asfaltosuperpave 20150514 Modo de compatibilidad

ESTUDIOS DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA
DETERMINACIÓN DE GRADO DE DESEMPEÑO PG
EN CEMENTOS ASFÁLTICOS
JORGE SILVA FRIDERICHSEN
LABORATORIO NACIONAL DE VIALIDAD
SUPERPAVE
El programa de investigación SHRP (Programa Estratégico de
Investigación de Carreteras) desarrollado en los Estados Unidos entre
1987 y 1993. Este programa dio como resultado el sistema Superpave
(Superior Performance Pavements), que incluye nuevas especificaciones
para asfalto y agregado, un nuevo método de diseño de mezclas asfálticas
en caliente y un modelo de predicción del comportamiento de pavimentos
asfálticos.
El Método fue incorporado en los Especificaciones y Procedimientos de
Ensayes del Volumen 8 de Manual de Carreteras.
8.301.8 Asfaltos: Especificaciones Superpave para ligantes Asfálticos.
¿ Porqué motivo se creó esta nueva Especificación?
Principalmente porque las metodologías actuales entregan información
de propiedades de material.
¿ Cuales son las ventajas de la nueva tecnología?
El sistema Superpave de especificación por Grado de Desempeño (PG)
para cementos asfálticos está diseñado para cumplir dos objetivos
principales:
Medir las propiedades físicas de los cementos asfálticos que pueden ser
relacionadas con los parámetros de desempeño en terreno para tres fallas
críticas: ahuellamiento, agrietamiento por fatiga y agrietamiento térmico.
Caracterizar las propiedades físicas de los cementos asfálticos según las
temperaturas y efectos del envejecimiento a los que estarán sometidos
durante el proceso de construcción y su vida útil.
• PRINCIPALES MODOS DE FALLA DE PAVIMENTOS
ASOCIADOS A CEMENTOS ASFÁLTICOS.
– Ahuellamiento.
• Altas Temperaturas.
• Baja Velocidad.
– Fatiga (Piel de Cocodrilo)
• Temperaturas Intermedias.
– Agrietamiento Térmico.
• Bajas Temperaturas.
• Cargas Rápidas.
SELECCIÓN POR GRADO DE DESEMPEÑO
Se selecciona un cemento asfáltico apropiado a la zona en estudio de la siguiente manera:
• Para evitar ahuellamiento por alta temperatura, la temperatura de la muestra en laboratorio XX tiene
que ser igual o superior a la temperatura de diseño ITdis.
•
• Para retrasar la fatiga, la temperatura intermedia de la muestra en laboratorio IT debe ser igual o
menor que la temperatura de diseño ITdis, de manera de aplazar o tardar la aparición de fisuras en el
material.
•
• Para prevenir el agrietamiento, la baja temperatura de la muestra en laboratorio YY debe ser igual o
inferior a la temperatura de diseño BTdis, de manera que el material evitar o demorar la aparición de
agrietamiento térmico.
EXIGENCIAS
SECTOR GEOGRÁFICO
EN ESTUDIO
PG ATdis (ITdis) - BTdis
RESULTADOS
MUESTRA DE ASFALTO
PG XX (IT) - YY
RESULTADOS POR GRADO DE DESEMPEÑO
Para la selección de un cemento asfáltico adecuado a través de éste método. Es necesario que cumplan
requisitos reológicos preestablecidos por el grado de desempeño.
•
Se toma una muestra de Cemento Asfáltico para saber
si es adecuado para la zona en estudio:
•
Se Realiza varios ensayes en equipos en reológicos de
laboratorio cumpliendo los requisitos preestablecidos.
•
Se anotan las temperaturas donde cumplen con los
requisitos reestablecidos, tanto para alta, media o
baja temperatura.
•
Con los resultados obtenidos, se determina la alta,
media y baja temperatura obtenidas en laboratorio
PG XX (IT) - YY
•
El PG de la muestra en laboratorio se compara con el
PG de diseño de la zona en estudio.
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Uso del Método por Grado de Desempeño
Una de las principales diferencias con la especificación tradicional, se
encuentra en el protocolo por Grado de Desempeño:
Los parámetros reológicos se mantienen constantes variando sólo la
temperatura de ensayo.
La temperatura de ensayo se asocia a fallas del pavimento durante su vida
útil.
Distintos cementos asfálticos cumplen con las mismas propiedades
reológicas, pero a distintas temperaturas; dependiendo de las propiedades
intrínsecas del material.
Para el uso del Grado de Desempeño, es necesario tener conocimiento de las
condiciones de terreno en el sector donde se utilizará el cemento asfáltico.
EQUIPOS DE ENVEJECIMIENTO
PDR:
Envejecimiento Primario
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PAV: Envejecimiento Secundario
Reómetro de Corte Dinámico (DSR)
Superpave relaciona las etapas I y II al cumplimiento del requisito
G*/Send (kPa) para falla por ahuellamiento en equipo DSR
El Reómetro de Corte Dinámico se usa para medir propiedades viscoelásticas del asfalto a través de
tensiones y deformaciones.
El reómetro aplica un patrón sinusoidal de tensiones (o deformación) de corte sobre una muestra
asfáltica, midiendo su deformación (o tensión).
La respuesta del asfalto presenta un patrón de la misma frecuencia, pero de distinta amplitud y
desfasada en el tiempo.
G* 
 MAX 
 MAX 
 
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AHUELLAMIENTO EN REÓMETRO DE CORTE DINÁMICO
Para resistir el ahuellamiento, un cemento asfáltico no debe ser tan
blando a las altas temperaturas de terreno, y evitar deformaciones
irrecuperables en etapas I y II.
Un G* alto indica que el cemento asfáltico es más rígido, (resiste
deformaciones).
Un angulo δ menor indica la presencia elástica (recupera deformaciones).
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FATIGA EN REÓMETRO DE CORTE DINÁMICO
Para retardar la fatiga, un cemento asfáltico no debe ser tan duro ni fragil
en la etapa III.
Un G* alto indica que el cemento asfáltico es muy rígido.
Un angulo muy pequeño δ indica una mayor porción elástica
(donde no es capaz recuperar deformaciones).
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REOMETRO DE VIGA DE FLEXIÓN (BBR)
Se usa para establecer el comportamiento reológico del asfalto a bajas
temperaturas.
El agrietamiento térmico depende de condiciones climáticas adversas en
terreno, sin embargo el endurecimiento y su fragilidad aumenta con los años de
servicio y es más probable de encontrar ver este tipo de fallas.
Para evitar agrietamiento, el asfalto necesita tener el tiempo suficiente para
poder relajarse sin fisurarse de las tensiones acumuladas por la baja
temperatura.
En el ensayo se aplica con carga constante sobre una viga de asfalto en su luz
central, y se registra su deflexión durante 240 segundos a una Temperatura
constante.
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A partir de la teoría de
deformación de vigas, se obtiene
la ecuación de rigidez :
P  L3
S (t ) 
4  b  h 3   (t )
El Grado de Desempeño necesita
el valor de rigidez a un tiempo de
60 segundos.
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Para conocer si el material tendrá el tiempo suficiente de relajarse sin
desagarros es necesario realizar lo siguientes pasos:
• Se calcula Log (S(t)) y Log (t).
•
A traves de algún método numérico o un programa apropiado, se obtiene la
correlacion de la ecuación cuadrática asociada a Log (S(t)) / Log(t).
Y  A  B XC X 2
•
La velocidad de relajación, o tasa de disminución de la rigidez, está dada por la
pendiente de la curva.
dY

 B  2C X
dt
•
La pendiente se denomina Valor-m
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RESULTADOS DE LABORATORIO
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