aseguramiento de la calidad de las mezclas asfÁlticas mediante la aplicaciÓn del ensayo de mÓdulo...

ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS MEDIANTE

LA APLICACIÓN DEL ENSAYO DE MÓDULO RESILIENTE EN EL CONTROL

DE SU EJECUCIÓN

DR. PEDRO LIMÓN COVARRUBIASGUATEMALA

18 DE NOVIEMBRE DE 2013

Diciembre 2010

Pedro Limón Covarrubias 3

1. Introducción2. Objetivos

3. Control de calidad de mezclas bituminosas4. Estudio de la aplicación del ensayo de módulo

resiliente en el control de calidad de una mezcla bituminosa

5. Evaluación del efecto producido por la falta de calidad en la ejecución

6. Determinación de criterios para el control de calidad7. Conclusiones y futuras líneas de investigación


• En la construcción de una carretera, las mezclas asfálticas en caliente constituyen las capas con

mayores exigencias dentro de la estructura de un pavimento. Hay muchas etapas involucradas y

actividades diferentes que entran en el proceso de construcción de un pavimento con mezcla bituminosa

en caliente. Su diseño, elaboración, colocación y compactación son procesos complicados, donde

intervienen diferentes factores que definirán la calidad final de la capa.


Evaluación de la calidad durante la producción

• Propiedades volumétricas– Lavado de mezcla: Granulometría y contenido de

asfalto– Densidad de la mezcla asfáltica compactada

– Contenido de huecos

• Propiedades mecánicas– Estabilidad flujo Marshall

– Adhesividad


Evaluación de la calidad durante la ejecución

• Ejecución– Medición de espesor

– Medición de temperatura– Densidad Marshall

• Acabado– Medición de IRI

– Medición de la rugosidad– Entre otros


• Asimismo, en el momento de tomar la decisión de aceptar o rechazar la capa, empleando únicamente el

control de densidades sobre el producto final, se desconoce su capacidad resistente. La evaluación de

esta propiedad, mediante algún tipo de ensayo, permitiría estudiar el comportamiento del firme y de la

capa construida, y analizar la posibilidad de su aceptación, penalización o rechazo, de acuerdo a la

calidad obtenida.


• Para ello, se ha estudiado un procedimiento de control basado en la determinación del módulo resiliente de la

mezcla bituminosa colocada, según las normas NLT-360/91, ASTM D-4123 y la nueva norma Europea, a 20

ºC, UNE-EN 12697-26 ANEXO C.

• Puesto que los ensayos pueden realizarse sobre testigos extraídos del pavimento para el control de

densidades, no supone ninguna actuación suplementaria; además, al ser un ensayo no

destructivo, los testigos extraídos pueden ser utilizados para alguna otra prueba adicional.



3. Estudio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de calidad de una mezcla

bituminosa 4. Evaluación del efecto producido por la falta de

calidad en la ejecución 5. Determinación de criterios para el control de calidad

6. Conclusiones y futuras líneas de investigación


OBJETIVOS1. Establecer el ensayo de módulo resiliente como un

método de control de calidad de las mezclas bituminosas al momento de su ejecución.

2. Encontrar la relación entre el ensayo de módulo resiliente y el ensayo de fatiga en la ejecución de mezclas

bituminosas.

3. Determinar valores de módulo resiliente para aceptación, penalización, rechazo y estímulo de una mezcla

bituminosa al momento de su ejecución.


Plan de trabajo ENSAYO DE MÓDULO

RESILIENTE

Elaboración de probetas

Sensibilidad del ensayo

Extracción de testigos

Estudio de la compacidad

Valores representativos de módulo resiliente por tipo de mezcla

Efecto del módulo en la fatiga de la mezcla

CONCLUSIONES Y PROPUESTAS

Efectos de ejecución deficiente mediante análisis estructural

Estudio del efecto de diferentes

variables

Estudio comparativo probetas-testigos


Sensibilidad del ensayoComposición de la mezcla:

• Contenido de asfalto• Tipo de asfalto

• Naturaleza y calidad del pétreo• Granulometría

• Tamaño máximo del pétreo

Elaboración de las probetas• Energía de compactación

• Temperatura de compactación• Tipo de compactación• Altura de la probeta

Ejecución del ensayo• Temperatura de ensayo

• Frecuencia de aplicación de carga• Inmersión de probetas en agua


Sensibilidad del ensayo “Composición” (I)

Efecto del contenido de betún

0

1000

2000

3000

4000

5000

5´5 (1%Menor) 6´5 (Óptimo) 7´5 (1%Mayor)

Contenido de betún (%)

Mó

du

lo r

esil

ien

te (

MP

a)


Sensibilidad del ensayo “Composición” (II)

Efecto del tipo de Betún

0

1000

2000

3000

4000

5000

PG 58-22 PG 64-22 PG 70-22 PG 76-22 PG 82-22

Tipo de betún

Mó

du

lo r

esil

ien

te (

MP

a)


Sensibilidad del ensayo “Composición” (III)

Efecto del tipo de Árido

0

1000

2000

3000

4000

5000

Calizo Basalto Granito

Tipo de árido

Mó

du

lo r

esil

ien

te (

MP

a)


Sensibilidad del ensayo “Elaboración” (I)

Efecto de la energía y temperatura de compactación

0

1000

2000

3000

4000

5000

40ºC menor 20ºC menor Temperaturaóptima

Temperatura de compactación

Mó

du

lo r

esil

ien

te (

MP

a)

35gpc

50 gpc

75 gpc

100 gpc

125gpc


Sensibilidad del ensayo “Elaboración” (II)

Módulo resiliente vs Densidad

35gpc 50gpc75gpc 100gpc

125gpc

75gpc

50gpc35gpc

2000

2500

3000

3500

4000

2.100 2.150 2.200 2.250 2.300 2.350

Densidad (g/cm3)

Mó

du

lo r

es

ilie

nte

(M

Pa

)

40ºC menor Temp. óptima


Sensibilidad del ensayo “Ejecución del ensayo” (I)

Efecto de la temperatura de ensayo

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

5ºC 20ºC 40ºC

Temperatura de ensayo

Mó

du

lo r

esil

ien

te (

MP

a)

PG-58

PG-64

PG-70

PG-76

PG-82


Análisis experimental (I)Composición de la mezcla:• Contenido de asfalto (A)

• El tipo de asfalto (B)• La granulometría (C)

• El tamaño máximo de pétreo (D) • El tipo de pétreo (E)


Análisis experimental (II)

Gráfico de probabilidad normal

B

AB

C

A0

20

40

60

80

100

-2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000

Valor estimado

Po

rcen

taje

de

pro

bab

ilid

ad

no

rmal


Análisis experimental (III)Elaboración de la mezcla:• Altura de probeta (A)

• Energía de compactación (B)• Temperatura de compactación (C)

• Tipo de compactación (D)


Análisis experimental (IV)


D A C B

0

20

40

60

80

100

-300 -100 100 300 500 700 900

Valor estimado

Po

rcen

taje

de

pro

bab

ilid

ad

no

rmal


Análisis experimental (V)

Ejecución del ensayo:• Acondicionamiento de las probetas (A)

• Frecuencia de carga (B)• Temperatura de ensayo (C)


Análisis experimental (VI)


C0

20

40

60

80

100

-12000 -10000 -8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000

Valor estimado

Po

rcen

taje

de

pro

bab

ilid

ad

no

rmal


Análisis de testigos “Obra 3” (I)

0

1000

2000

3000

4000

5000

1.850 1.950 2.050 2.150 2.250 2.350 2.450

DENSIDAD (g/cm3)

MÓ

DU

LO

RE

SIL

IEN

TE

(M

Pa)

TESTIGOS PROBETAS


Análisis de testigos “Obra 5” (III)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1.850 1.950 2.050 2.150 2.250 2.350 2.450

DENSIDAD (g/cm3)

MÓ

DU

LO

RE

SIL

IEN

TE

(M

Pa)

TESTIGOS PROBETAS


Análisis de testigos “Obra 7” (IV)

0

1000

2000

3000

4000

5000

1.850 1.950 2.050 2.150 2.250 2.350 2.450

DENSIDAD (g/cm3)

MÓ

DU

LO

RE

SIL

IEN

TE

(M

Pa)

TESTIGOS PROBETAS


Ley de fatiga de probetas fabricadas en laboratorio


Ley de fatiga de testigos de obra 3


Ley de fatiga de testigos de obra 5


Cálculo de la vida del firme (I)

o Tráfico T1: 1999 – 800 vehículos pesados por día.o Explanada: E3

o Módulo de compresibilidad (Ev2): 300 Mpao Coeficiente de Poisson

- mezcla bituminosa: 0,35 - zahorra artificial: 0,40

- explanda: 0,45

Capa Espesor(cm)

Mezcla bituminosa 25

Zahorra artificial 25


Cálculo de la vida del firme (III)

Vida en millones de ejes equivalentes vs lugar de ejecución de la mezcla

Mr = 3498 MPaMr = 3594 MPa

0

20

40

60

80

100

Probetas de planta Testigos de obra

Probetas vs Testigos

Mil

lon

es d

e ej

es

equ

ival

ente

s


Cálculo de la vida del firme (IV)

Vida en millones de ejes equivalentes vs lugar de ejecución de la mezcla

Mr = 1170 MPa

Mr = 4827 MPa

0

20

40

60

80

100

Probetas de planta Testigos de obra

Probetas vs Testigos

Mil

lon

es d

e ej

es

equ

ival

ente

s


Criterios de control (I)

Porcentaje de compacidad vs Módulo resiliente para las variables de elaboración y composición

0

1000

2000

3000

4000

5000

85 90 95 100

Porcentaje de compacidad (%)

Mó

du

lo r

esil

ien

te (

MP

a)

PG 58-22

PG 64-22

PG 70-22

PG 76-22

PG 82-22

Calizo

Granito

Gran. Inferior

Gran. Superior

TMN 1/2"

TMN 1"


Criterios de control (II)

Módulo resiliente vs Módulo retenido para las variables de elaboración y composición

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 20 40 60 80 100

Módulo retenido (%)

Mó

du

lo r

esil

ien

te (

MP

a)

PG 58-22

PG 64-22

PG 70-22

PG 76-22

PG 82-22

Calizo

Granito

Gran. Inferior

Gran. Superior

TMN 1/2"

TMN 1"


Criterios de control (III)

Porcentaje de compacidad vs Módulo retenido para las variables de elaboración y composición

0

20

40

60

80

100

85 90 95 100

Porcentaje de compacidad (%)

Mó

du

lo r

eten

ido

(%

)


Criterios de control (IV)


Verificación del control de calidad propuesto (I)


Verificación del control de calidad propuesto (II)

Control de calidad a partir de valores mínimos de relación entre módulos:

• Bonificación: Obra 3• Aceptación: Obras 2, 4, 8, 10 y 11

• Penalización: Obras 1, 6 y 9• Rechazo: Obras 5 y 7

Control de calidad a partir de valores mínimos de compacidad de acuerdo a Normativa Española:

• Aceptación: Obras 1, 2, 3, 4, 6, 10 y 11• Penalización: Obras 7 y 8

• Rechazo: Obras 5 y 9


Verificación del control de calidad propuesto (III)

Control de calidad a partir de valores mínimos de compacidad de acuerdo a Normativa Mexicana:• Aceptación: Obras 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 10 y 11

• No aceptación (*): Obras 5 y 9

(*) No se menciona “Penalización” porque la actual Normativa Mexicana no considera este concepto cuando una mezcla

bituminosa no alcanza los valores mínimos establecidos de porcentaje de compacidad.



3. Control de calidad de mezclas bituminosas4. El módulo resiliente en mezclas bituminosas






Conclusiones

1.- La determinación del módulo resiliente de las mezclas bituminosas permite determinar un parámetro relacionado con su cohesión. El módulo depende de la granulometría de la mezcla y de su compacidad, del tipo de pétreo y del tipo

y contenido de asfalto, siendo estos factores los que determinan la calidad de la mezcla.

2.- El ensayo para la determinación del módulo resiliente, a 20 °C, es suficientemente sensible para detectar variaciones

en el módulo de las mezclas cuando se modifican las proporciones de sus componentes.


Conclusiones (II)

3.- Con respecto a las condiciones de ejecución, se ha evaluado el efecto de una compactación a bajas

temperaturas, habiéndose observado que en esas condiciones, es posible conseguir una adecuada compacidad,

aumentando suficientemente la energía de compactación, pero provocando a su vez una importante disminución en el

valor de módulo resiliente, lo que supone una reducción de la calidad de la mezcla.

4.- Los resultados obtenidos sobre testigos obtenidos de las diferentes obras analizadas han demostrado que el módulo resiliente está relacionado con la compacidad de la mezcla, permitiendo de este modo conocer la calidad de una mezcla

no sólo a través de sus propiedades volumétricas, sino también de sus propiedades mecánicas. Por ello, el actual método de control debe ser complementado con un ensayo que evalúe alguna propiedad mecánica, como es el módulo

resiliente.


Conclusiones (III)5.- El módulo resiliente está relacionado con la resistencia a fatiga de la mezcla. A partir de los módulos y de las leyes de

fatiga obtenidas sobre testigos, y bajo determinadas hipótesis de cálculo, ha sido posible evaluar el efecto

producido por la disminución del módulo en la vida del firme.

6.- Es posible mejorar el control de calidad habitualmente empleado, mediante el ensayo de módulo resiliente, ya que

el actual parámetro de control de calidad, la densidad de referencia, no otorga una información concreta sobre el comportamiento de una mezcla asfáltica después de su

colocación y compactación.


Líneas futuras de investigación 1.- Realizar un análisis más detallado del efecto de las

variables de composición de las mezclas bituminosas sobre el módulo resiliente, ya que sólo se han estudiado betunes y

áridos de la Republica Mexicana.

2.- Llevar a cabo un estudio más amplio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de la ejecución de las mezclas bituminosas a través de los criterios propuestos para comprobar si los rangos establecidos en este estudio

son los adecuados para aceptar o rechazar una obra, ya que hasta el momento sólo se han estudiado mezclas utilizadas

en la Republica Mexicana.

3.- Corroborar con mayor número de mezclas, tanto de laboratorio como de campo, la relación entre el módulo

resiliente y el desempeño a fatiga, especialmente a distintas temperaturas.


Gracias por su atención!

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