modelos las actuales
máquinas de fatiga que se encuentran ubicadas en el laboratorio de
pavimentos en lo que refiere a las dimensiones. Estas dimensiones se
encuentran en la tabla 6 y en el grafico 3. También sirvieron de modelo la
longitud de los brazos, el trapecio, la excéntrica y las alturas de las cámaras.
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
27
Grafico 3. Dimensiones Máquina de Fatiga
Dimensiones Máquina [Cm]
A 100B 70C 40D 35E 25F 20G 15
Tabla 17. Dimensiones Máquina de Fatiga
Imagen 14. Actual Máquina de Fatiga.
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
28
Con estas dimensiones se construyó una formaleta en madera donde se
colocaron los hierros a manera de refuerzo y se abrieron los huecos para
colocar la varilla roscada de 3/8” donde van ancladas las platinas que
sostienen el motor, las cámaras y las muestras de concreto asfáltico
trapezoidales. Posteriormente se procedió al vaciado del cemento.
Imagen 15. Formaleta Máquina Imagen 16. Vaciado de Cemento
Después de esperar el tiempo de fraguado normal de la mezcla (28 días) se
procedió con la instalación eléctrica del motor y del variador de frecuencia,
este ultimo necesario para reducir la frecuencia original del motor de 56 Hz a
10 Hz que es la frecuencia a la cual se debe ejecutar el ensayo.
También, se realizó preliminarmente el montaje de las piezas de la máquina
(brazos, trapecio y extensiones) para comprobar que estuvieran bien
dimensionadas y quedaran perfectamente ajustadas y así garantizar la
calidad del ensayo. Se tuvo especial cuidado en el momento de instalar todos
los componentes de la máquina ya que estos deben quedar nivelados para
que las fuerzas a flexión actúen correctamente sobre las muestras Por ultimo
se instalaron los instrumentos de medición (celdas de carga y deformimetros)
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
29
los cuales van conectados a una computadora para poder hacer la
adquisición de datos.
Imagen 17. Instalación del motor y piezas mecánicas de la máquina
Debido a que las señales que recibe el la tarjeta de adquisición de datos son
diferencias de voltaje, se hizo necesario hallar las constantes de los equipos
de medición que se utilizaron en la máquina para convertir esos voltajes en
datos reales de fuerza y deformación. Para esto se deben conectar los
sensores de deformación y las celdas de carga a un equipo calibrador que en
este caso fue la prensa Tritech 100 que se encuentra en el laboratorio de
suelos. Al conectar los dispositivos, se registran varios puntos de fuerza y de
deformación para graficarlos y hallarle la ecuación de la recta con el fin de
obtener las constantes de cada dispositivo. En las tablas 7 y 8 se encuentran
las constantes halladas con las calibraciones de los equipos utilizados en la
máquina.
Celda # Constante1 323,12 323,263 323,114 323,13
Celdas de Carga
Deformimetro # Constante1 0,18442 0,15073 0,15074 0,1844
Deformimetros
Tabla 18. Constantes de Celdas Tabla 19. Constantes de Deformimetros
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
30
Por ultimo, se procedió a calibrar la Máquina HP05 con algunas briquetas
trapezoidales similares a las que se iban a utilizar en el ensayo. Esto con el
fin de observar si se podían calibrar las deformaciones controladas a las
probetas y observar también el número de ciclos y el tiempo que estas
demoran en alcanzar la falla y compararlo con el número de ciclos y tiempo
que requieren las muestras para alcanzar la falla en las máquinas de fatiga
utilizadas en el laboratorio de pavimentos, el cual ya esta calculado. También
este procedimiento se realizó para observar que los dispositivos de
adquisición de datos estuvieran a punto y perfectamente calibrados para el
momento de ensayar las muestras que iban a ser utilizadas para el ensayo.
7. MÓDULO DINÁMICO MEDIANTE (M.T.S)
Con el fin de obtener parámetros para comparar los órdenes de magnitud de
los resultados obtenidos en la nueva máquina, se realizaron también dos
mezclas asfálticas que se compactaron en el molde de módulo dinámico. Las
muestras se mezclaron con el mismo tipo de agregados finos y gruesos y se
varió únicamente el asfalto utilizado en cada una de estas. La primera muestra
se realizó con asfalto Barranca 80-100 y la segunda con asfalto Barranca 80-
100 modificado con caucho.
A cada muestra se le practicó el ensayo de módulo dinámico con carga axial
sinusoidal mediante la M.T.S, con un barrido de temperatura de entre 5 y 40 ºC
y de frecuencia de 1 a 16 Hz. Adicionalmente, se compararon estos resultados
con los obtenidos en el estudio de las mejoras mecánicas de las mezclas
asfálticas con desechos de llantas. Para garantizar que el ensayo se estaba
realizando de manera correcta puesto que las mezclas usadas para este
estudio sirvieron de modelo para realizar las mezclas del experimento. Por este
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
31
motivo se obtuvieron adicionalmente resultados de módulo dinámico a una
temperatura de 15 ºC.
Los resultados obtenidos en el ensayo se encuentran consignados en la tabla 9
y en el gráfico 4 para los diferentes tipos de mezcla, temperaturas y
frecuencias.
Temperatura de Ensayo
[ºC]
Frecuencia [Hz]
Módulo Dinámico
Mezcla Sin Caucho [Kg/cm²]
Módulo Dinámico
Mezcla Con Caucho [Kg/cm²]
Módulo Dinámico Mezcla
Estudio I.D.U [Kg/cm²]
1 88223 716144 98277 83666
10 99846 8584916 100789 914181 70772 59188 608284 71881 61842 73616
10 80978 65987 8089316 87342 69814 896971 56279 388194 66976 50237
10* 68332* 54598*16 69822 569081 43943 236924 46457 27177
10 49569 3663716 50426 374531 22373 124054 24278 15533
10 29027 1925816 31278 20178
40
* Resultados a Comparar con Módulos de la Máquina HP05
5
15
20
25
Tabla 20. Resultados de Módulos Dinámicos Obtenidos en la M.T.S
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
32
Comparación Módulos
5918861842
65987
6981470772 71881
80978
87342
60828
73616
80893
89697
50000
55000
60000
65000
70000
75000
80000
85000
90000
95000
1 10 100
Frecuencia [Hz]
Mód
ulo
[Kg/
cm2] Caucho 15 [ºC]
No Caucho 15 [ºC]
I.D.U 15 [ºC]
Grafico 4. Comparación entre los resultados de Módulo Dinámico para las Mezclas
Realizadas para el estudio del I.DU y las realizadas para el Ensayo
En adición, para poder comparar los resultados de los módulos obtenidos en la
Máquina HP05 con los resultados obtenidos en la M.T.S. fue necesario hallar
estos últimos a temperatura ambiente (20 ºC en el laboratorio de estructuras)
debido a que en la máquina HP05 no se puede controlar la temperatura y solo
es posible realizar el ensayo a temperatura ambiente.
Comparación Módulos
38819
50237
545985690856279
66976 68332 69822
30000
35000
40000
45000
50000
55000
60000
65000
70000
75000
1 10
Frecuencia [Hz]
Mód
ulo
[Kg/
cm2]
Caucho 20 [ºC]
No Caucho 20 [ºC]
Grafico 5. Resultados de Módulo Dinámico a Temperatura de 20 ºC
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
33
8. MÓDULO DINÁMICO MEDIANTE MÁQUINA HP05
Se fallaron en total 14 briquetas trapezoidales que cumplían con las
especificaciones de fabricación estipuladas en la norma francesa NF P 98-260-
2. El ensayo se realizó a temperatura ambiente, frecuencia de 10 Hz y a
diferentes deformaciones controladas 0,17, 0,26 y 0.39 mm. Del total de las
muestras ensayadas la mitad se fabricaron con asfalto modificado y la mitad
con asfalto normal. En adición para cada deformación controlada se fallaron
igual número de briquetas, es así como se fallaron 6 briquetas a una
deformación de 0,17 mm, 4 briquetas a 0,26 mm y por ultimo 4 briquetas a 0,38
mm.
Para cada probeta trapezoidal se obtuvieron varios valores de módulo dinámico
con el fin de observar el decaimiento de este a medida que se fatiga la
muestra. En las briquetas que se cuadraron a deformaciones de: 0,17 y 0,26
mm se obtuvieron 3 valores de módulo, mas en las briquetas con deformación
de 0,38 mm se obtuvieron 2 valores debido a que a esta deformación la
muestra falla en menor tiempo y no es posible registrar datos exactos de carga
y deformación durante los primeros y los últimos ciclos del ensayo.
Adicionalmente se obtuvo el ciclo al cual se evaluó el módulo teniendo en
cuenta la frecuencia de la máquina con el fin de saber en que porcentaje de la
vida útil se halló el módulo. El porcentaje de fatiga se calculó teniendo en
cuenta que el ensayo se da por terminado una vez se mide que las probetas
alcanzan el 50% de la carga inicial. Estos valores se encuentran en las tablas
20 y 21.
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
34
0.17 31239.35 46500 9.30.17 31187.10 259170 36.40.17 28717.94 277000 42.30.17 35955.81 132670 13.10.17 35337.39 236830 28.90.17 33420.68 289000 46.30.17 44970.56 125500 8.20.17 42529.82 308300 35.60.17 37971.54 568300 44.70.26 21977.27 36170 10.30.26 15849.07 250330 36.30.26 13778.63 271830 47.10.26 23638.52 71000 18.40.26 21479.04 157500 35.70.26 17262.17 305330 41.90.38 40541.35 3917 28.60.38 23643.96 40960 43.70.38 45300.83 8330 19.80.38 26703.64 35170 38.4
Muestra Deformación [mm]
Módulo [Kg/cm²]
6
7
1
2
3
4
Mezcla Sin Caucho
% FatigaCiclo No.
5
Tabla 21. Módulo Dinámico Máquina HP05. Mezcla Sin Caucho
0.17 45056.27 125500 8.20.17 42772.44 173670 19.50.17 35881.77 305000 48.40.17 35401.14 120500 17.80.17 32657.26 262330 37.40.17 31400.57 367830 42.00.17 51203.27 129830 18.90.17 41852.70 247000 32.30.17 40067.42 292000 47.30.26 20098.77 119330 17.30.26 17413.43 244670 31.60.26 15684.86 270000 40.00.26 31152.50 118170 15.70.26 29243.38 247500 32.50.26 27662.70 268830 39.60.38 61698.10 14170 26.40.38 49818.18 31170 35.20.38 41587.44 10500 27.00.38 20479.47 24170 40.214
Módulo [Kg/cm²] Ciclo No.
Mezcla Con Caucho
% FatigaMuestra
8
9
Deformación [mm]
10
11
12
13
Tabla 22. Módulo Dinámico Máquina HP05. Mezcla Con Caucho
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
35
9. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Es notorio el cambio de algunas características del asfalto antes y después de
modificar, mientras la ductilidad y el punto de ignición y llama continúan
similares, otras propiedades aumentan como la penetración y el punto de
ablandamiento. Se puede afirmar entonces que la adición de caucho mejora
en el asfalto algunas propiedades de resistencia en este tales como:
Penetración, ya que a la misma temperatura y el mismo tiempo de contacto con
la aguja normalizada, esta penetró menos en el asfalto. Punto de
Ablandamiento, puesto que al agregar caucho molido al asfalto, este resistió
una mayor temperatura para empezar a fluir. Lo que garantiza mayor
resistencia a altas temperaturas puesto que la cohesión entre sus partículas
aumento.
Por otro lado, los resultados de módulo dinámico obtenidos en la Máquina
HP05 varían entre 13788,63 Kg/cm² y 61698,1 Kg/cm². lo cual es semejante a
los resultados que son obtenidos en la M.T.S bajo las mismas condiciones de
temperatura y frecuencia (alrededor de 50000 Kg/cm²). Lo anterior indica que
los resultados son apropiados y que el ensayo se realizó de manera correcta.
Además, los resultados más altos de módulos dinámicos obtenidos con la
Máquina HP05 provienen de la mezcla que contenía el asfalto modificado. Esto
puede considerarse debido a que el caucho molido de las llantas hace que las
partículas tengan una mayor cohesión y por ende las briquetas tengan una
mayor resistencia a las fuerzas a flexión.
En contraste, los resultados de módulo dinámico más altos obtenidos con la
máquina M.T.S provienen de la mezcla con asfalto normal. Esto puede
considerarse pues el caucho no genera ningún valor agregado a las partículas
de la mezcla debido a que el caucho sometido a carga axial no tiene mayor
resistencia.
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
36
Como se menciono antes, un factor relevante en la ejecución del ensayo de
módulo dinámico es la temperatura. El asfalto cambia sus propiedades
viscoelásticas con el más mínimo cambio en la temperatura, lo cual se ve
reflejado en los resultados del ensayo. Debido a lo anterior, se considera que la
dispersión en los resultados del ensayo es consecuencia de los cambios
abruptos de la temperatura ambiente, puesto que las fallas de algunas
muestras se producía en cuestión de horas, y otras fallaban en varios días, lo
que hizo imposible obtener unas condiciones homogéneas de temperatura para
todas las briquetas ensayadas.
10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De acuerdo a los resultados arrojados por la Máquina HP05, se puede
concluir que está sirve perfectamente para determinar módulos dinámicos
ya que simula de una manera muy aproximada las condiciones de carga y
temperatura a la cual va a estar sometida una capa asfáltica.
Convirtiéndose así en una opción para realizar dos ensayos de suma
importancia en el diseño de pavimentos como son el de Fatiga y el de
Módulo Dinámico. De esta manera optimiza la ejecución de los
procedimientos del laboratorio pues ahorra tiempo y recursos al unir dos
ensayos en uno.
Queda demostrado que los valores de módulo dinámico van disminuyendo
a medida que la muestra se va fatigando. Lo anterior es de suma
importancia ya que con la Máquina HP05 se puede conocer exactamente
el módulo a un determinado ciclo de aplicación de carga y así optimizar
aun más el diseño de pavimentos, debido a que se pueden diseñar
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
37
espesores para carga, temperatura y cantidad aproximada de ciclos de
carga de una mezcla asfáltica.
Debido a que la temperatura es un factor relevante de tanta importancia en
el ensayo, es de suma importancia que para lograr obtener un barrido de
resultados en el experimento se logre controlar la temperatura a la cual se
realizan los ensayos. Esto se puede hacer adaptando unos cerramientos
en vidrio a modo de cámaras de control de temperatura en los cubículos
donde van montadas las muestras para graduar la temperatura requerida
para el tiempo de ejecución del ensayo.
Con el objeto de poder realizar medidas aun más precisas, el autor
recomienda utilizar unos deformimetros de características diferentes a los
utilizados en el ensayo. Debido a que se podrían obtener resultados más
precisos en el ensayo si se miden las deformaciones directamente sobre la
muestra y no en una extensión del brazo como se esta realizando en este
momento. Para esto es necesario colocar unos strain gages a las muestras
y editar el programa de adquisición de datos para que midan unas
diferencias de voltaje más pequeñas de las que esta midiendo
actualmente.
Para la ejecución de futuros ensayos, se puede observar el cambio del los
valores del módulo dinámico aumentando ó disminuyendo la frecuencia a
la que se realiza el ensayo utilizando el variador de velocidad al cual se
conecta la máquina y que actualmente se utiliza para reducir la velocidad
del motor. Esto debido a la importancia que tiene el otro factor clave en el
ensayo como es la frecuencia de aplicación de la carga.
CONSTRUCCIÓN Y CALIBRACIÓN DE UNA MÁQUINA DE FATIGA PARA MEDICIÓN DE MÓDULOS DINÁMICOS
ICIV 200510 22 __________________________________________________________
38
11. BIBLIOGRAFIA
1. Norma Francesa NFP 98-260-2. Determinación del Módulo Complejo por
Flexión Sinusoidal. 2. Norma INVIAS I.N.V.E – 754. NOMBRE COMPLETO. 3. SIERRA GABER, Paula Marcela. Construcción de un dispositivo de
laboratorio con miras al estudio de leyes de fatiga y módulos en concreto. Santafé de Bogotá, 1996. Proyecto de Grado (Magíster en Ingeniería Civil). Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Área de Geotecnia.
4. OCAMPO TERREROS, Manuel Santiago. Mezclas Asfálticas Mejoradas
con Caucho Molido Proveniente de Llantas Usadas. Santafé de Bogotá, 2002. Proyecto de Grado (Magíster en Ingeniería Civil). Universidad de los Andes. Área de Infraestructura Vial y Transportes.
5. CABRERA AGAMEZ, Elizabeth B. Estudio de Variación del Módulo
Dinámico y Ley de Fatiga en Función de la Densidad de las Mezclas Asfálticas. Santafé de Bogotá, 1998. Proyecto de Grado (Magíster en Ingeniería Civil). Universidad de los Andes.
6. Instituto de Desarrollo Urbano I.D.U. Estudio de las Mejoras Mecánicas de
Mezclas Asfálticas con Desechos de Llantas. Santafé de Bogotá, 2002. 7. www.lcpc.fr
