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Compartamos…
@lgloria27
Ing. Luis Guillermo Loría Salazar, MSc, PhD
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APLICACIÓN PRÁCTICA DEL ENSAYO DE MÓDULO DINÁMICO DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN EL DISEÑO
DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
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M ó d u l o D i n á m i c o E *
Capacidad mecánica de un material
asfáltico función de la velocidad de
aplicación de la carga y de la
temperatura.
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Relación esfuerzo-deformación bajo una carga sinusoidal continua
Módulo Dinámico E*
Car
ga
Tiempo
Carga
Carga
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Matemáticamente:
Módulo Dinámico E*D
efor
mac
ión
Tiempo
휀𝑝
휀𝑟
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También puede ser definida como la razón de la amplitud del esfuerzo sinusoidal
en un tiempo dado (t) y la frecuencia angular de la carga (ω).
Módulo Dinámico E*
𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 − 𝛿)휀𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡)𝜎𝛿
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
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S O B R E E L E N S A Y O
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Especímenes
Procedimiento de preparación de acuerdo a
ASTM D1560 o D3387.
4000 g de mezcla bituminosa
Especímenes de dimensiones 1:2
100 mm de diámetro por 200 mm de altura.
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Compactación y Extracción
Proceso de compactación Extracción de núcleos
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Frecuencias: 25, 10, 5, 1, 0.5 y 0.1 Hz
Temperaturas: 14, 40, 70, 100 y 130°F
Carga aplicada debe producir un esfuerzo de10 a 100 psi (14 - 70°F) y de 2 a 10 psi (100 -130°F).
Ciclos de carga: a 25 y 10 Hz se aplican 200ciclos, a 5 Hz 100 ciclos, a 1 Hz 20 ciclos, a 0.5Hz 15 ciclos y a 0.1 Hz 15 ciclos.
Condiciones de ensayo
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Condiciones de ensayo
Las condiciones de ensayo pueden
ser sujetas a modificaciones por
las características del proyecto
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Descripción del ensayo
Un espécimen de mezcla asfáltica en caliente a cierta temperatura es
sometida a un esfuerzo sinusoidal controlado de diferentes frecuencias.
El esfuerzo es aplicado y sus deformaciones axiales resultantes son
medidas en función del tiempo, lo que permite calcular el modulo dinámico
y el angulo de fase.
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S a l i d a d e l
e q u i p o
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Procesamiento de datos E
* (M
Pa)
Frecuencia (Hz)
T= -10,0 °C
T= 4,4 °C
T= 21,1 °C
T= 37,8 °C
T= 54,4 °C
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Caracterización de materiales
Módulo dinámico para mezcla asfáltica
16
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Análisis de datos: Curva Maestra
Ecuación Sigmoidal de Mezcla Asfáltica
|E*| = Módulo dinámico, psi
α, β, δ, γ = Parámetros de ajuste
fr = Frecuencia reducida, Hz
10
100
1000
10000
100000
1.0E-07 1.0E-04 1.0E-01 1.0E+02 1.0E+05 1.0E+08E
* (M
Pa
)ω red (Hz)
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Análisis de datos
MEPDG factor cambiante Polinomio de segundo orden
Donde:
fr = Frecuencia reducida f = Frecuencia de carga
c = Parámetro de ajuste η = Viscosidad del ligante
TR = Temperatura de referencia T = Temperatura del ensayo
ηTR = Viscosidad del ligante a a1, a2 = Parámetros de ajuste
la temperatura de referencia
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Interfaz para módulo dinámico
El valor del módulo de rigidez de la mezcla asfáltica es dependiente de la temperatura y de la frecuencia deaplicación de la carga, es por esto que se le da el nombre de módulo dinámico (|E*|). Esta dependencia estáasociada al comportamiento viscoelástico delligante que compone la mezcla.
Esta interfaz construye la curva
maestra de módulo dinámico de la mezcla y del asfalto a partir
de datos de
laboratorio.19
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A P L I C A C I Ó N E N E L D I S E Ñ O
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El módulo de la mezcla asfáltica es en uno de los principales parámetros
de diseño.
Diseño de pavimentos
Tránsito Clima Materiales
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Aplicando criterios Mecanístico-Empírico
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Clima Materiales
Carga
DesempeñoAcumulación de daño Respuesta
Diseño de pavimentos
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CR-ME
C R - M E
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C R - M E
Propiedades mecánicas
Correlaciones
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Nano y Micro
Meso
Laboratorio
Real
Escalas de Diseño
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M A T E R I A L E S C R - M E
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C O R R E L A C I O N E S
Modelo de Witczak 1-37 y 1-40D
Modelo de Hirsch
Modelo de Alkhateeb
Modelo Huet-Sayegh
Modelo 2S2P1D
Redes Neurales Artificiales
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C O R R E L A C I O N E S
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Capacidad Mecánica
Módulo de Diseño
E*
Módulo Dinámico
AASHTO TP 79
P R O P I E D A D E S M E C Á N I C A S
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Módulo Resiliente a
Tensión Diametral
Capacidad Mecánica
Módulo de Diseño
E*
O bien
P R O P I E D A D E S M E C Á N I C A S
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V A L O R E S D E D I S E Ñ O
V = 60 km / hr f = 10 Hz
T = 0 C21 C60 C
E*=1 410 000 psi
1
10
100
1.000
10.000
1,E-10 1,E-08 1,E-06 1,E-04 1,E-02 1,E+00 1,E+02 1,E+04 1,E+06
Dyn
amic
Mo
du
lus
|E*|
, ksi
Frequency, Hz
|E*| at Reference Temp |E*| at selected temp
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V A L O R E S D E D I S E Ñ O
V = 60 km / hr f = 10 Hz
T = 0 C21 C60 C
E*=370 000 psi
1
10
100
1.000
10.000
1,E-08 1,E-06 1,E-04 1,E-02 1,E+00 1,E+02 1,E+04 1,E+06
Dyn
amic
Mo
du
lus
|E*|
, ksi
Frequency, Hz
|E*| at Reference Temp |E*| at selected temp
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V A L O R E S D E D I S E Ñ O
V = 60 km / hr f = 10 Hz
T = 0 C21 C60 C
E*=22 600 psi
1
10
100
1.000
10.000
1,E-07 1,E-05 1,E-03 1,E-01 1,E+01 1,E+03 1,E+05 1,E+07 1,E+09 1,E+11
Dyn
amic
Mo
du
lus
|E*|
, ksi
Frequency, Hz
|E*| at Reference Temp |E*| at selected temp
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V A L O R E S D E D I S E Ñ O
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V A L O R E S D E D I S E Ñ O :
C A L C U L O
Módulo Dinámico
Base Granular20 000 psi
SR = 8000 psi
log(N) = 15.947 – 3.291 log(r) – 0.854 log(E)
N = 325 000 ESALs
E*=1 410 000 psi
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V A L O R E S D E D I S E Ñ O :
C A L C U L O
Módulo Dinámico
Base Granular20 000 psi
SR = 8000 psi
log(N) = 15.947 – 3.291 log(r) – 0.854 log(E)
N = 20 200 ESALs
E*= 370 000 psi
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V A L O R E S D E D I S E Ñ O :
C A L C U L O
Módulo Dinámico
Base Granular20 000 psi
SR = 8000 psi
log(N) = 15.947 – 3.291 log(r) – 0.854 log(E)
N = 1 700 ESALs
E*= 22 600 psi
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D E S E M P E Ñ O D E L A M E Z C L A A S F Á L T I C A
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Métodos Fundamentales:
Propiedades fundamentales
- Diseño Mecanicista y Empírico-
Mecanicista
- Predicción de desempeño
Métodos Empíricos:
Propiedades empíricos
- Correlaciones de desempeño
- Especificaciones puntuales
- Herramienta de diseño
Análisis de Desempeño
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Variabilidad de los materiales.
CONSIDERACIONES IMPORTANTES
Reproducibilidad y repetividad de los ensayos.
Practicidad del ensayo.
Tipo de especímenes.
Preparación de los materiales.
Métodos de compactación.
Temperaturas de ensayo.
Modos de falla.
Niveles de esfuerzo y deformación.
Análisis de Desempeño
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❖ Predecir la susceptibilidad o resistencia del
material ante los principales tipos de deterioro.
❖ Análisis forense.
❖ Proveer de datos de entrada modelos de
respuesta del pavimento.
¿Para qué sirven los Ensayos
de Desempeño?
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Agrietamiento por Fatiga
Análisis de Desempeño
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Agrietamiento por fatiga: Desempeño en el laboratorio
Análisis de Desempeño
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A p l i c a c i o n e s
Funciones de transferencia (Viga a flexión AASHTO T 321)
- Modelo de Finn
- UCR
- DOT Illinois
- Transport and Road Research Laboratory, England
- Instituto del Asflato
-Método de la Shell
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Deformación Permanente
Análisis de Desempeño
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Deformación permanente: Desempeño en el laboratorio
Análisis de Desempeño
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A p l i c a c i o n e s
Diseño y análisis de los ensayos fundamentales de
ahuellamiento
-Modelos empíricos de regresión.
-Modelos de leyes de deformación plástica.
-Ecuaciones funcionales basadas en pruebas de
laboratorio.
Mas reconocidos:
-Shell
- FHWAVESYS
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Daño Por Humedad
Análisis de Desempeño
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Daño por humedad: Desempeño en el laboratorio
Análisis de Desempeño
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E n s a y o s A c e l e r a d o s A P T
![Page 52: Presentación de PowerPointisa.com.sv/wp-content/uploads/2019/01/3.-APLICACION... · 2019-01-23 · También puede ser definida como la razón de la amplitud del esfuerzo sinusoidal](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022041517/5e2c42f91c6d3e46bc0ee1d8/html5/thumbnails/52.jpg)
Es un experimento que permite
reproducir de manera acelerada el
efecto de los vehículos
sobre las estructuras de pavimento
¿Qué es un ensayo acelerado?
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Desarrollo y calibración de
modelos de respuesta y
desempeño de Pavimentos.❖ Modelos de Respuesta Mecanística
para varios escenarios: Humedad,
temperatura, cargas (esfuerzo y
deformación)
❖ Desarrollo de modelos Empíricos
para calibración de
❖ campo
Objetivos
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❖ Evaluar nuevos materiales
❖ Comparar distintas técnicas.
❖ Identificación de
deficiencias en las prácticas
constructivas
Además permite…
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Ensayos Acelerados
Particularidades de los ensayos acelerados
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Ensayos Acelerados
Particularidades de los ensayos acelerados
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Ensayos Acelerados
Calibración de ensayos de desempeño con Ensayos Acelerados (APT)
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Ensayos Acelerados
Funciones de transferencia para Costa Rica
Modelo de predicción de deformación permanente
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Ensayos Acelerados
Funciones de transferencia para Costa Rica
Modelo de predicción de agrietamiento por fatiga
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![Page 61: Presentación de PowerPointisa.com.sv/wp-content/uploads/2019/01/3.-APLICACION... · 2019-01-23 · También puede ser definida como la razón de la amplitud del esfuerzo sinusoidal](https://reader033.fdocuments.es/reader033/viewer/2022041517/5e2c42f91c6d3e46bc0ee1d8/html5/thumbnails/61.jpg)
MUCHAS GRACIAS
Luis Guillermo Loría Salazar, Ph.D.
Coordinador General del Programa de Infraestructura del Transporte
PITRA-LanammeUCR
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