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LA INFLUENCIA DE LA ARENA TRITURADA EN LA RESISTENCIA DE LA
MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE CON GRADACIÓN MDC2 INVIAS
DIANA MERCEDES CASTAÑO MARTÍNEZ
LINA MARÍA OCHOA LOZANO
Trabajo de Grado para optar el Titulo de Especialistas en Vías y Transporte
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MANIZALES
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
Manizales, Febrero de 2005
LA INFLUENCIA DE LA ARENA TRITURADA EN LA RESISTENCIA DE LA
MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE CON GRADACIÓN MDC2 INVIAS
DIANA MERCEDES CASTAÑO MARTÍNEZ
LINA MARÍA OCHOA LOZANO
Modalidad:
Auxiliares de Investigación
Director:
LUIS CARLOS VÁSQUEZ TORRES
Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MANIZALES
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
Manizales, Febrero de 2005
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN................................................................................................... 10
2. ANTECEDENTES .................................................................................................. 11
3. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA........................................................................... 12
4. JUSTIFICACIÓN.................................................................................................... 14
5. OBJETIVOS............................................................................................................ 15
6. ALCANCE .............................................................................................................. 16
7. MARCO REFERENCIAL....................................................................................... 17
7.1. DISEÑO DE MEZCLA SUPERPAVE ........................................................... 18
7.1.1. El Sistema ................................................................................................ 18
7.1.2. Deformación Permanente ........................................................................ 20
7.2. ENSAYO DE TENSIÓN INDIRECTA.......................................................... 21
7.2.1. Procedimiento del Ensayo ....................................................................... 26
7.3. PROPIEDADES RELACIONADAS AL DAÑO ........................................... 29
7.3.1. Fisuramiento por temperatura o expansión térmica................................. 29
7.3.2. Grietas por Fatiga .................................................................................... 30
7.3.3. Deformación Permanente ........................................................................ 31
7.4. ENSAYO DE CARGA DINÁMICA UNIAXIAL DE FLUJO O CREEP ..... 33
7.4.1. Procedimiento de Ensayo en el Equipo UTM ......................................... 35
8. METODOLOGÍA.................................................................................................... 37
8.1. DOCUMENTACIÓN BIBLIOGRÁFICA ...................................................... 37
8.2. OBTENCIÓN DE MATERIALES.................................................................. 37
8.3. DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS REALIZADOS................................... 38
8.3.1. Análisis Granulométrico, Peso Específico y Absorción de Agregados... 38
8.4. ELABORACIÓN BRIQUETAS ..................................................................... 38
8.5. Ensayos realizados a las briquetas ................................................................... 40
8.5.1. Ensayo de Tensión Indirecta.................................................................... 41
8.5.2. Ensayo de Carga Dinámica Uniaxial de Flujo......................................... 42
8.5.3. Ensayo de contenido de vacíos ................................................................ 44
9. RECOPILACIÓN Y PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN.................... 47
9.1. GENERALIDADES ........................................................................................ 47
9.2. RESULTADOS OBTENIDOS DE LOS ENSAYOS REALIZADOS ........... 47
9.2.1. Materiales granulares ............................................................................... 48
9.2.2. Briquetas .................................................................................................. 49
9.2.3. Manejo del equipo UTM ......................................................................... 53
9.2.3.1. Ensayos de Tensión Indirecta .......................................................... 53
9.2.3.2. Ensayo de Fluencia o Creep ............................................................ 54
9.3. RECOPILACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS............... 54
10. CONCLUSIONES ............................................................................................... 70
11. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 71
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Pesos de los materiales por gradación de la mezcla MDC2 ……………….. 40
Tabla 2. Pesos específicos de las Arenas ……………………………………………..48
Tabla 3. Contenido de Vacíos en la Arena …………………………………………... 49
Tabla 4. Peso Específico Bulk de las Briquetas ……………………………………... 50
Tabla 5. Determinación del Contenido de Vacíos de Aire de las Briquetas ………… 52
Tabla 6. Módulos de Tensión Indirecta a la temperatura inferior …………………… 56
Tabla 7. Módulos de Tensión Indirecta a la temperatura media …………………….. 57
Tabla 8. Módulos de Tensión Indirecta a la temperatura superior …………………... 58
Tabla 9. Módulos de Tensión a las diferentes temperaturas ………………………… 59
Tabla 10. Variación de los Módulos de Tensión ……………………………………. 61
Tabla 11. Módulos de tensión a una Temperatura de 20ºC …………………………. 62
Tabla 12. Módulos de tensión a una Temperatura de 25ºC …………………………. 63
Tabla 13. Módulos de tensión a una Temperatura de 30ºC …………………………. 64
Tabla 14. Resumen de los Módulos de Tensión calculados a 20ºC, 25ºC y 30ºC …... 65
Tabla 15. Resultados del Ensayo de Compresión Uniaxial …………………………. 66
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Ensayo de Tensión Indirecta. Mecanismos de Carga (a) y Falla (b) ……...... 22
Figura 2. Deformaciones unitarias bajo cargas repetidas …………………………....... 24
Figura 3. Distribución de esfuerzos relativos y centro del elemento mostrando el
estado biaxial ………………………………………………………………………….. 25
Figura 4. Relaciones entre el pulso de carga y la deformación asociada para el
ensayo de tensión indirecta con carga repetida ……………………………………….. 28
Figura 5. Relaciones entre el número de aplicaciones de carga y las deformaciones
vertical y horizontal para el ensayo de tensión indirecta con carga repetida …………. 29
Figura 6. Materiales tamizados ……………………………………………………….. 39
Figura 7. Dosificación al peso de los agregados y del asfalto ………………………... 39
Figura 8. Máquina UTM y cámara de temperatura controlada ………………………. 53
Figura 9. Nube de puntos con los resultados del ensayo de Tensión Indirecta ………. 60
Figura 10. Módulos de Tensión vs. Temperatura …………………………………….. 61
Figura 11. Fluencia vs. Deformación Recuperable …………………………………… 67
Figura 12. Módulo Resiliente vs. Deformación Recuperable ………………………… 67
Figura 13. Deformación Recuperable vs. Porcentaje de Arena Triturada ……………. 68
Figura 14. Fluencia vs. Porcentaje de Arena Triturada ………………………………. 68
Figura 15. Módulo Resiliente vs. Porcentaje de Arena Triturada …………………….. 69
UNIVERSIDAD BIBLIOTECA ALFONSO CALVAJAL ESCOBAR NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES
Resumen de Trabajo de Grado
CARRERA ESPECILIACION EN VIAS Y TRANSPORTE 1er Apellido: CASTAÑO 2do Apellido: MARTINEZ Nombre: DIANA PATRICIA 1er Apellido: OCHOA 2do Apellido: LOZANO Nombre: LINA MARIA TITULO DEL TRABAJO: LA INFLUENCIA DE LA ARENA TRITURADA EN LA RESISTENCIA DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE CON GRADACIÓN MDC2 INVIAS NOMBRE DEL DIRECTOR DEL TRABAJO: ING. LUIS CARLOS VÁSQUEZ TORRES
RESUMEN DEL CONTENIDO El desempeño de las mezclas asfálticas está influenciado por las propiedades de los agregados, en cuanto forma, angularidad y textura superficial de los agregados finos, que condicionan la estabilidad y resistencia de la mezcla asfáltica. Este trabajo contiene el estudio realizado a la variación que presenta la resistencia de una mezcla asfáltica MDC2 INVÍAS, respecto al porcentaje de arena triturada; evaluada mediante la realización de ensayos de Tensión Indirecta y Fluencia (Creep). Se elaboraron 33 briquetas, variando el porcentaje de arena triturada y natural, desde 100% de arena triturada hasta 0%. El ensayo de Tensión Indirecta se le realizó a las 33 briquetas a tres temperaturas, 20°C, 25°C y 30°C; y el ensayo de Fluencia (Creep) se le efectuó a las 33 briquetas a una sola temperatura, 30°C. Se calculó también el contenido de vacíos en estado suelto de la fracción de arena para las mezclas de material triturado y natural mediante el ensayo de FAA.
ABSTRACT The performance of the asphalt mixtures is influenced by the properties of aggregates, as soon as it forms, angularity and superficial texture of the fine aggregates, who condition the stability and resistance of the asphalt mixture. This work contains the study made to the variation that offers the resistance of an asphalt mixture MDC2 INVÍAS, with respect to the percentage of crushed sand; evaluated by means of the accomplishment of tests of Indirect Tension and Flow (Creep). They were elaborated 33 briquets, having varied the percentage of sand crushed and natural, from 100% of sand crushed to 0%. The test of Indirect Tension was made to him to 33 briquets to three temperatures, 20°C, 25°C and 30°C; and the test of Flow (Creep) it carried out to him to 33 briquets to a only temperature, 30°C. The content of voids in loose state of the fraction of sand for the mixtures of material crushed and natural by means of the FAA test also calculated. PALABRAS CLAVES: ARENA TRITURADA-MEZCLA ASFALTICA-INVIAS MCD2
1. INTRODUCCIÓN
En la producción ce concreto asfáltico para pavimentos se utiliza una gran variedad
de agregados. Dentro de los más frecuentemente utilizados están los agregados
minerales, los agregados sintéticos y los agregados reciclados.
Los agregados minerales se pueden clasificar en naturales y procesados. Los
agregados naturales, son extraídos de ríos y los procesados son aquellos que sufren
algún tipo algún tipo de tratamiento antes de ser utilizados como material de mezcla
asfáltica.
El desempeño de una mezcla asfáltica depende de la calidad de los materiales,
principalmente por las características de forma, angularidad y textura superficial.
Actualmente la deformación permanente y el agrietamiento por fatiga de una mezcla
asfáltica, son los principales mecanismos de deterioro de un pavimento. El aumento
de la deformación permanente de los pavimentos obedece a factores como: el
aumento del volumen de tráfico y las presiones de inflado de las llantas de los
camines por encima de los 75 psi.
Este trabajo hace parte de la Investigación que adelanta el Ingeniero Luís Carlos
Vásquez Torres, en el cual se presenta el estudio realizado a la variación que
presenta la resistencia de una mezcla asfáltica MDC2 INVÍAS de acuerdo al
porcentaje de trituración de la arena, lo cual se efectuó realizando ensayos de
Tensión Indirecta y Creep.
10
2. ANTECEDENTES
Las especificaciones de Construcción de 1970 del Ministerio de Obras Públicas,
vigentes para las obras publicas nacionales hasta 1996, establecían en su sección 23
CONCRETO AFÁLTICO numeral 2.6 Agregado Fino que “La porción de agregado que
pasa el tamiz # 4 se denominará agregado fino y consistirá de arena natural, material de
trituración o de una combinación de ambos”. En el año de 1966, el Instituto Nacional de
Vías (INVIAS), que sustituyó al Ministerio de Obras Públicas y Transportes en la
conservación y construcción de vías del orden nacional, publicó unas nuevas normas de
construcción que reemplazaron a las mencionadas del año 1970 y en las Normas 400 y
450 de 1996 aparecía la exigencia de utilizar arenas trituradas en las mezclas asfálticas o
una mezcla con arenas naturales estableciendo que en cada especificación se fijaría la
composición. En las de 2003 se reglamentan valores explícitos como se transcribe
enseguida: “El agregado fino deberá proceder en su totalidad de la trituración de
piedra de cantera o de grava natural, o parcialmente de fuentes naturales de arena. La
proporción de arena natural no podrá exceder del quince por ciento (15 %) de la masa
total del agregado combinado, cuando el tránsito de diseño sea superior a cinco
millones (> 5*106) ejes equivalentes de 80 kN en el carril de diseño, ni exceder de
veinticinco por ciento (25 %) para tránsitos de menor intensidad. En todo caso, la
proporción de agregado fino no triturado no podrá exceder la del agregado fino
triturado”.
Además se reglamenta que los granos del agregado fino deberán ser duros, limpios y de
superficie rugosa y angular. El material deberá estar libre de cualquier sustancia que
impida la adhesión del asfalto.
11
3. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Las últimas Especificaciones del Instituto Nacional de Vías (INVIAS) publicadas en el
año 2002 introdujeron en la especificación 400 y 450 la obligación de realizar las
mezclas asfálticas con un alto contenido de arena de trituración eliminando
prácticamente la presencia de arenas naturales en la mezcla. Esta exigencia de trituración
ajena al método de diseño Marshall para mezclas asfálticas, el cual se establece por las
mismas normas para diseñarlas, no está respaldada por investigación alguna conocida y
proviene de otro método de diseño(Superpave) con poca o ninguna experiencia y
aplicación en el país.
La investigación directa en vía del proceso constructivo y del comportamiento está fuera
del alcance económico del ámbito académico, por lo tanto una solución es conocer si
hay influencia en la resistencia de las mezclas asfálticas por el mayor o menor
porcentaje de arena de trituración presente en la mezcla.
En el caso de muchas plantas de asfalto de la región, los materiales utilizados son gravas
aluviales, las cuales al ser trituradas producen partículas de arena triturada con un alto
porcentaje de partículas laminares que parecen ser las responsables de problemas de
comportamiento en la construcción y comportamiento.
La resistencia de una mezcla asfáltica se puede medir por el ensayo de tensión indirecta
(BS 213-96) o por el denominado “Método para la resistencia a la deformación
permanente de mezclas asfálticas sujetas a una carga uniaxial inconfinada” (BS 185-
1990) denominado “Creep”.
12
Si se evalúan mezclas asfálticas con diferentes contenidos de arena de trituración
empleando los anteriores ensayos, resultados obtenidos podrían indicar la posibilidad de
disminuir el contenido de arena de trituración en la mezcla asfáltica sin deteriorar la
calidad de la misma o por el contrario confirmar la obligación de exigir el alto contenido
de arena proveniente de trituración.
Los resultados de esta investigación podrían ser alta utilidad para el sector público de la
construcción, en especial para el INVÍAS, porque pude resultar en menores costos de las
mezclas asfálticas sin deterioro de la calidad de la construcción
Resumiendo, se quiere conocer la variación de la resistencia de acuerdo al porcentaje de
trituración de la arena con el fin de encontrar un valor que genere una alta resistencia a
un bajo costo.
13
4. JUSTIFICACIÓN
El desempeño de los pavimentos de concreto asfáltico depende de las propiedades y
proporciones de sus principales componentes, como son: los agregados, cemento
asfáltico y volumen de vacíos.
El incremento de la resistencia de las mezclas asfálticas puede ser alcanzada a través de
la exigencia de mejores propiedades para los agregados, como: tamaño, forma,
angularidad y textura superficial de las partículas y granulometría.
Hasta el momento en Colombia no se han realizado estudios reales sobre este tema,
razón por la cual se pretende hacer este trabajo de grado.
14
5. OBJETIVOS
1.1 Objetivo General
• Encontrar la influencia de la arena triturada en los módulos de Tensión
Indirecta y Creep de Mezclas Asfálticas, con gradación MDC2 INVIAS.
1.2 Objetivos Específicos
• Elaborar 33 briquetas con diferentes porcentajes de arena pasante tamiz No. 8
y retenida en l tamiz No. 100 producto de la trituración.
• Realizar en las briquetas los ensayos de Tensión Indirecta (BS 213-96) a tres
temperaturas (20, 25 y 30°C).
• Realizar el ensayo Método para la resistencia a la deformación permanente
de mezclas asfálticas sujetas a una carga uniaxial inconfinada (BS 185-1990)
(Creep) a una temperatura de 30°C o más.
• Determinar el contenido de vacíos en estado suelto de la fracción arena para
las mezclas de material triturado y arena natural (C1252-98 ASTM).
15
6. ALCANCE
Este trabajo se enmarca dentro de la investigación que adelanta el Ingeniero Luís Carlos
Vásquez Torres, docente de la Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales.
Se trata de establecer la influencia de la arena triturada en los agregados de las mezclas
asfálticas tipo MDC2 de las normas INVIAS en la resistencia evaluada con ensayos de
tensión indirecta (BS 213-96) ejecutados en tres niveles de temperatura para considerar
la influencia de la misma y del ensayo Método para la resistencia a la deformación
permanente de mezclas asfálticas sujetas a una carga uniaxial inconfinada (BS 185-
1990) a una temperatura de 30oC o mayor.
Se realizarán las briquetas con agregados y asfalto obtenidos de la Planta de asfalto de la
firma Murillo - Loboguerrero situada en Andalucía (Valle del Cauca) y se empleará el
diseño allí utilizado para la cantidad de asfalto y temperaturas de compactación.
Se empleará el ensayo para determinar el Contenido de Vacíos en estado suelto de la
fracción arena para las mezclas de material triturado y arena natural (C1252-98 ASTM)
a las muestras de arena con los porcentajes de arena triturada y natural empleados en las
gradaciones de las briquetas.
16
7. MARCO REFERENCIAL
La habilidad para caracterizar los materiales de pavimentos en términos de las
propiedades fundamentales ha tomado gran importancia, debido particularmente a los
factores que muchas agencias están comenzando a usar en los métodos mecanicistas de
diseño de pavimentos basados en la teoría elástica o viscoelástica. Los ensayos
empíricos requeridos para los procedimientos de diseño no proporcionan las propiedades
fundamentales requeridas de la ingeniería por estos más recientes procedimientos de
diseño y generalmente no pueden usarse para evaluar los nuevos materiales que no
tienen ninguna historia de comportamiento. Además, es importante poder evaluar las
propiedades de los materiales que se relacionan con tres formas de falla de los
pavimentos; fisuramiento por temperatura o expansión térmica, agrietamiento por fatiga
y deformación permanente o ahuellamiento.
El desempeño del concreto asfáltico depende ampliamente de las propiedades y
proporciones relativas de sus principales componentes, es decir, de los agregados, del
cemento asfáltico y del volumen de vacíos. Los agregados minerales pueden variar
mucho en cuanto a las características que condicionan su adecuabilidad como material
de la mezcla asfáltica; tales como: mineralogía, granulometría, resistencia durabilidad,
forma, angularidad y textura superficial de las partículas.
Varios trabajos han demostrado la importancia de los agregados para la obtención de
pavimentos de alta calidad. Segundo Kandhal y Parker, Jr. (1998) y Roberts (1991),
demostraron que las propiedades de los agregados están relacionadas con los parámetros
17
de desempeño de los pavimentos de concreto asfáltico, tales como: deformación
permanente, desgaste, agrietamiento por fatiga y resistencia al deslizamiento.
7.1. DISEÑO DE MEZCLA SUPERPAVE
7.1.1. El Sistema
Un producto del Programa Estratégico de Investigación de Carreteras, SHRP, (Strategic
Highway Research Program) fue el sistema de diseño de mezcla asfáltica en caliente.
SUPERPAVE es un acronismo de Superior Performing Asphalt Pavements. El sistema
incluye la especificación de un ligante asfáltico que utiliza un nuevo procedimiento de
ensayo de la propiedad física del ligante; una serie de ensayos y especificaciones para
agregados (áridos) y un sistema de diseño de mezcla asfáltica en caliente.
La especificación Superpave del ligante asfáltico tiene como base procedimientos de
ensayos que han demostrado tener relación directa al desempeño en campo de los
pavimentos de mezclas asfálticas en caliente. Se usa el reómetro de corte dinámico
(DSR) para caracterizar la alta e intermedia rigidez del ligante. El DSR mide el módulo
complejo G* y un bajo ángulo de fase “d”. Cuanto mayor sea él valor de G* mayor será
la rigidez, de este modo la resistencia al ahuellamiento del ligante asfáltico será mayor.
El menor valor del ángulo de fase "d" indicará un ligante asfáltico más elástico. Estos
dos valores se combinan para desarrollar el parámetro de G*/sen d, o rigidez a alta
temperatura. Ha sido señalado que mayor rigidez a alta temperatura significará menor
ahuellamiento.
Se desea tener una rigidez a alta temperatura que sea mayor a 1 KPa a la temperatura de
la carretera en servicio. La propiedad a baja temperatura del ligante asfáltico es evaluada
18
usando el Reómetro de Viga a Flexión (BBR). El reómetro a flexión se caracteriza por el
uso de una carga transitoria "creep" aplicada a una pequeña viga de asfalto simplemente
apoyada en sus extremos y mantenida a una temperatura baja constante.
El BBR es utilizado para determinar la rigidez a la fluencia del ligante asfáltico y del
valor "m". El valor "m" es una línea recta inclinada del logaritmo de la fluencia-rigidez
"versus" tiempo de la curva resultante. Una baja rigidez, por debajo de 300 MPa y un
valor "m" (mayor que 0,300) es deseable. Las propiedades del agregado especificado en
el sistema Superpave están dirigidas directamente a proveer agregados cuya angularidad
resistirán a los efectos destructivos del proceso de construcción y a los efectos del clima.
La angularidad se garantiza exigiendo que el agregado grueso tenga un alto porcentaje
de caras trituradas y requiriendo que los agregados finos sean triturados, evaluados por
el ensayo de angularidad fina (FAA). Los efectos destructivos del proceso de
construcción y los efectos del clima son evaluados por medio del uso del ensayo de
Desgaste en la Máquina de Los Ángeles (Norma ASTM C131) y del ensayo de
durabilidad en Sulfato de Sodio (Norma ASTM C88).
El componente clave del sistema SUPERPAVE del diseño de mezcla es el Compactador
Giratorio Superpave (Superpave Gyratory Compactator) SGC. El SGC fue diseñado para
compactar muestras de mezcla asfáltica en caliente a una densidad similar a aquélla
obtenida en campo por el proceso constructivo y por la acción del tránsito. Este tipo de
compactador también tiende a orientar las partículas del agregado en forma similar a lo
observado en el campo. Una mezcla asfáltica en caliente, se compacta por medio de la
aplicación de una presión vertical y una acción giratoria simultánea. La presión vertical
es fijada en 600 kPa y un ángulo de giro de 1,25º.
Los giros se aplican a una velocidad de 30 r.p.m. (revoluciones por minuto). Se varía el
número de giros para simular el nivel de tránsito. El SGC se usa para compactar
muestras cuyas dimensiones se han fijado en 150 mm de diámetro y alrededor de 115
mm de altura.
19
Los tres parámetros que se evalúan con el compactador giratorio Superpave (SGC) son:
N inicial (Número de giro inicial) N diseño (Número de giro de diseño) N máximo
(Número de giro máximo)
Estos son los giros requeridos para producir la densidad en la mezcla equivalente a la
densidad esperada en campo. En el proceso de diseño de la mezcla el contenido de
asfalto es seleccionado a fin de obtener 4 % de vacíos de aire cuando la mezcla es
compactada a "N diseño". N inicial es una medida de la compactibilidad de la muestra.
Las mezclas que se compactan rápidamente se cree que serán "blandas" durante la
construcción y podrían ser inestables cuando sean sometidas al tránsito. Las mezclas que
contienen 4% de vacíos de aire en N diseño deberían tener al menos 11% (o un máximo
de 89 % del máximo de la densidad máxima teórica (Gmm) en N inicial.
N máximo es el número de giros requeridos para producir en el laboratorio una densidad
que desde ningún punto de vista debería ser excedido en el campo.
Los vacíos de aire en N máximo son al menos 2 % (o un máximo de 98 % de la densidad
teórica máxima Gmm). Mezclas que tengan menos de 2 % de vacíos de aire en N
máximo (o más que 98 % de la densidad máxima teórica) se piensa que serán más
susceptibles a los problemas a la deformación permanente que las mezclas que exceden
2 % de vacíos de aire.
7.1.2. Deformación Permanente
La deformación permanente o ahuellamiento también llamado rodada, se caracteriza por
el cambio permanente del perfil del pavimento o de la "carpeta" asfáltica. El tipo de
ahuellamiento que más preocupa a los técnicos diseñadores de pavimento es la
20
deformación de la carpeta asfáltica. Este tipo de deformación permanente resulta de una
mezcla asfáltica con insuficiencia resistencia al cortante para resistir cargas repetidas.
Una débil mezcla acumulará pequeñas pero permanentes deformaciones por cada
vehículo que pase sobre la misma, formando eventualmente un ahuellamiento o rodada
caracterizado por un movimiento hacia abajo y lateral de la superficie del pavimento.
Este tipo de ahuellamiento generalmente aparece en la parte superior de los primeros
100 mm de la estructura del pavimento.
Para obtener una mezcla asfáltica en caliente que tenga una suficiente resistencia al
cortante para resistir la demanda del tránsito, es necesario dirigir el ahuellamiento
considerando la contribución del ligante asfáltico y del agregado para la resistencia de la
mezcla asfáltica en caliente. El ligante asfáltico debe tener suficiente rigidez para resistir
las fuerzas aplicadas. Bajo el sistema SUPERPAVE este es controlado por la provisión
suficiente de rigidez altas temperaturas (G*/sen d) por el clima y condiciones de tránsito
de la carretera. Un modo de aumentar la rigidez a alta temperatura es adicionando
polímeros al ligante asfáltico. Otra manera de aumentar la resistencia al corte de la
mezcla asfáltica, es por la selección de un agregado que tenga un alto grado de fricción
interna. Esto se lleva a cabo por la selección de un agregado de forma cúbica, que tenga
una textura superficial irregular y cuya gradación sea de tal manera que desarrolle un
íntimo contacto de partícula a partícula. Esto se consigue por el uso de agregados
gruesos triturados y agregados finos de buena angularidad.
7.2. ENSAYO DE TENSIÓN INDIRECTA
El ensayo de Tensión Indirecta, se emplea para evaluar el comportamiento relativo de
las mezclas asfálticas para el diseño de pavimentos. En este ensayo una carga simple o
una carga repetida a compresión se aplica a un espécimen cilíndrico, la cual actúa
paralela y a lo largo del plano diametral vertical del espécimen (Figura 1). Ésta
21
configuración de carga desarrolla unos esfuerzos a tensión relativamente uniformes
perpendiculares a la dirección de la aplicación de la carga y a lo largo del plano
diametral vertical, los cuales usualmente causan la falla del espécimen por rotura a lo
largo de dicho plano.
a. Carga a compresión aplicada
b. Especímen fallando por tensión.
Figura 1. Ensayo de Tensión Indirecta. Mecanismos de Carga (a) y Falla (b).
22
El ensayo de tensión Indirecta ha sido descrito bajo una serie de nombres incluyendo:
Ensayo Brasilero, Ensayo de Rotura, Ensayo de Rotura a Tensión, Ensayo Diametral,
Ensayo de Módulo de Resiliencia, Ensayo de Schmidt y el más conocido, el Ensayo de
Tensión Indirecta. Además, el ensayo puede ser montado con la configuración de carga
repetida o estática, con una carga simple a la falla. Los equipos y montajes descritos para
su uso se encuentran en varios documentos de soporte; los cuales, aunque varían de
alguna manera, presentan resultados iguales en términos de esfuerzos y de propiedades
elásticas y visco - elásticas.
El módulo resiliente es el módulo elástico a ser usado con la teoría elástica. Se conoce
bien que la mayoría de los materiales del pavimento no son elásticos pues experimentan
alguna deformación permanente después de cada aplicación de carga. Sin embargo, si la
carga es pequeña comparada con la fuerza del material y se repite para un número
grande de aplicaciones, la deformación bajo cada repetición de carga es casi
completamente recuperable, proporcional a la carga y puede ser considerada como
elástica.
En la Figura 2, se muestra la deformación de un especímen bajo una prueba de carga
repetida; en la etapa inicial de aplicaciones de carga hay una considerable deformación
permanente tal como es hincado por la deformación unitaria plástica en la figura. Como
el número de repeticiones aumenta, la deformación plástica debido a cada repetición de
carga disminuye. Después de 100 a 200 repeticiones, la deformación es prácticamente
toda recuperable, como es indicado por rε en la Figura 1.
23
Figura 2. Deformaciones unitarias bajo cargas repetidas
El módulo resiliente de tensión se basa en la deformación recuperable bajo la acción
repetida de cargas; y su expresión es la siguiente:
εσ
=RM
Donde σ es el esfuerzo aplicado y ε es la deformación recuperable medida.
El significado de la distribución de los esfuerzos a lo largo de los ejes horizontal y
vertical se muestra en la Figura 3. Bajo condición de carga lineal, el espécimen podría
fallar cerca al punto de carga debido a los esfuerzos a tensión. De todos modos, estos
esfuerzos a compresión son fuertemente reducidos debido a la distribución en la franja
de carga, la cual no solamente reduce la compresión vertical sino que cambia los
esfuerzos horizontales a lo largo del diámetro vertical de tensión a compresión, cerca de
los puntos de aplicación de la carga. Además, como se ha anotado previamente, un
estado de esfuerzos biaxial se desarrolla en el espécimen.
24
Figura 3. Distribución de esfuerzos relativos y centro del elemento mostrando el estado biaxial.
25
En el centro de espécimen, los esfuerzos de compresión vertical son aproximadamente
tres veces el esfuerzo de tensión horizontal. Una franja de carga curva de 0.5” ha sido
usada porque la distribución de esfuerzos no se altera significativamente en un
espécimen de 4” de diámetro y porque los cálculos del módulo de elasticidad y de la
relación de Poisson se facilitan manteniendo un ancho constante de la franja curva de
carga, en vez de un cambio constante del ancho de la franja de carga, lo cual pudiera
ocurrir con una franja de carga plana.
Las ecuaciones fueron desarrolladas de manera tal que permiten el cálculo de la
resistencia a tensión, esfuerzos a tensión, módulo de elasticidad y relación de Poisson.
Estas ecuaciones requieren que el cálculo se efectúe mediante el uso de un programa de
computadora, sin embargo para un diámetro y un ancho de franja de carga dado, las
ecuaciones pueden ser simplificadas y usadas sin la ayuda del computador.
7.2.1. Procedimiento del Ensayo
En el ensayo estático un espécimen cilíndrico se carga generalmente a una velocidad de
2” de deformación por minuto. Una velocidad menor puede ser usada, especialmente
para temperaturas más frías, desde que los materiales se comportan mas elásticamente y
puesto que las cargas o deformaciones asociadas con la fisuración térmica se desarrollan
muy lentamente, y para los materiales más frágiles como lo son el concreto de cemento
Pórtland.
La temperatura de ensayo normalmente es la temperatura ambiente, aproximadamente a
23.9ºC, para eliminar la necesidad de un sistema de control, sin embargo se pueden usar
otras temperaturas.
26
Para caracterizar completamente un material como el concreto asfáltico, se deben tener
al menos tres temperaturas de ensayo, por ejemplo 38ºC o 23.8ºC (temperatura
ambiente) y 38.9ºC podrían ser usadas para obtener los efectos de la temperatura. Las
deformaciones horizontales totales (tensión) y las deformaciones verticales
(compresión), deben ser medidas continuamente durante el proceso de carga.
Para el ensayo de carga dinámica o de repetición de carga, con el método de Tensión
Indirecta, las mismas ecuaciones básicas son usadas pero no es necesario caracterizar
totalmente la relación carga – deformación. El módulo resiliente de elasticidad puede ser
obtenido al medir las deformaciones recuperables sobre los ejes y asumiendo una
relación lineal entre carga y deformación. Además, este método también puede proveer
un estimativo de las deformaciones permanentes que ocurren bajo las repeticiones de
carga. Generalmente, los esfuerzos repetidos son aplicados en forma sinusoidal y una
pequeña pre - carga es utilizada con el objetivo de mantener un contacto constante entre
franja de carga y el especímen
Los típicos pulsos carga – tiempo y las relaciones deformación – tiempo se enseñan en
las Figuras 4 y 5. Se recomienda que cargas de corta duración se usen solo si se dispone
de unos equipos adecuados de medición y registro. Otros tipos de pulsos de carga –
tiempo, como onda cuadrada o trapezoidal, pueden ser también usadas.
27
Figura 4. Relaciones entre el pulso de carga y la deformación asociada para el ensayo de tensión
indirecta con carga repetida.
28
Figura 5. Relaciones entre el número de aplicaciones de carga y las deformaciones vertical y
horizontal para el ensayo de tensión indirecta con carga repetida.
7.3. PROPIEDADES RELACIONADAS AL DAÑO
Además de las características elásticas y viscoelásticas básicas, las propiedades
relacionadas con los modos básicos de daño de agrietamiento térmico y retracción por
temperatura, rotura a la fatiga y las deformaciones permanentes son requeridas y pueden
ser obtenidas usando el ensayo de tensión indirecta con carga estática y repetida.
7.3.1. Fisuramiento por temperatura o expansión térmica
El esfuerzo de tensión requerido por el subsistema de agrietamiento por temperatura o
expansión térmica, puede obtenerse usando el ensayo de tensión directa o el de tensión
29
indirecta de carga estática. El ensayo de tensión directa es extremadamente difícil y de
ejecución muy lenta, mientras que el ensayo de tensión indirecta es simple y pueden
desarrollarse hasta 25 ensayos por hora.
Los valores de esfuerzos para concreto asfáltico generalmente tienen una variación entre
50 y 600 psi dependiendo de la temperatura. A 23.9 ºC los valores se encuentran
habitualmente dentro de un rango de 100 a 200 psi. Estos esfuerzos son típicos y
realistas para el concreto asfáltico. Valores realistas han sido también obtenidos para el
concreto de cemento Pórtland y otros materiales.
Debido a la facilidad para la ejecución del ensayo estático, este puede ser usado para el
control de calidad y tiene aplicaciones definidas para la evaluación de los materiales de
pavimentos en áreas donde no se tiene un fácil acceso a los ensayos de laboratorio. Es
posible también que la resistencia a la tensión o el módulo de elasticidad estático puedan
estar relacionados con el comportamiento bajo cargas repetidas, o que el diseño de la
mezcla pueda estar basado en ensayos estáticos.
7.3.2. Grietas por Fatiga
Varios tipos de ensayos han sido usados para el estudio del comportamiento a la fatiga
de las mezclas asfálticas y de otros materiales del pavimento. Los ensayos que han sido
usados significativamente para los materiales asfálticos son: el ensayo a flexión, el
ensayo en Cantiliver Rotacional, ensayo de Carga Axial y el ensayo de Tensión Indirecta
de carga repetida.
Dos tipos básicos de solicitación son usados en los ensayos de laboratorio, esfuerzo
controlado o deformación controlada. Los ensayos con deformación controlada
involucra la aplicación de cargas repetidas las cuales producen una constante y repetida
30
deformación unitaria. En el ensayo de esfuerzo controlado, un esfuerzo constante o
carga es repetido. Los materiales en un pavimento flexible de espesor grueso son
evaluados mejor usando el ensayo de esfuerzo controlado. El ensayo de deformación
unitaria controlada se aplica más en pavimentos flexibles delgados.
A las velocidades de tráfico típicas y temperatura del pavimento, el asfalto se comporta
casi elásticamente y su módulo de tensión indirecta es una medida de su resistencia a la
flexión y de su habilidad carga - deformación.
La acumulación de deformación permanente probablemente es el inconveniente mas
grande de la prueba de tensión indirecta. Esto tiende a esconder de alguna manera la
evidencia de daño de fatiga, y de acuerdo con la prueba, no caracteriza la conducta de
fatiga directamente, esto es particularmente para las temperaturas altas donde la
conducta no lineal y visco – elástica del material es más pronunciada.
La precisión del aparato de tensión indirecta es muy dependiente de la exactitud con que
las deformaciones horizontales son medidas. La necesidad de medir la deformación en el
especímen ha dado lugar a montajes diferentes que han sido desarrollados por varias
instituciones de investigación. Esto incluye medidores de deformación unitaria, un
LVDT (deformímetro) pegado al especímen, unos LVDTs montados sobre columnas
que son independientes del especímen, extensómetros colocados sobre tiras de acero
pegadas a los lados del especímen y micro LVDTs que son colocados en el lado plano
del especímen.
7.3.3. Deformación Permanente
Tres ensayos de carga básica repetida han sido usados para obtener la deformación
permanente para los materiales asfálticos.
31
Estas tres pruebas son:
• Ensayo de Compresión Triaxial
• Ensayo Triaxial en el que el esfuerzo axial es la tensión, y
• Ensayo de Tensión Indirecta de Carga repetida
Con base en la comparación de los valores obtenidos usando el ensayo de Carga
Repetida de Brampton, fue concluido que el ensayo de tensión indirecta con carga
repetida y el ensayo triaxial en los cuales la deformación axial es una tensión, provee
estimaciones razonables de deformaciones permanentes.
Además de las características normales de la deformación permanente, las propiedades
de la deformación permanente usada por Vesys pueden ser determinadas usando el
ensayo de tensión indirecta con carga repetida y el ensayo triaxial. Dos parámetros
básicos GNU y ALFA, son usados para describir las características de la deformación
permanente de las mezclas asfálticas y para predecir el ahuellamiento.
La teoría asume que la relación logarítmica entre el número de cargas repetidas y las
deformaciones permanentes es esencialmente lineal sobre un rango de aplicaciones de
carga y puede ser descrito por la ecuación:
SIN=αε
Donde:
=αε Deformación permanente acumulada
I = Intercepto con el eje de deformación permanente
N = Número de aplicaciones de carga
S = Valor máximo de la porción lineal en la relación logarítmica
32
GNU, es definido como: r
ISε
µ =
Y alfa es definido como: S−= 1α
Donde rε = deformación resiliente, que se considerada se pone constante después de
unas aplicaciones de carga.
Una evaluación de los tres ensayos, enunciada a continuación, indicó que la relación de
las deformaciones permanentes para los dos últimos ensayos, el cual involucra el
esfuerzo a tensión, son similares pero diferentes de los ensayos de compresión triaxial.
Para los ensayos de compresión la relación semilogarítmica tiene una porción lineal, sin
embargo la relación logarítmica es no lineal. Para los ensayos de tensión, la relación
aritmética tiene significado en la porción lineal, pero, con la relación de compresión
esfuerzo, la relación logarítmica es no lineal. Este comportamiento es característico de
las relaciones obtenidas de ambos ensayos: el ensayo de tensión indirecta de carga
repetida y el ensayo triaxial en el cual el esfuerzo axial es tensión.
7.4. ENSAYO DE CARGA DINÁMICA UNIAXIAL DE FLUJO O CREEP.
Este ensayo permite determinar la resistencia a la deformación unitaria permanente de
mezclas bituminosas sujetas a una carga uniaxial no confinada.
En este ensayo una carga estática de magnitud fija es aplicada a lo largo del eje
diametral de un especímen preacondicionado para una duración fija de tiempo. Se usan
las deformaciones horizontales y verticales medidas cerca del centro del especímen para
calcular la tensión en una duración particular de tiempo. Se seleccionan las cargas que
33
contienen deformaciones en el rango lineal viscoelástico (generalmente inferiores a 300
microstrains).
Midiendo las deformaciones horizontales y verticales en regiones donde las
deformaciones son relativamente constantes y las localizadas por fuera de los efectos no
lineales y por fuera de los efectos lineales inducidos por la carga de las barras de acero,
la relación de Poisson puede determinarse con mayor precisión. La relación de Poisson
se usa para predecir tres dimensiones de tensión y deformación. Sin embargo al soltar la
carga una porción constante de deformación vertical se aplica al especímen hasta la
falla.
La determinación de los límites de falla pueden usarse en los modelos mecanicistas
basados Rotura a la Fatiga o usados para comparar la calidad de las mezclas.
Los valores de creep pueden usarse para evaluar la calidad relativa de los materiales, así
como para generar la entrada para el diseño de pavimentos y modelos de evaluación.
Del ensayo de Creep, estos valores incluyen el intercepto y la línea de fuerza vs el
tiempo de carga. La prueba puede usarse para estudiar los efectos de temperatura,
magnitud de la carga, volumen de la carpeta (binder content) y tiempo de carga. Cuando
se usa en conjunto con otras propiedades físicas de mezclas, la fluencia creep puede
contribuir a la caracterización gomal de la mezcla. Este es un factor para determinar las
ventajas de una mezcla para usarla como material de pavimento en una carretera para un
tráfico dado y ciertas condiciones medio ambientales.
34
7.4.1. Procedimiento de Ensayo en el Equipo UTM
El ensayo inicialmente aplica un esfuerzo estático de condicionamiento al especímen y
mide la deformación acumulada resultante. La magnitud y la duración de la aplicación
del esfuerzo de condicionamiento tienen valores por defecto de 10KPa y 600 segundos,
respectivamente, pero estos valores pueden ser alterados por el operador si se requiere.
Luego del tiempo de condicionamiento, 20 segundos, periodo después del cual se
determina un nuevo nivel de deformación unitaria igual a cero y luego comienzan los
pulsos de carga del especímen. Cuando este tiempo expira, el especímen es sujeto a
pulsos repetidos de carga durante 1800 ciclos con un nivel de esfuerzo por defecto de
100 KPa. Al igual que con los parámetros del periodo de condicionamiento, la magnitud
del esfuerzo por defecto y el número de ciclos aplicados, pueden ser modificados de
acuerdo con los requerimientos. Durante la aplicación de los pulsos de carga, la
deformación unitaria acumulada se mide y muestra una gráfica con ejes en escala lineal.
La deformación del especímen, durante los estados de condicionamiento y pulsos de
carga del ensayo, se miden en el mismo eje que el esfuerzo aplicado, usando dos LVDT.
La fuerza aplicada es de ciclo abierto controlado, de forma rectangular esencialmente.
Los datos se recogen de los pulsos de carga en un intervalo de tiempo lineal
(equidistante) y luego almacenados en un buffer. Si el buffer se llena, se usa un proceso
d decimización binaria para recoger los datos y cada vez que esto ocurra, el intervalo de
tiempo para captura de datos es duplicado. Usando esta técnica, el estado de pulso de
carga del ensayo puede continuar indefinidamente, sin embargo, con incremento en la
calidad de la resolución de la medida del tiempo.
Se aplica un filtrado digital a los datos en varios estados de su captura y procesamiento,
para logra suavidad en los datos reportados y mostrados.
35
Un esfuerzo de carga estática es aplicado para un periodo de tiempo especificado; una
vez concluida la etapa de condicionamiento, el esfuerzo aplicado al especímen cesa y un
periodo de ajuste de 20 segundos tiene lugar, periodo después del cual se determina un
nuevo nivel de deformación unitaria cero y luego comienzan los pulsos de carga del
especímen.
A medida que el ensayo avanza se grafica la deformación unitaria resultante del
especímen contra el número de pulsos de carga aplicados. El ensayo continúa hasta que
cualquiera de las condiciones de finalización (tiempo final o máxima deformación
unitaria de control) sea alcanzada.
36
8. METODOLOGÍA
Para el desarrollo de este trabajo de grado se llevó a cabo el proceso que se describe a
continuación:
8.1. DOCUMENTACIÓN BIBLIOGRÁFICA
Se realizaron investigaciones acerca de los Ensayos de Tensión Indirecta, de Creep y del
Ensayo de Angularidad de los Agregados Finos (FAA), Especificaciones, y todo lo
referente al tema de investigación.
8.2. OBTENCIÓN DE MATERIALES
Para el desarrollo de esta investigación se obtuvieron materiales que utilizan en la Planta
de Asfalto de la firma Murillo-Loboguerrero situada en Andalucía (Valle del Cauca);
estos materiales fueron: asfalto, fracción gruesa y fina triturada. La arena natural se
obtuvo del Río Chinchiná.
37
8.3. DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS REALIZADOS
8.3.1. Análisis Granulométrico, Peso Específico y Absorción de Agregados
Primero se efectuó la separación por tamaños de todos los materiales, tanto de la
fracción gruesa, como de la fracción fina (arena natural y triturada). Se realizaron
ensayos de Peso específico y absorción de Agregados para los dos tipos de arena;
Triturada y Natural. (NTC 237 1ª actualización). Se realizó la gradación a los dos tipos
de arena, a la Natural y a la triturada.
8.4. ELABORACIÓN BRIQUETAS
Después de haber tamizado los materiales mecánicamente, y luego de realizar los
respectivos ensayos a los agregados de fracción gruesa y fina, se realizó el diseño de la
mezcla para un contenido de asfalto igual al 5%, y usando la granulometría media
especificada por la Norma 450 del INVIAS para una mezcla MDC2. Se usó el 5%
porque este valor corresponde al porcentaje de diseño de la mezcla de Murillo -
Loboguerrero, y las briquetas se compactaron a una temperatura de 140ºC.
38
Figura 6. Materiales tamizados
En la Figura 6 se aprecian los materiales separados por tamaños; en la parte inferior se
encuentra el llenante mineral, en el medio las fracciones de arena natural y en la parte
superior fracciones arena triturada y material grueso triturado.
Figura7. Dosificación al peso de los agregados y del asfalto
La dosificación de cada uno de los materiales de la mezcla MDC2 se realizó al peso, con
los siguientes valores de pesos:
39
Tabla 1. Pesos de los materiales (gr) por gradación de la mezcla MDC2
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
3/4
84
1/2
84 84 84 84 84 84 84 84 84 84
153.6
3/8
153.6 153.6 153.6 153.6 153.6 153.6 153.6 153.6 153.6 153.6
248.4 248.4 248.4 248.4 248.4 248.4 248.4 248.4 248.4 248.4 248.4
No. 4
234
0
210.6
23.4
187.2
46.8
163.8
70.2
140.4
93.6
117.0
117.0
93.6
140.4
70.2
163.8
46.8
187.2
23.4
210.6
0.0
234.0
No. 10
270
0
243.0
27.0
216.0
54.0
189.0
81.0
162.0
108.0
135.0
135.0
108.0
162.0
81.0
189.0
54.0
216.0
27.0
243.0
0
270
No. 40
78
0
70.2
7.8
62.4
15.6
54.6
23.4
46.8
31.2
39.0
39.0
31.2
46.8
23.4
54.6
15.6
62.4
7.8
70.2
0
78.0
No. 80
68.4
68.4
68.4 68.4 68.4 68.4 68.4 68.4 68.4 68.4 68.4 68.4
No. 200
63.6 63.6 63.6 63.6 63.6 63.6 63.6 63.6 63.6 63.6 63.6
• Los números en rojo indican los pesos de arena natural
• El material pasante No. 80 y retenido de No. 20 es el correspondiente a la arena
triturada.
8.5. Ensayos realizados a las briquetas
A las 33 briquetas se les efectuaron ensayos de Tensión Indirecta y ensayos de Carga
Dinámica Uniaxial de Flujo (Creep). Los primeros se realizaron a tres temperaturas
diferentes, 20, 25 y 30ºC; y los segundos se hicieron a una sola temperatura, 30ºC.
40
8.5.1. Ensayo de Tensión Indirecta
El ensayo del módulo con cinco pulsos controlados de circuito abierto, es un ensayo de
rigidez del material, que cumple con el DD 213: 1996 y publicado por British Standard
Institute (BSI).
Este ensayo se le realizó a todas las briquetas a tres temperaturas diferentes,
aproximadamente a 20, 25 y 30ºC; usando el equipo UTM (Universal Testing Machine).
Estas temperaturas fueron controladas mediante los transductores insertados en un
especímen de control, localizado cerca del especímen de ensayo, el cual informa la
temperatura en la superficie y en el núcleo del especímen.
En el ensayo una fuerza de carga diametral en pulsos se aplica a un especímen, y la
deformación unitaria diametral horizontal resultante se mide en un eje de 90º de la
fuerza aplicada. Posteriormente el especímen es girado 90º aplicándole la misma fuerza
y midiéndole la deformación unitaria respecto a la nueva horizontal. La deformación
unitaria en el eje en que se aplica la fuerza no se mide, por lo que la relación de Poisson
debe estimarse.
La secuencia del ensayo consiste en un conteo fijo de cinco pulsos de carga, durante los
cuales el sistema automáticamente ajusta la magnitud de la fuerza para que la
deformación unitaria horizontal diametral transitoria pico especificada por el operados
sea alcanzada. Los cinco pulsos de carga del ensayo se aplican entonces para su
posterior adquisición de datos.
Los siguientes resultados se calculan de los datos de cada cinco impulsos de carga:
• Módulo de rigidez del especímen (Stiffness).
• Módulo de rigidez ajustado por temperatura y relación de área cargada.
41
• Tiempo de carga del pulso de fuerza, medido en fuerza cero.
• Tiempo de incremento del pulso de fuerza, medido desde fuerza cero al pico.
• Fuerza de carga pico.
• Deformación unitaria diametral horizontal transitoria pico del especímen.
• Factor del área de carga.
Además, usando los datos de todos los cinco impulsos de carga, se calcula la media, la
desviación estándar y el coeficiente de variación.
Los resultados del ensayo se almacenan en un archivo binario que está por lo general
identificado con el nombre del especímen. La información almacenada en el archivo
binario permite revisar los ensayos, producir informes impresos, o crear un archivo
ASCII que da medio para que los resultados del ensayo sean importados en una hoja de
cálculo.
8.5.2. Ensayo de Carga Dinámica Uniaxial de Flujo
Este ensayo se le realizó a las 33 briquetas a una temperatura de aproximadamente 30ºC,
con el fin de obtener representatividad del ensayo.
Este ensayo cumple con los requerimientos del “Draft for Development” publicado por
el British Standard Institute (BSI) como un método para la determinación de la
resistencia a la deformación unitaria permanente de mezclas bituminosas sujetas a una
carga uniaxial no confinada.
A medida que el ensayo avanza, los datos graficados se muestran en un sistema con ejes
vertical y horizontal lineales. El operador puede seleccionar una gráfica de las siguientes
opciones:
42
• Deformación unitaria acumulada (deformación unitaria permanente o creep).
• La derivada de la deformación unitaria acumulada (pendiente):
• Esfuerzo pico aplicado.
• Deformación Unitaria Resiliente.
• Módulo Resiliente
• Módulo de Rigidez al Flujo.
• Temperatura del núcleo del especímen “dummy”.
Los siguientes datos se calculan para cada pulso:
• Tiempo de duración del ensayo (horas, minutos y segundos).
• Conteo del pulso de carga.
• Esfuerzo pico y fuerza pico de carga.
• Deformación unitaria acumulada en el especímen, durante el estado de pulso de
carga.
• Conteo de pulso entre 10000 y 30000 microdeformaciones acumuladas.
• Pendiente de la deformación unitaria mínima acumulada; conteo del pulso y
deformación unitaria acumulada en la mínima pendiente.
• Deformación unitaria resiliente del especímen y módulo resiliente.
• Módulo de rigidez al flujo del especímen.
• Temperatura del núcleo y superficie del especímen “dummy”.
• Señal de los LVDT, mostrados como un porcentaje de su escala total.
• Esfuerzo de condicionamiento aplicado.
• Deformación unitaria acumulada durante el estado de condicionamiento.
• Duración del estado de condicionamiento.
Un archivo binario es creado y es renovado constantemente durante un ensayo. La
información almacenada en el archivo binario, permite continuar el ensayo, revisarlo e
imprimirlo; también permite crear un archivo ASCII, que es un medio para que los
43
resultados del ensayo puedan ser vistos en una hoja de cálculo. El archivo ASCII
almacena los últimos parámetros del ensayo leídos, y luego tabula los datos del ensayo
para cada pulso almacenado. Estos datos incluyen:
• Conteo de pulsos.
• Esfuerzo pico aplicado (PrStress).
• Deformación acumulada (Acc Strn).
• Derivada de la deformación unitaria acumulada (Slope (PS)).
• Deformación unitaria resiliente (Resi Strn).
• Módulo Resiliente (Resi Mod).
• Temperatura en el núcleo del especímen “dummy” (TmpPrb1).
• Módulo o rigidez al flujo (Stiffness).
Un archivo de definición de parámetros de las variables del ensayo, es utilizado por el
software para almacenar los parámetros de control, opciones y arreglos para la próxima
vez que el programa sea llamado con este tipo de ensayo y variables.
8.5.3. Ensayo de contenido de vacíos
La angularidad del agregado fino es evaluada a través de la determinación de vacíos en
un material no compactado, cuando una muestra ha fluido de una altura ya establecida
dentro de un cilindro de volumen conocido (100cm3). El cual se realiza de acuerdo a la
norma ASTM 1252.
El material que sobra sobre la parte superior del cilindro es retirado suavemente con una
espátula, para no causar compactación o acomodación de partículas por vibración. Se
determina la masa del agregado fino dentro del cilindro, siendo el volumen del agregado
44
fino el contenido en el cilindro calculado usando su masa específica aparente,
determinada de acuerdo a la norma ASTM C128.
Los vacíos no compactados son calculados por la diferencia entre el volumen del
cilindro y el volumen del agregado; de acuerdo a la siguiente ecuación:
100×
−
=c
ap
ac
V
mV
Uρ
Donde,
U: Vacíos no compactados (%)
ma: Masa el agregado contenida en el cilindro (gr)
ρap: Densidad específica bulk del agregado fino (gr/cm3)
Vc: Volumen del cilindro (cm3)
El ensayo puede ser realizado de acuerdo a tres métodos distintos (A, B o C). El Método
A usa una combinación de fracciones específicas de agregado fino; el resultado final de
los vacíos no compactados (FAA) referente al agregado fino ensayado corresponde al
promedio entre dos determinaciones. El Método B utiliza fracciones individuales
específicas realizando un ensayo para fracción de agregado separadamente con un valor
de FAA correspondiente al promedio de los tres valores. En el Método C el ensayo se
hace con una muestra de 190 gr de agregado fino pasante Tamiz #4.
Estudios realizados muestran que de los métodos A, B y C resultan valores de FAA
diferentes, porque los vacíos entre las partículas aumentan cuando la granulometría del
agregado es cada vez mas uniforme. Estudios sobre deformación permanente
desarrollados por el Centro Nacional de Tecnología en Asfalto (NCAT), relacionan
empíricamente la deformación permanente con valores de FAA.
45
Las partículas de agregados redondas y lisas permiten un acomodamiento más fácil entre
sus partículas; presentando menor volumen de vacíos no compactados cuando se
compara con partículas de agregados con mayor angularidad y rugosidad. La
granulometría del agregado también afecta el volumen de vacíos no compactados, pues
los agregados que son bien gradados presentan menor volumen vacíos no compactados
que los agregados que contienen partículas uniformemente gradadas.
46
9. RECOPILACIÓN Y PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN
9.1. GENERALIDADES
Nuestra participación como auxiliares de investigación en este trabajo, se basó
principalmente en la preparación de las muestras, elaboración de las briquetas,
elaboración de los ensayos e interpretación de los resultados, con el seguimiento del
Ingeniero Luís Carlos Vázquez Torres.
En este trabajo se recopilara la información obtenida de los diferentes ensayos realizados
a los materiales granulares y finos de la mezcla asfáltica, y a las briquetas elaboradas.
En total se elaboraron 34 briquetas, a las cuales se les realizó el ensayo de Peso
específico Bulk, el ensayo de Tensión Indirecta a tres temperaturas; y a 22 de ellas se
les realizó el ensayo de Creep a una sola temperatura.
La información fue recopilada en formatos manuales para cada ensayo y también fue
registrada en medio magnético.
9.2. RESULTADOS OBTENIDOS DE LOS ENSAYOS REALIZADOS
A continuación se presentan los resultados obtenidos de los diferentes ensayos
realizados a los materiales y a las briquetas.
47
9.2.1. Materiales granulares
Se realizaron los ensayos de Peso específico, Absorción de Agregados y Contenido de
Vacíos a las arenas provenientes de la planta de Asfalto de Andalucía, del Río Chinchiná
y Cascarero. Se sacaron dos muestras en cada ensayo para cada una de las arenas.
Los resultados de los ensayos de Peso Específico de las Arenas se muestran a
continuación:
Tabla 2. Pesos específicos de las Arenas
1 2Triturada Andalucía 2,722 2,746Natural, Río Chinchiná 2,494 2,495Natural, Cascarero 2,485 2,471
Peso Específico BulkArena
En el ensayo de Contenido de Vacíos en las arenas se obtuvieron los siguientes
resultados:
48
Tabla 3. Contenido de Vacíos en la Arena
Porcentaje de
Arena Triturada
(%)
Porcentaje de
Arena Natural
(%)
Peso de la
muestra (gr)
Gravedad
Específica
Contenido de
Vacíos (U)
100 0 179.1 2.849 43.5
90 10 179.0 2.827 43.1
80 20 180.3 2.807 42.2
70 30 179.2 2.726 42.2
60 40 178.7 2.766 41.8
50 50 175.5 2.746 41.2
40 60 178.5 2.726 41.1
30 70 177 2.707 41.2
20 80 176.6 2.688 40.9
10 90 175.9 2.869 40.7
0 100 176.1 2.650 40.2
De este ensayo se tiene que el contenido de vacíos es mayor en la arena triturada, que en
la arena natural, pues vemos que para la muestra de arena 100% triturada y 0% natural el
contenido de vacíos es de 43.5, mientras que para la muestra de 0% arena triturada y
100% de arena natural el contenido de vacíos es de 40.2.
9.2.2. Briquetas
En total se elaboraron 34 briquetas usando el procedimiento del Método Marshall,
debido a que una de las briquetas se compactó a una temperatura inferior de 140ºC. Se
elaboraron tres briquetas para cada combinación de arena triturada y arena natural,
variando el contenido de arena triturada desde 100% hasta 0%, con el fin de obtener un
tamaño de muestra apropiado para promediar los valores obtenidos de los ensayos.
49
A todas las briquetas de les calculó el Peso específico Bulk y el contenido de vacíos de
aire, cuyos resultados se describen a continuación:
Tabla 4. Peso Específico Bulk de las Briquetas
Briqueta
No.
Peso briqueta
seca sin
parafina (gr)
Peso briqueta
seca mas
parafina (gr)
Peso sumergido
briqueta mas
parafina (gr)
Volumen
briqueta mas
parafina (cm3)
Peso
parafina (gr)
Volumen de la
parafina (cm3)
Volumen
briqueta
(cm3)
Peso
específico
Bulk
1 1247.7 1260.4 754.4 506.0 12.7 14.1 491.9 2.536
2 1235.5 1252.3 748.5 503.8 16.8 18.7 485.1 2.547
3 1217.7 1236.7 736.6 500.1 19.0 21.1 479.0 2.542
4 1233.1 1252.0 744.9 507.1 18.9 21.0 486.1 2.537
5 1234.5 1253.7 741.5 512.2 19.2 21.3 490.9 2.515
6 1230.0 1245.8 742.1 503.7 15.8 17.6 486.1 2.530
7 1221.1 1239.6 736.6 503.0 18.5 20.6 482.4 2.531
8 1266.9 1283.3 765.7 517.6 16.4 18.2 499.4 2.537
9 1248.8 1257.4 749.6 507.8 8.6 9.6 498.2 2.507
10 1221.5 1236.2 734.3 501.9 14.7 16.3 485.6 2.515
11 1235.9 1251.1 736.6 514.5 15.2 16.9 497.6 2.484
12 1241.5 1260.1 738.0 522.1 18.6 20.7 501.4 2.476
13 1235.4 1254.1 732.3 521.8 18.7 20.8 501.0 2.466
14 1235.7 1252.2 724.4 527.8 16.5 18.3 509.5 2.425
15 1227.2 1244.9 729.0 515.9 17.7 19.7 496.2 2.473
16 1242.3 1258.4 731.0 527.4 16.1 17.9 509.5 2.438
17 1232.6 1249.3 724.2 525.1 16.7 18.6 506.5 2.434
18 1219.0 1238.4 721.0 517.4 19.4 21.6 495.8 2.459
19 1241.4 1258.7 719.0 539.7 17.3 19.2 520.5 2.385
20 1229.6 1247.8 719.0 528.8 18.2 20.2 508.6 2.418
21 1243.2 1250.3 733.8 516.5 7.1 7.9 508.6 2.444
22 1244.8 1250.6 730.3 520.3 5.8 6.4 513.9 2.422
23 1235.7 1244.1 723.3 520.8 8.4 9.3 511.5 2.416
24 1241.2 1250.8 726.3 524.5 9.6 10.7 513.8 2.416
25 1237.3 1246.8 721.0 525.8 9.5 10.6 515.2 2.402
26 1248.9 1264.4 715.7 548.7 15.5 17.2 531.5 2.350
27 1244.5 1260.2 721.2 539.0 15.7 17.4 521.6 2.386
28 1231.5 1247.7 711.9 535.8 16.2 18.0 517.8 2.378
29 1244.4 1259.5 719.4 540.1 15.1 16.8 523.3 2.378
30 1244.7 1257.9 718.6 539.3 13.2 14.7 524.6 2.373
31 1258.2 1269.9 718.3 551.4 11.5 12.8 538.6 2.336
32 1232.5 1256.4 712.9 543.5 23.9 26.6 516.9 2.384
33 1239.7 1248.2 709.5 538.7 8.5 9.4 529.3 2.342
50
Debido a que la briqueta No. 9 se compactó a una temperatura inferior de 140ºC, no se
tendrá en cuenta en los análisis; por lo tanto la briqueta No. 34 pasará a tomar ese lugar
con el número 9.
De este ensayo se obtiene que el mayor peso específico lo tienen las briquetas que se
elaboraron con mayor porcentaje de arena triturada, cuyos valores son 2.336 para una
briqueta con 0% de arena triturada y 100% de arena natural y 2.547 para una briqueta
con 100% de arena triturada y 05 de arena natural.
A continuación se presenta la tabla con los resultados del contenido de Vacíos de Aire
de las briquetas:
Densidad Bulk Grava: 2.916
Densidad Bulk Arena Triturada: 2.849
Densidad Bulk Arena Natural: 2.495
Contenido de Asfalto: 5%
51
Tabla 5. Determinación del Contenido de Vacíos de Aire de las Briquetas
Briqueta No.
% Arena Triturada
% Arena Natural
% Retenido tamiz No. 4
Gravedad específica ponderada agregado
Densidad Bulk Briqueta
Contenido de Vacíos de Aire
1 100 0 40,5 2,876 2,536 3,52 100 0 40,5 2,876 2,547 3,13 100 0 40,5 2,876 2,542 3,34 90 10 40,5 2,851 2,537 2,85 90 10 40,5 2,851 2,515 3,66 90 10 40,5 2,851 2,530 3,17 80 20 40,5 2,828 2,531 2,38 80 20 40,5 2,828 2,537 2,19 80 20 40,5 2,828 2,507 3,2
10 70 30 40,5 2,804 2,515 2,211 70 30 40,5 2,804 2,484 3,412 70 30 40,5 2,804 2,476 3,713 60 40 40,5 2,781 2,466 3,414 60 40 40,5 2,781 2,425 5,015 60 40 40,5 2,781 2,473 3,216 50 50 40,5 2,758 2,438 3,817 50 50 40,5 2,758 2,434 4,018 50 50 40,5 2,758 2,459 3,019 40 60 40,5 2,736 2,385 5,320 40 60 40,5 2,736 2,418 3,921 40 60 40,5 2,736 2,444 2,922 30 70 40,5 2,714 2,422 3,123 30 70 40,5 2,714 2,416 3,324 30 70 40,5 2,714 2,416 3,325 20 80 40,5 2,692 2,402 3,226 20 80 40,5 2,692 2,350 5,327 20 80 40,5 2,692 2,386 3,928 10 90 40,5 2,671 2,378 3,529 10 90 40,5 2,671 2,378 3,530 10 90 40,5 2,671 2,373 3,731 0 100 40,5 2,650 2,336 4,632 0 100 40,5 2,650 2,384 2,633 0 100 40,5 2,650 2,342 4,3
Se puede observar que el contenido de vacíos de aire de la mayoría de las briquetas varía
entre el 3 y 5%.
52
9.2.3. Manejo del equipo UTM.
Antes de iniciar con los ensayos de Tensión Indirecta y de Fluencia Creep, fue necesario
estudiar un poco sobre el manejo del Equipo UTM (Universal Testing Machine), con el
fin de aprender, como era el montaje, el manejo y la toma de resultados. También se
recibió una capacitación por parte del Laboratorista encargado, y entrenado para
manejarlo
9.2.3.1. Ensayos de Tensión Indirecta
Antes de iniciar ensayos, era necesario controlar la temperatura con un mismo valor
durante 24 horas y se realizaba un chequeo de la temperatura de la nevera antes de
comenzar el ensayo. Una vez controlada se procedía a realizar el montaje de la briqueta
en un soporte, y la colocación de sensores que registraban la temperatura en el núcleo y
en la superficie, los cuales transmitían la información al computador por medio de una
interfase. Ver Figura 8.
Figura 8. Máquina UTM y cámara de temperatura controlada
53
Las briquetas se ensayaban una vez por día, era necesario esperar como mínimo 24 horas
para ensayar la misma briqueta a otra temperatura, de acuerdo al procedimiento
establecido en el Manual.
Antes de iniciar el ensayo la briqueta era referenciada en el computador, dándole un
nombre especial y algunos parámetros como la altura y la temperatura deseada.
9.2.3.2. Ensayo de Fluencia o Creep
Al igual que en el ensayo de tensión indirecta era necesario tener controlada la
temperatura de las briquetas, antes de iniciar cada ensayo.
Las briquetas se instalaban con los transductores bien ajustados, con el objeto de evitar
que cuando la máquina mandara los pulsos durante los 600 segundos, no se desajustaran
y así iniciar el ensayo.
9.3. RECOPILACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS
Una vez realizados los ensayos, se procedió a la recopilación de los resultados, para lo
cual se organizaron carpetas en el computador para agrupar por ensayo y por
temperatura cada uno de los ensayos; también se realizó la captura manual mediante
formatos de los datos más importantes, como el módulo de tensión, la desviación
estándar y el coeficiente de variación.
Posteriormente se organizaron y se agruparon en tablas y gráficos los parámetros más
importantes para cada una de las briquetas.
54
Para el caso del ensayo de Tensión Indirecta los valores de los módulos y de la
temperatura fueron promediados, debido a que se obtiene un valor con la briqueta sin
girar y otro valor con la briqueta girada a 90º, de acuerdo con lo especificado en las
normas del ensayo.
Se tuvo en cuneta también para promediar estos valores, que el módulo de la briqueta
girada a 90º no fuera ni un 10% mayor ni un 20% menor del módulo de la briqueta sin
girar; de no cumplirse esto, el ensayo se repetía, pero solo 24 horas después.
A continuación se presentan las tablas con estos resultados del ensayo de Tensión
Indirecta, a las tres temperaturas a las cuales se realizaron los ensayos a las 33 briquetas.
55
Tabla 6. Módulos de Tensión Indirecta a la temperatura inferior.
Temperatura (ºC) Módulo de Tensión (Mpa) Briqueta
No. Espesor
(mm) Interior Exterior Media
individual No
Girada Girada Media individual
1 60,7 21,7 21,7 21,7 2.334 2.337 2.336 2 59,8 21,9 21,7 21,8 2.416 2.360 2.388 3 59,1 21,7 21,7 21,7 2.493 2.328 2.411 4 60,0 21,7 21,9 21,8 2.704 2.565 2.635 5 60,6 20,2 20,1 20,1 3.313 3.053 3.183 6 60,0 20,5 20,4 20,5 3.094 3.007 3.051 7 59,5 21,0 21,0 21,0 2.517 2.239 2.378 8 61,6 21,4 21,4 21,4 2.953 2.798 2.876 9 61,5 20,0 20,1 20,0 3.625 3.451 3.538
10 59,9 19,6 19,7 19,6 3.939 3.696 3.818 11 61,4 19,9 20,0 19,9 2.602 2.472 2.537 12 61,8 20,1 20,1 20,1 3.377 3.043 3.210 13 61,8 20,3 20,3 20,3 2.865 2.756 2.811 14 62,8 20,4 20,3 20,3 3.442 3.421 3.432 15 61,2 20,5 20,4 20,4 3.324 3.066 3.195 16 62,8 19,7 19,8 19,7 3.214 3.092 3.153 17 62,5 20,6 20,6 20,6 2.479 2.469 2.474 18 61,2 20,8 20,8 20,8 2.999 2.881 2.940 19 64,2 21,0 21,0 21,0 2.702 2.449 2.576 20 62,7 19,5 19,6 19,6 2.538 2.487 2.513 21 62,7 19,6 19,7 19,7 2.815 2.642 2.729 22 63,4 19,8 19,8 19,8 3.265 3.031 3.148 23 63,1 19,8 19,8 19,8 2.758 2.721 2.740 24 63,4 19,7 19,8 19,8 2.662 2.573 2.618 25 63,6 19,5 19,6 19,6 3.094 2.804 2.949 26 65,6 19,6 19,8 19,7 2.054 1.849 1.952 27 64,3 19,9 20,0 19,9 2.553 2.524 2.539 28 63,9 19,8 20,0 19,9 3.318 3.264 3.291 29 64,5 19,9 19,9 19,9 2.766 2.747 2.757 30 64,7 19,8 19,9 19,8 2.830 2.562 2.696 31 66,4 19,8 19,9 19,9 2.608 2.390 2.499 32 63,8 19,9 20,0 19,9 2.078 2.262 2.170 33 65,3 20,0 20,0 20,0 2.830 2.813 2.822
56
Tabla 7. Módulos de Tensión Indirecta a la temperatura media.
Temperatura (ºC) Módulo de Tensión (Mpa) Briqueta
No. Espesor
(mm) Interior Exterior Media individual
No Girada Girada Media
individual 1 60,7 24,4 24,1 24,3 1.802 1.766 1.784 2 59,8 24,4 24,3 24,3 2.025 1.964 1.995 3 59,1 24,5 24,4 24,4 1.969 1.900 1.935 4 60,0 24,1 24,2 24,1 2.095 2.015 2.055 5 60,6 24,3 24,3 24,3 1.997 1.931 1.964 6 60,0 24,3 24,3 24,3 2.276 2.118 2.197 7 59,5 24,4 24,2 24,3 2.534 2.227 2.381 8 61,6 24,2 24,1 24,1 2.284 2.122 2.203 9 61,5 25,0 25,1 25,1 2.154 2.033 2.094
10 59,9 25,5 25,5 25,5 1.903 1.908 1.906 11 61,4 25,6 25,5 25,5 1.454 1.309 1.382 12 61,8 25,6 25,5 25,5 1.679 1.589 1.634 13 61,8 25,6 25,6 25,6 1.488 1.368 1.428 14 62,8 25,6 25,6 25,6 1.867 1.834 1.851 15 61,2 25,7 25,7 25,7 1.612 1.519 1.566 16 62,8 25,7 25,7 25,7 1.329 1.321 1.325 17 62,5 25,8 25,6 25,7 1.263 1.335 1.299 18 61,2 24,2 24,2 24,2 2.136 1.943 2.040 19 64,2 24,1 24,2 24,1 2.003 1.847 1.925 20 62,7 24,1 24,1 24,1 1.354 1.284 1.319 21 62,7 24,1 24,1 24,1 1.993 1.915 1.954 22 63,4 24,2 24,3 24,2 2.213 1.961 2.087 23 63,1 24,5 24,5 24,5 1.528 1.447 1.488 24 63,4 24,6 24,6 24,6 1.486 1.329 1.408 25 63,6 24,7 24,7 24,7 1.634 1.491 1.563 26 65,6 24,7 24,8 24,7 1.060 989 1.024 27 64,3 24,7 24,8 24,7 1.893 1.870 1.882 28 63,9 24,8 24,7 24,7 2.047 1.851 1.949 29 64,5 24,8 24,8 24,8 1.767 1.656 1.712 30 64,7 24,8 24,9 24,9 1.732 1.623 1.678 31 66,4 24,9 25,1 25,0 1.563 1.418 1.491 32 63,8 24,9 25,0 25,0 1.170 1.154 1.162 33 65,3 25,1 25,2 25,1 1.690 1.573 1.632
57
Tabla 8. Módulos de Tensión Indirecta a la temperatura superior.
Temperatura (ºC) Módulo de Tensión (Mpa) Briqueta
No. Espesor
(mm) Interior Exterior Media individual No Girada Girada Media
individual 1 60,7 29,1 29,0 29,1 1516 1477 1497 2 59,8 29,2 29,0 29,1 1591 1450 1521 3 59,1 29,2 29,1 29,2 1570 1490 1530 4 60,0 29,3 29,1 29,2 1515 1392 1454 5 60,6 29,4 29,2 29,3 1633 1393 1513 6 60,0 29,3 29,1 29,2 1514 1328 1421 7 59,5 29,3 29,1 29,2 1483 1331 1407 8 61,6 29,3 28,9 29,1 1454 1349 1402 9 61,5 30,3 30,4 30,3 1149 1074 1112
10 59,9 29,0 28,5 28,7 1485 1465 1475 11 61,4 29,2 29,3 29,2 1016 974 995 12 61,8 29,1 28,9 29,0 1296 1134 1215 13 61,8 29,4 29,1 29,2 1114 1061 1088 14 62,8 29,4 29,2 29,3 1382 1407 1395 15 61,2 29,7 29,3 29,5 1251 1206 1229 16 62,8 29,5 29,3 29,4 1033 919 976 17 62,5 29,6 29,5 29,5 957 940 949 18 61,2 29,6 29,4 29,5 1241 1086 1086 19 64,2 29,6 29,4 29,5 1138 1007 1073 20 62,7 29,6 29,4 29,5 865 805 835 21 62,7 29,5 29,5 29,5 951 901 926 22 63,4 29,6 29,5 29,5 1026 838 932 23 63,1 29,5 29,4 29,4 824 778 801 24 63,4 29,5 29,4 29,5 854 828 840 25 63,6 29,5 29,4 29,5 1050 971 1010 26 65,6 29,5 29,7 29,6 654 530 592 27 64,3 29,8 30,0 29,9 1179 1088 1134 28 63,9 29,8 30,0 29,9 1094 1005 1050 29 64,5 29,9 30,1 30,0 962 856 909 30 64,7 30,1 30,1 30,1 1074 883 979 31 66,4 30,1 30,2 30,2 838 777 808 32 63,8 30,2 30,3 30,2 592 534 563 33 65,3 30,2 30,3 30,3 853 802 828
En general se puede apreciar que los mayores módulos de tensión se obtienen a una
temperatura baja, y los menores a una temperatura superior. También se obtuvo que los
mayores módulos a la temperatura media (25ºC) y a la temperatura superior (30ºC), se
58
alcanzan cuando se tienen mezclas asfálticas con 100% de arena triturada, mientras que
los menores módulos se obtienen con 0% de arena triturada. A continuación se resumen
los módulos de tensión obtenidos con las temperaturas promediadas. Ver Figura 9.
Tabla 9. Módulos de Tensión a las diferentes temperaturas.
TEMPERATURA INFERIOR TEMPERATURA MEDIA TEMPERATURA SUPERIOR Porcentaje de
Arena Triturada
Porcentaje de Arena Natural
Briqueta No. Temperatura
promedio (ºC)
Tensión Indirecta
(Mpa)
Temperatura promedio (ºC)
Tensión Indirecta
(Mpa)
Temperatura promedio (ºC)
Tensión Indirecta (Mpa)
1 21,7 2.336 24,3 1.784 29,1 1.497 2 21,8 2.388 24,3 1.995 29,1 1.521 100% 0% 3 21,7 2.411 24,4 1.935 29,2 1.530 4 21,8 2.635 24,1 2.055 29,2 1.454 5 20,1 3.183 24,3 1.964 29,3 1.513 90% 10% 6 20,5 3.051 24,3 2.197 29,2 1.421 7 21,0 2.378 24,3 2.381 29,2 1.407 8 21,4 2.876 24,1 2.203 29,1 1.402 80% 20% 9 20,0 3.538 25,1 2.094 30,3 1.112
10 19,6 3.818 25,5 1.906 28,7 1.475 11 19,9 2.537 25,5 1.382 29,2 995 70% 30% 12 20,1 3.210 25,5 1.634 29,0 1.215 13 20,3 2.811 25,6 1.428 29,2 1.088 14 20,3 3.432 25,6 1.851 29,3 1.395 60% 40% 15 20,4 3.195 25,7 1.566 29,5 1.229 16 19,7 3.153 25,7 1.325 29,4 976 17 20,6 2.474 25,7 1.299 29,5 949 50% 50% 18 20,8 2.940 24,2 2.040 29,5 1.164 19 21,0 2.576 24,1 1.925 29,5 1.073 20 19,6 2.513 24,1 1.319 29,5 835 40% 60% 21 19,7 2.729 24,1 1.954 29,5 926 22 19,8 3.148 24,2 2.087 29,5 932 23 19,8 2.740 24,5 1.488 29,4 801 30% 70% 24 19,8 2.618 24,6 1.408 29,5 840 25 19,6 2.949 24,7 1.563 29,5 1.010 26 19,7 1.952 24,7 1.024 29,6 592 20% 80% 27 19,9 2.539 24,7 1.882 29,9 1.134 28 19,9 3.291 24,7 1.949 29,9 1.050 29 19,9 2.757 24,8 1.712 30,0 909 10% 90% 30 19,8 2.696 24,9 1.678 30,1 979 31 19,9 2.499 25,0 1.491 30,2 808 32 19,9 2.170 25,0 1.162 30,2 563 0% 100% 33 20,0 2.822 25,1 1.632 30,3 828
59
100,00
1000,00
10000,00
19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00 25,00 26,00 27,00 28,00 29,00 30,00 31,00
Temperatura (ºC)
Ten
sión
Indi
rect
a (M
Pa)
Figura 9. Nube de puntos con los resultados del ensayo de Tensión Indirecta.
Con base en estos resultados se realizaron los cálculos de los módulos de tensión a
varias temperaturas: 20ºC, 25ºC y 30ºC; cuyos resultados se resumen en la Figura 10:
60
100,00
1000,00
10000,00
15 20 25 30 35
Temperatura (ºC)
Mód
ulo
de T
ensió
n (M
Pa)
Mezcla con 100% de Arena Triturada Mezcla con 100% de Arena Natural
Figura 10. Módulos de Tensión vs. Temperatura.
La variación de los módulos de tensión entre la temperatura de 20ºC y 30ºC se muestra
en la siguiente tabla:
Tabla 10. Variación de los Módulos de Tensión
TEMPERATURA Arena Triturada
Arena Natural
20ºC 30ºC Variación
100% 0% 2606 1416 45%
0% 100% 2620 823 68%
Se tiene que cuando la temperatura varía de 20ºC a 30ºC, los módulos de tensión
disminuyen; en el caso de mezclas asfálticas con 100% de arena triturada la variación es
del 45%, y para las mezclas asfálticas con 0% de arena triturada la variación es del 68%,
es decir que para las primeras la disminución es menor que en las segundas.
A continuación se presentan las tablas con los cálculos de los módulos de tensión para
las temperaturas de 20ºC, 25ºC y 30ºC.
61
Tabla 11. Módulos de tensión a una Temperatura de 20ºC
Porcentaje de Arena Triturada
Porcentaje de Arena Natural Briqueta No. Módulo de
Resiliencia (Mpa)
Promedio (Ecuación Individual)
Ecuación Parejas
1 2.468 2 2.616 100% 0% 3 2.597
2.606 2.606
4 2.899 5 3.080 90% 10% 6 3.140
3.110 3.108
7 2.686 8 3.156 80% 20% 9 3.503
3.329 3.360
10 3.632 11 2.480 70% 30% 12 3.174
2.827 2.819
13 2.816 14 3.446 60% 40% 15 3.207
3.326 3.329
16 2.985 17 2.543 50% 50% 18 3.089
3.037 3.046
19 2.774 20 2.315 40% 60% 21 2.703
2.738 2.736
22 3.110 23 2.626 30% 70% 24 2.499
2.563 2.563
25 2.768 26 1.850 20% 80% 27 2.631
2.700 2.662
28 3.216 29 2.717 10% 90% 30 2.549
2.633 2.673
31 2.454 32 2.112 0% 100% 33 2.792
2.623 2.620
62
Tabla 12. Módulos de tensión a una Temperatura de 25ºC
Porcentaje de Arena Triturada
Porcentaje de Arena Natural Briqueta No. Módulo de
Resiliencia (Mpa)
Promedio (Ecuación Individual)
Ecuación Parejas
1 1.856 2 1.954 100% 0% 3 1.948
1.951 1.951
4 2.024 5 2.090 90% 10% 6 2.113
2.102 2.101
7 2.007 8 2.097 80% 20% 9 2.195
2.052 2.051
10 2.219 11 1.566 70% 30% 12 1.927
2.073 2.075
13 1.727 14 2.176 60% 40% 15 1.978
2.077 2.077
16 1.727 17 1.573 50% 50% 18 1.962
1.650 1.843
19 1.790 20 1.399 40% 60% 21 1.706
1.748 1.749
22 1.870 23 1.526 30% 70% 24 1.496
1.511 1.512
25 1.696 26 1.098 20% 80% 27 1.714
1.705 1.742
28 1.984 29 1.711 10% 90% 30 1.781
1.746 1.712
31 1.546 32 1.248 0% 100% 33 1.717
1.632 1.631
63
Tabla 13. Módulos de tensión a una Temperatura de 30ºC
Porcentaje de Arena Triturada
Porcentaje de Arena Natural Briqueta No. Módulo de
Resiliencia (Mpa)
Promedio (Ecuación Individual)
Ecuación Parejas
1 1.356 2 1.413 100% 0% 3 1.418
1.416 1.416
4 1.309 5 1.281 90% 10% 6 1.274
1.278 1.278
7 1.451 8 1.231 80% 20% 9 1.127
1.179 1.148
10 1.065 11 818 70% 30% 12 907
863 870
13 838 14 1.139 60% 40% 15 973
906 907
16 699 17 780 50% 50% 18 1.041
739 725
19 987 20 650 40% 60% 21 892
940 943
22 857 23 627 30% 70% 24 677
652 653
25 821 26 484 20% 80% 27 964
892 991
28 978 29 889 10% 90% 30 1.153
934 933
31 805 32 542 0% 100% 33 840
822 823
En la siguiente tabla se presenta el resumen de los módulos de tensión, en la cual se
aprecia claramente la disminución de este valor a medida que aumenta la temperatura.
64
Tabla 14. Resumen de los Módulos de Tensión calculados a 20ºC, 25ºC y 30ºC
TEMPERATURA Porcentaje de Arena Triturada
Porcentaje de Arena Natural Briqueta No.
20ºC 25ºC 30ºC 1 2.468 1.856 1.356 2 2.616 1.954 1.413 100% 0% 3 2.597 1.948 1.418 4 2.899 2.024 1.309 5 3.080 2.090 1.281 90% 10% 6 3.140 2.113 1.274 7 2.686 2.007 1.451 8 3.156 2.097 1.231 80% 20% 9 3.503 2.195 1.127
10 3.632 2.219 1.065 11 2.480 1.566 818 70% 30% 12 3.174 1.927 907 13 2.816 1.727 838 14 3.446 2.176 1.139 60% 40% 15 3.207 1.978 973 16 2.985 1.727 699 17 2.543 1.573 780 50% 50% 18 3.089 1.962 1.041 19 2.774 1.790 987 20 2.315 1.399 650 40% 60% 21 2.703 1.706 892 22 3.110 1.870 857 23 2.626 1.526 627 30% 70% 24 2.499 1.496 677 25 2.768 1.696 821 26 1.850 1.098 484 20% 80% 27 2.631 1.714 964 28 3.216 1.984 978 29 2.717 1.711 889 10% 90% 30 2.549 1.781 1.153 31 2.454 1.546 805 32 2.112 1.248 542 0% 100% 33 2.792 1.717 840
En la siguiente tabla se presentan los resultados obtenidos del ensayo Carga Dinámica
Uniaxial de Flujo o Creep. Este ensayo se le realizó a las 33 briquetas, a pesar de que
inicialmente se planteó solo para 11, pero debido a que los resultados no guardaban
65
relación alguna, se optó por ejecutar los 33 ensayos, para tratar de encontrar alguna
relación.
Tabla 15. Resultados del Ensayo de Compresión Uniaxial.
Fracción Arena
Briqueta No.
Altura (mm)
Deformación Acumulada
(me)
Deformación Recuperable
(me)
Deformación Condicionante
(me)
Fluencia Creep (Mpa)
Módulo Resiliente
(Mpa)
Deformación Total (DL)
(mm)
Densidad Bulk
1 62,6 4846,9 529,19 175,54 52,304 479,06 0,30 2,536
2 61,7 10379 99,984 1296,2 0,312 32,394 0,64 2,547 100% Triturada
3 60,9 9723,9 212,58 4150,2 0,4239 19,391 0,59 2,542
4 61,9 8333,9 308,31 315,6 11,023 297,96 0,52 2,537
5 62,5 10774 167,86 5645,9 4,6186 296,43 0,67 2,515 90% Triturada
6 61,9 12614 519,41 5099 26,469 642,84 0,78 2,530
7 61,4 11215 140,78 2724,3 4,9355 393,2 0,69 2,531
8 63,6 13131 213,98 4549,9 5,6505 346,74 0,84 2,537 80% Triturada
9 62,4 14646 417 4255,8 16,739 586,76 0,91 2,507
10 61,8 12061 279,97 5206 11,253 484,82 0,75 2,515
11 63,3 14071 88,039 4793,3 0,2092 33,444 0,89 2,484 70% Triturada
12 63,8 15176 145,74 3578,7 1,9401 202,02 0,97 2,476
13 63,8 13281 184,25 5157,6 3,9682 286,04 0,85 2,466
14 64,9 9463,2 113,95 7929,9 3,796 315,22 0,61 2,425 60% Triturada
15 63,2 13842 78,363 4375,8 0,1488 26,302 0,87 2,473
16 64,9 10253 123,55 3367,6 0,5456 45,279 0,67 2,438
17 64,5 13449 201,47 3161,3 2,5613 170,98 0,87 2,434 50% Triturada
18 63,1 10420 498,62 5118,1 27,551 575,75 0,66 2,459
19 66,3 10331 93,042 424,9 0,2279 25,317 0,68 2,385
20 64,7 17645 105,65 8501,7 0,1501 25,08 1,14 2,418 40% Triturada
21 64,7 4717,9 113,76 226,46 0,4992 20,705 0,31 2,444
22 65,4 9064,1 565,21 5022,1 31,412 503,75 0,59 2,422
23 65,1 11806 389,08 3638,6 12,693 385,19 0,77 2,416 30% Triturada
24 65,4 11481 84,989 1670,9 0,2307 31,18 0,75 2,416
25 65,6 13401 622,56 1758,9 24,322 523,56 0,88 2,402
26 67,7 11335 228,02 297,58 4,234 210,47 0,77 2,350 20% Triturada
27 66,4 10619 436,76 5001,6 27,255 662,68 0,71 2,386
28 65,9 10885 599,42 4344,8 23,804 432,26 0,72 2,378
29 66,6 9469,1 101,79 1851,6 0,7151 66,526 0,63 2,378 10% Triturada
30 66,8 10126 387,77 2824 13,957 364,47 0,68 2,373
31 68,6 9379,9 422,23 3675,4 15,883 352,86 0,64 2,336
32 65,8 14074 112,92 5251,4 0,2719 33,896 0,93 2,384 0% Triturada
33 65,4 11397 103,86 5096,8 0,1808 19,843 0,75 2,342
66
Se obtuvo que la deformación recuperable tiene cierta relación con la Fluencia y con el
Módulo Resiliente, lo cual es mostrado en las siguientes figuras. Figuras 11 y 12.
ε
0,1
1
10
100
0 100 200 300 400 500 600 700 Deformación Recuperable (m )
Figura 11. Fluencia vs. Deformación Recuperable.
10
100
1000
0 100 200 300 400 500 600 700
Deformación Recuperable (mε)
Mód
ulo
Res
ilien
te (M
Pa)
Figura 12. Módulo Resiliente vs. Deformación Recuperable
67
Cuando las deformaciones recuperables se encuentran entre un rango de 100 a 200 mε,
tanto la fluencia como el módulo resiliente pueden crecer mucho, mientras que para el
rango de 200 a 600 mε el incremento en el módulo y la fluencia es muy poco, son un
poco constantes.
Pero se tiene además que, el porcentaje de arena triturada no influye en la deformación
recuperable, en la fluencia ni en el módulo resiliente, tal como se muestra en las
siguientes figuras.
0100200300400500600700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Porcentaje de Arena Triturada (%)
Def
orm
ació
n R
ecup
erab
le
(mε)
Figura 13. Deformación Recuperable vs. Porcentaje de Arena Triturada
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Porcentaje de Arena Triturada (%)
Flue
ncia
Cre
ep (M
Pa)
Figura 14. Fluencia vs. Porcentaje de Arena Triturada
68
0100200300400500600700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Porcentaje de Arena Triturada (%)
Mód
ulo
Res
ilien
te (M
Pa)
Figura 15. Módulo Resiliente vs. Porcentaje de Arena Triturada
69
10. CONCLUSIONES
• En el ensayo de tensión indirecta se obtuvo que para una temperatura de 20ºC los
valores del módulo resiliente son similares para las briquetas con 100% de arena
triturada y 100% de arena natural; mientras que para las temperaturas de 25ºC y
30ºC se presenta una diferencia numérica, siendo el mayor valor para las briquetas
con 100% de arena triturada.
• A medida que aumenta la temperatura, los promedios de los módulos resilientes
disminuyen; en un 45% para las briquetas con 100% de arena triturada y en 68%
para las briquetas con 100% de arena natural, cuando la temperatura varía de 20ºC
a 30ºC.
• La arena triturada tiene influencia en la resistencia de una mezcla asfáltica a
temperaturas superiores a 20ºC.
• No se observa una tendencia clara en la variación los resultados arrojados por el
ensayo de fluencia (creep) con respecto al porcentaje de arena triturada. Mientras
que en el caso de la deformación recuperable, se tiene que, a mayor deformación,
mayor módulo y mayor fluencia.
• Los vacíos en la arena incrementan con la disminución de la arena natural, pues se
obtuvo que para la arena 100% natural el contenido de vacíos fue de 40.2, mientras
que para la arena 100% triturada los vacíos fueron 43.5. La especificación
superpave recomienda un contenido de vacíos entre 43 y 45.
70
11. BIBLIOGRAFÍA
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1996.
• Annual book of ASTM standards 2003. Section 4 Construction. Volume 04
02. Concrete and Aggregates.
• HUANG Y. H. Pavement Analysis and Design. Prentice Hall, New Jersey,
1993.
• M. Hartman, M. D. Gilchrist, and G. Walsh, Effect of Mixture Compaction
on Indirect Tensile Stiffness and Fatigue. Journal of Transportation
Engineering, Sep – Oct 2001.
• Internet.
71
