medición y estimación del módulo dinámico de mac utilizadas en chile

Medición y Estimación del Módulo Dinámico de MAC Utilizadas en Chile

Autores:Gabriel García, Ph.D., Ing.Civ.Mauricio Toro, Ing.Civ.Rodrigo Delgadillo, Ph.D., Ing.Civ.Carlos Wahr, Ing.Civ.

IAG129-01-2013

Introducción• En un diseño E-M, se utiliza la relación esfuerzo-deformación, i.e.,

el “módulo”, para caracterizar los materiales asfálticos

• El módulo dinámico (IE*I) es utilizado para caracterizar las MAC en la nueva Guía de Diseño Empírico-Mecanicista AASHTO (MEPDG)

• Como parte de un proyecto más global, la UTFSM ha comenzado a determinar IE*I, por primera vez en el país, usando el enfoque de la MEPDG

• El objetivo de este trabajo, es la caracterización de 5 MAC chilenas (curvas maestras e isócronas) y la evaluación de 4 modelos para estimar IE*I

Ensayo de laboratorioEsfuerzo de Compresión Uniaxial

Tiempo

eoso

Esfuerzo:s = sosin(wt)

Deformación:e = eosin(wt-)

o

oEes*

Imag

inar

io

RealE1

E2

|E*|E*

)(*

*

* w

w

es

es

ti

o

tio

ee

E

Módulo Dinámico IE*I

Modelos PredictivosEstimación del IE*I Usando Ecuaciones Predictivas

• El ensayo para “medir” IE*I es difícil y caro

• Por lo tanto, es muy deseable un método simple pero confiable para “estimar” IE*I

• El ideal es basarse en propiedades ya conocidas por medio de los ensayos rutinarios (asfalto, mezcla y agregados)

• Cuatro modelos se evaluaron en este estudio:

Modelo Witczak Original (MEPDG AASHTO)

Modelo Witczak Modificado

Modelo Hirsch

Modelo Al-Khateeb

/4

3/8

4

200

Va

Vbeff

f

Granulometría

Propiedades Volumétricas

Frecuencia / Tiempo de Carga

Viscosidad

))log(393532.0)flog(313351.0603313.0(34

238384

abeff

beff

a42

200200

e1

)(00547.0)(000017.0003958.00021.0871977.3

VV

V802208.0

V058097.0002841.0)(001767.0029232.0249937.1*Elog

)flog( re1)*Elog(

)][log())log(log( RTVTSA

Modelos PredictivosModelo Witczak Original

Modelo Witczak Modificado

)log(8834.0*Glog5785.07814.0

342

3838beffa

beffa

beffa

beffa

23838

244

2200200

0052.0

b

bbe1

01.00001.0012.0VV

V71.0V03.056.2

VV

V06.1V08.000014.0006.0

0001.0011.00027.0032.065.6

*G 754.0349.0)*Elog(

)flog( re1)*Elog(

/4

3/8

4

200

Va

Vbeff

Granulometría


IGb*I

b

Módulo de Corte Dinámico del Bitumen

Angulo de fase del Bitumen (asociado a IG*I)

Nota:

Para desarrollar la curva maestra de IE*I de la mezcla, se requiere curva maestra de IGb*I y b del asfalto

Modelos Predictivos

Modelo Hirsch1

*3000,200,4100

1)1(

000,10*3

1001000,200,4*

bb GVFA

VMAVMA

PcVMAVFA

GVMA

PcE

58.0

58.0

*3650

*320

VMA

GVFA

VMA

GVFA

Pcb

b

Va's

Vms VvsVa'p Vmp Vvp


IGb*IMódulo de Corte Dinámico del Bitumen

VMA

VFA

Nota:

Para desarrollar la curva maestra de IE*I de la mezcla, se requiere curva maestra de IGb*I del asfalto

Modelos Predictivos

Va

Vm

Vv

p

s

Vol. Agregado

Vol. Asfalto

Vol. Vacíos de Aire

Paralelo

Serie

Modelo Al-Khateeb

Nota:

Para desarrollar la curva maestra de IE*I de la mezcla, se requiere curva maestra de IGb*I del asfalto

Modelos Predictivos

gb

b

b

G

VMAG

VMAG

VMAE *

*13,01100

*45,190

100

1003*

66.0

66.0


IGb*I

IGb*Ig

Módulo de Corte Dinámico del Bitumen

VMA

Módulo de Corte Dinámico del Bitumen en Estado Vítreo

VS

Vb

Va

Vol. Agregado

Vol. Asfalto

Vol. Vacíos de Aire

VS Vb Va

Mezclas Estudiadas

• IV-A-12: Densamente graduada, se incluyeron 2 tipos, una con asfalto convencional y una con asfalto modificado

• M-10: Microaglomerado discontinuo en caliente, utilizada como capa de rodadura

• SMA: “Stone Mastic Asphalt”, se estudiaron 2 tipos, una con pellet de celulosa con asfalto y una con fibras de celulosa

Materiales Utilizados

Granulometrías de las Mezclas


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.05 0.5 5 50

Po

rcen

taje

Qu

e P

asa

(%)

Abertura Tamiz (mm)

IV-A-12

Banda de Trabajo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.05 0.5 5 50

Po

rcen

taje

Qu

e P

asa

(%)

Abertura Tamiz (mm)

SMA

Banda de Trabajo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.05 0.5 5 50

Po

rcen

taje

Qu

e P

asa

(%)

Abertura Tamiz (mm)

M-10

Banda de Trabajo


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.05 0.5 5 50

Po

rce

nta

je Q

ue

Pa

sa

(%)

Abertura Tamiz (mm)

IV-A-12M-10SMA

Granulometrías de las Mezclas

Asfalto y Propiedades Volumétricas


Mezcla

Grado (PG) Contenido(%) Va VMA VFA

IV-A-12-C 64-22 5,1 5,8 15,4 9,6

IV-A-12-M 70-28 5,1 4,4 15,4 11,0

M-10 70-22 5,3 13,0 28,4 15,4

SMA-P 70-22 6,8 2,8 17,0 14,2

SMA-F 70-22 6,0 4,6 18,1 13,5

Asfalto Propiedades Volumétricas

Condiciones de Ensayo en Laboratorio•Norma: AASHTO T 62-03

•Onda de carga: “haversine”

•Probetas (comp. giratorio): d = 100 mm, h = 150 mm

•Temperaturas: -10, 4, 21, 37 y 54oC

•Frecuencias: 0,1; 0,5; 1,0; 5; 10; y 25 Hz

Comparación de Curvas Maestras•Temperatura de referencia: 21oC

Resultados

50

500

5000

1.E-04 1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

IE*I

, M

Pa

Frecuencia Reducida, Hz

SMA-FSMA-PM10IV-A-12-MIV-A-12-C

Rango de

interés

Comparación de Curvas Maestras•Temperatura de referencia: 21oC

Resultados

500

5000

1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02

IE*I

, M

Pa

Frecuencia Reducida, Hz


Rango de interés

Comparación de Curvas Isócronas•Frecuencia de referencia: 10 Hz

Resultados

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

IE*I

, M

Pa

Temperatura, � C



Resultados

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

-10 -5 0 5 10 15 20

IE*I

, M

Pa

Temperatura, � C



Resultados

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

20 25 30 35 40 45 50

IE*I

, M

Pa

Temperatura, � C


Evaluación Modelos Predictivos•Rango de evaluación: 10-4 – 104 Hz, a 21oC

Resultados

IE*Ie = 1.3699 x IE*ImR² = 0.57

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05

IE*I

Est

imad

o, M

Pa

IE*I Medido, MPa

Witczak OriginalDatosIgualdadLineal

IE*Ie = 2.5186 x IE*ImR² = 0.84

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05

IE*I

Est

imad

o, M

Pa

IE*I Medido, MPa

Witczak ModificadoDatosIgualdadLineal

IE*Ie = 0.5032 x IE*ImR² = 0.96

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05

IE*I

Est

imad

o, M

Pa

IE*I Medido, MPa

Hirsch

DatosIgualdadLineal

IE*Ie = 0.8102 x IE*ImR² = 0.39

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05

IE*I

Est

imad

o, M

Pa

IE*I Medido, MPa

Al-KhateebDatosIgualdadLineal

Calibración del Modelo Hirsch

Resultados

FC = (1/0.5032) = 1.99 2

IE*Iec = 2.0 x IE*Ie-Hirsch

IE*Iec = 1.0 x IE*ImR² = 0.96

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05

IE*I

Est

imad

o, M

Pa

IE*I Medido, MPa

Hirsch Calibrado

Datos calibradosIgualdadLineal

IE*Ie = 0.5032 x IE*Im

Se ha caracterizado el IE*I de 5 MAC (2 densas, 1 discontinua y 2 SMA) por primera vez en Chile:

•Curvas maestras → caracterización fundamental, pero difícil de interpretar

•Curvas isócronas → más útiles en términos del comportamiento potencial de un pavimento

Los resultados a altas temperaturas (54oC) mostraron variabilidad excesiva → usarlos con cautela

Se evaluaron 4 modelos predictivos del IE*I:

•Manera más rápida y económica de estimar IE*I, con confiabilidad suficiente para el diseño E-M

•Modelo Hirsch resultó el mejor evaluado: mayor precisión (R2 = 0.96)

•Se propone un Fc = 2 para el Modelo Hirsch

Conclusiones

UNIVERSIDAD TÉCNICA UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍAFEDERICO SANTA MARÍA

Casa Central ValparaísoCasa Central Valparaíso

Campus Santiago – San JoaquínCampus Santiago – San Joaquín

¡Muchas Gracias!

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