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COMPARACIÓN DEL ESFUERZO DE TRACCIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CON

RAP A TRAVÉS DE LOS ENSAYOS ITS (TENSIÓN INDIRECTA) Y SCB (VIGA

SEMI-CIRCULAR)

Carlos Rodolfo Marín UribeGuillermo Thenoux Zeballos

INTRODUCCIÓN

Una de las alternativas para cumplir con este objetivo es la utilización del material reciclado de pavimentos asfálticos (RAP) .

http://www.fhwa.dot.gov/publications/publicroads/05jan/images/boll1.jpgconsultado: noviembre 2013)

http://www.wolfpaving.com/blog/?Tag=recycled%20asphalt (consultado: noviembre 2013)

Debido al creciente número de proyectos de rehabilitación de pavimentos a través del

reciclado, el material obtenido (RAP) se está acumulando día a día.

Tipo de pavimento a nivel mundial

Tipo de pavimento en Chile

RAP

AhorroEconómico

Beneficiosambientales

Cualidadestécnicas

Reducción agregados vírgenes Reducción ligante asfáltico Conservación de energía

Costos de transporte más bajos

Preservación de fuentes Disminución desperdicios de

construcción

Buenas características mecánicas y de calidad

Las mezclas asfálticas preparadas con diferentes porcentajes de RAP, tienden a mostrar generalmente mayor estabilidad Marshall o rigidez, por lo cual se recomienda caracterizar y estudiar estas mezclas a través de su módulo o ensayos de fatiga.

Deformación permanente

Fisuración por fatiga

Fisuración por baja temperatura

Están íntimamente

relacionadas con la resistencia a la

tracción de las mezclas

asfálticas

La resistencia a la tracción es una propiedad importante de evaluar en mezclas asfálticas, en particular en “condiciones de relativa baja temperatura y/o altas velocidades de carga y/o envejecimiento”, ya que ante estas condiciones el comportamiento mecánico de dichas mezclas es principalmente elástico y no visco-elástico.

et

Diferentes geometrías de los ensayos desarrollados para determinar las propiedades de fractura de las

mezclas asfálticas

Ensayo de tracción indirecta Ensayo de viga semi-circular

No es deseable la deformación permanente debajo de la zona de carga.

Solamente se pueden realizar los ensayos de esfuerzo controlado.

Problemáticas asociadas al ensayo ITS

No obstante, en el proceso de diseño de mezcla es conveniente realizar ensayos mecánicos relativamente más simples. Tradicionalmente, se ha utilizado el ensayo ITS para caracterizar las propiedades mecánicas de mezclas asfálticas.

La distribución de las deformaciones en el medio de la probeta no es uniforme.

El estado de esfuerzos bajo carga durante el ensayo diametral es complejo y no corresponde a una representación del estado de esfuerzos en la estructura del pavimento.

Altos esfuerzos en los soportes del equipo de ensayo puede ocasionar una falla localizada.

Esfuerzo horizontal; eje-y

Esfuerzo vertical; eje-y

Esfuerzo horizontal; eje-x

Esfuerzo vertical; eje-x

y

x

Tensión Compresión

Tensión

Compresión

t

c

OBJETIVO DEL ESTUDIO

Realizar una comparación del esfuerzo de tracción de mezclas asfálticas en caliente con RAP a través de los ensayos ITS y SCB

Se pretende que el procedimiento desarrollado en este estudio sea una herramienta útil para la evaluación de la resistencia a la tracción de las mezclas asfálticas con RAP; lo que permite complementar las metodologías de diseño de un pavimento.

Placa superior

Placa inferior

Carga

100 mm

Anillo de carga

F

50 mm

80 mm

100 mm

Estructura granulométrica

(2 estructuras)

Ligante asfáltico y emulsión asfáltica

(3 porcentajes de ligante)

Agregados vírgenes

RAP

Mezclas control(Sin RAP)

Mezcla con adiciones de RAP (%)

25, 50, 70, 100

Mezclas preparadasMétodo Marshall

Mezcla: 145-155 °CCompactación: 130 °C

Análisis volumétrico ITS (20, 10, 0 °C)SCB (20, 10, 0 °C)

Tamiz N° Abertura (mm)

Granulometrías

IV-A-12 Superpave

Semidensa Densa

(Vialidad) ARZ

3/4" 19 100 1001/2" 12.5 87.5 983/8" 9.5 77.5 89

4 4.75 50.5 708 2.36 35 5516 1.18 26 4030 0.6 18.5 2850 0.3 12.5 20100 0.15 9 13200 0.075 6 8

Agregados vírgenesAgregados RAP

Probetas compactadas de mezclas asfáltica en caliente (asfalto

CA-24)

Probetas compactadas de mezclas asfáltica en

frío(emulsión CSS 1-h)

0, 25, 50 % RAP 50, 70, 100 % RAP

20

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.00.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0

10.011.012.013.0

19 Deformación mm.

Carg

a kN

Granulometría IV-A-12Porcentaje RAP 25%Porcentaje de CA 5.5%Temperatura de ensayo 20 °C

GradaciónContenido de asfalto 

(%)

Contenido de RAP (%)

0

25

50

ARZ

  SCB ITS Relacion (SCB/ITS)  

SCB ITS Relacion (SCB/ITS)  

SCB ITS Relacion (SCB/ITS)

5.5 7.42 2.81 2.64   7.15 2.42 2.95 7.44 2.57 2.896.0 8.02 2.60 3.09   7.57 2.53 2.99 8.16 2.77 2.956.5 7.91 2.58 3.07   7.99 2.42 3.30   8.97 2.66 3.37

Promedio     2.93   Promedio= 3.08   Promedio= 3.07

GradaciónContenido de asfalto 

(%)

Contenido de RAP (%)

0

25

50

ARZ

  SCB ITS Relacion (SCB/ITS)  

SCB ITS Relacion (SCB/ITS)  

SCB ITS Relacion (SCB/ITS)

5.5 9.84 3.46 2.84   8.48 3.23 2.63 7.71 3.18 2.426.0 10.73 3.34 3.22   10.05 3.21 3.13 8.83 3.11 2.846.5 12.04 3.31 3.64   11.12 3.42 3.25   10.35 4.20 2.47

Promedio     3.23   Promedio= 3.00   Promedio= 2.58

20 °C

10 °C

0 °C

Promedio total (SCB/ITS)

3.7

Promedio total (SCB/ITS)

3.0

Promedio total (SCB/ITS)

2.9

Gradación Contenido de asfalto (%)

Contenido de RAP (%)

0

25

50

ARZ

  SCB ITS Relacion (SCB/ITS)  

SCB ITS Relacion (SCB/ITS)  

SCB ITS Relacion (SCB/ITS)

5.5 4.46 1.34 3.33   4.87 1.22 3.99 4.74 1.34 3.546.0 4.43 1.18 3.74   4.68 1.20 3.90 5.12 1.35 3.806.5 3.83 1.06 3.62   4.26 1.12 3.80   5.03 1.43 3.53

Promedio 4.24 1.19 3.56   4.61 1.18 3.90   4.96 1.37 3.62

Gradación Contenido de asfalto (%)

Contenido de RAP (%)

0

25

50

    SCB ITS Relacion (SCB/ITS)  

SCB ITS Relacion (SCB/ITS)  

SCB ITS Relacion (SCB/ITS)

IV-A-12 5.5 3.62 0.75 4.84   4.54 1.19 3.83 5.39 1.33 4.05  6.0 3.30 0.77 4.29   4.35 1.17 3.71 4.93 1.28 3.84  6.5 2.95 0.72 4.10   4.23 1.04 4.08   5.18 1.19 4.33

   Promedio     4.41 Promedio= 3.88 Promedio= 4.08

GradaciónContenido de asfalto 

(%)

Contenido de RAP (%)

0

25

50

IV-A-12

  SCB ITS Relacion (SCB/ITS)  

SCB ITS Relacion (SCB/ITS)  

SCB ITS Relacion (SCB/ITS)

5.5 10.28 2.75 3.73   9.08 3.44 2.64 8.13 3.24 2.516.0 10.12 3.13 3.24   10.57 3.23 3.27 8.07 2.99 2.706.5 10.25 3.21 3.19   11.49 3.34 3.44   10.27 3.10 3.31

   Promedio     3.39 Promedio= 3.11 Promedio= 2.84

20 °C

10 °C

0 °C

Promedio total (SCB/ITS)

4.1

Promedio total (SCB/ITS)

3.4

Promedio total (SCB/ITS)

3.1

GradaciónContenido de asfalto 

(%)

Contenido de RAP (%)

0

25

50

IV-A-12

  SCB ITS Relacion (SCB/ITS)  

SCB ITS Relacion (SCB/ITS)  

SCB ITS Relacion (SCB/ITS)

5.5 6.67 1.84 3.64   7.86 2.51 3.13 8.04 2.65 3.036.0 6.82 1.78 3.83   8.29 2.62 3.16 7.95 2.69 2.966.5 7.10 1.72 4.12   8.63 2.41 3.58   8.45 2.53 3.33

   Promedio     3.86 Promedio= 3.29 Promedio= 3.11

4 6 8 10 12 14 16 18 20 220.002.004.006.008.00

10.0012.0014.00

ARZ

5.5 % CA6.0% CA6.5% CA

Temperatura (°C)

Resi

sten

cia

trac

ción

SCB

(N

/mm

2)

0 5 10 15 20 250.002.004.006.008.00

10.0012.00

IV-A-12

5.5% CA6.0% CA6.5% CA

Temperatura (°C)

Resi

sten

cia

trac

ción

SCB

(N

/mm

2)

0% RAP

0 5 10 15 20 250.002.004.006.008.00

10.0012.00

ARZ

5.5 % CA6.0% CA6.5% CA

Temperatura (°C)Re

sist

enci

a tr

acci

ón S

CB

(N/m

m2)

0 5 10 15 20 250.002.004.006.008.00

10.0012.0014.00

IV-A-12

5.5% CA6.0% CA6.5% CA

Temperatura (°C)

Resi

sten

cia

trac

ción

SCB

(N

/mm

2)

25% RAP

0 5 10 15 20 250.002.004.006.008.00

10.0012.0014.00

ARZ

5.5 % CA6.0% CA6.5% CA

Temperatura (°C)

Resi

sten

cia

trac

ción

SCB

(N

/mm

2)

4 6 8 10 12 14 16 18 20 220.002.004.006.008.00

10.0012.00

IV-A-12

5.5% CA6.0% CA6.5% CA

Temperatura (°C)

Resi

sten

cia

trac

ción

SCB

(N

/mm

2)

50% RAP

1. El trabajo muestra que la resistencia a la tracción de las mezclas asfálticas aumenta con el incremento del contenido de RAP.

CONCLUSIONES

3. El rango de valor promedio general de la relación de los valores de resistencia SCB/ITS oscila entre 3.0 - 4.0, por lo que hace que sus resultados sean comparables y convertibles.

2. Las resistencias a la tracción de los ensayos ITS y SCB fueron diferentes debido a sus distintos estados de esfuerzos bajo la carga. Siempre se obtuvieron valores mayores de resistencia a la tracción en el ensayo SCB comparado con el ITS.

4. La configuración de viga semi-circular es una herramienta potencialmente efectiva para caracterizar la resistencia a la tracción de las mezclas asfálticas con inclusión de RAP con una buena repetibilidad.

5. Complementar el estudio a través de:

Mecánica de fractura Envejecimiento de la mezcla asfáltica Otros porcentajes de CA y temperaturas Analizar los efectos del %RAP, % asfalto y °T Otra configuración de tamaño de probeta

°T GranulometríaARZ IV-A-12

20 3.7 4.1

10 3.0 3.4

0 2.9 3.1

GRACIASCarlos Rodolfo Marín Uribe

crmarin@uc.cl