EVALUACIÓN DE LA RIGIDEZ A LARGO PLAZO DE MEZCLAS ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Y CEMENTO Autores: Fernando Paniagua  (*) Felipe Halles (**) Guillermo Thenoux (*) Alvaro González (***) (*) Pontificia Universidad Católica de Chile (**) Ingeniería de Caminos TSP Chile (***) Universidad del Desarrollo, Chile.

Contenido de la Presentación Antecedentes Composición mezcla Diseño Estructural Evolución de la rigidez Susceptibilidad a la humedad y proceso de curado Impacto en comportamiento estructural Experimentos en Laboratorio y Terreno Seguimiento, simulación y análisis del proceso curado Modelación de la evolución de la rigidez en el largo plazo Conclusiones Información que aquí se presenta es parte de la investigación de doctorado llevada a cabo por Felipe Halles en la P. Universidad Católica de Chile.

Antecedentes Generales – Composición Mezcla

Antecedentes Generales – Diseño Estructural A la fecha, aun no existe una metodología de diseño estructural confiable y de consenso para este tipo de mezclas. La rigidez de las mezclas con asfalto espumado es un input clave para el diseño estructural de la carpeta de rodado y la subrasante. Aunque no seamos aun capaces de diseñar estructuralmente la capa con asfalto espumado, debemos ser capaces de definir la rigidez de estas mezclas. Base Estabilizada con Asfalto Espumado Subrasante CA Even if we don´t really have a confident method for structural design of FB mixes, it is very important to know the Stiffness of the FB layer during its service life, because will affect significantly the service life of subgrade and surface layer.

Antecedentes – Evolución de la rigidez de mezclas con AE Probeta curada por 72 hrs a 40 °C Horno con circulación de aire forzado Representa a mezcla que tiene +6 meses desde construcción Valor equivalente al módulo del material granular sin agentes estabilizantes

??? Antecedentes – Evolución de la rigidez de mezclas con AE Este período representa el 80-90% de la vida útil de estas estructuras Corto y Mediano Plazo Largo Plazo ???

Antecedentes – Evolución de la rigidez de mezclas con AE ex1 ev1 Probetas curadas por 72 hrs a 40 °C

Antecedentes – Evolución de la rigidez de mezclas con AE ex2 > ex1 ev2 > ev1 Pérdida de Capacidad de Disipación de Energía

Objetivos Discutir respecto de las variables que afectan la resistencia/rigidez de mezclas estabilizadas con Asfalto Espumado en el largo plazo Cuantificar la evolución de la rigidez en el largo plazo

Antecedentes Generales – Evolución Rigidez (Loizos, 2007)   Resultado Aumento progresivo de la rigidez en el tiempo. Constante luego de 12 meses Asociado a pérdida de la humedad dentro del material (Bowering; Fu et al)

Antecedentes Generales – Evolución Rigidez (Long, 2001)   Resultado  Deterioro progresivo de la rigidez debido a las cargas de tránsito

Rigidez de las mezclas con AE en Largo Plazo. Antecedentes Ambos pavimentos sometidos a cargas de tránsito durante el período de análisis. Cual es la razón por la cual el comportamiento de ambos pavimentos fue tan diferente?

SR (Stress Ratio)= 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑙𝑒 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠 𝐴𝑑𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑙𝑒 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠 (𝐼𝑇𝑆) Rigidez de las mezclas con AE en Largo Plazo. Antecedentes SR (Stress Ratio)= 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑙𝑒 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠 𝐴𝑑𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑙𝑒 𝑆𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠 (𝐼𝑇𝑆)

Rigidez de las mezclas con AE en Largo Plazo. Análisis This phonomena can be explained thru the study of the microstructure of the FB mix. Microestructura de la mezcla con AE

Load The bonds deforms as load increases Bonds will do their job, incresing the cohesion and therefore the Stiffness of the mix

Load Some of the bonds fail as the load keeps increasing This state will became stable in some moments, and stiffness will trend to some constant value

Load and so on… If loads are bigger, more and more bonds will break. Then the mix will be full of microcracks and the material will behave as an unbound granular material.

Modelación Evolución de la Rigidez en el Largo Plazo Resultados de ensayos en laboratorio en probetas de 150 mm de diámetro y 65 mm de alto SR = 20% Concepto de “Endurance Límit”: Si el material es afectado por tensiones/deformaciones menores a un valor determinado, entonces no presentará deterioro asociado a fatiga por cargas cíclicas.

Modelación Evolución de la Rigidez en el Largo Plazo. Laboratorio ITFT: Indirect Tensile Fatigue Test. Samples of 150 mm diameter and 65 mm high (SGC)

Modelación Evolución de la Rigidez en el Largo Plazo. Laboratorio Maximum Size 19 mm Material Passing #200 sieve (0.075 mm) 6% Material Passing #40 sieve (0.425 mm) 13% Material Passing #4 sieve (4.75 mm) 46% Crushed/Fractured Particles 100% Plasticity Index of fines particles Non Plastic Optimum Moisture Content by Modified AASHTO T180 6.3% Maximum Density as determined by AASHTO T180 2187 kg/m3

Modelación Evolución de la Rigidez en el Largo Plazo. Resultados Si capa AE está en un estado de tensiones cercano a SR = 20%, la rigidez se mantendrá cercana a su valor inicial. A medida que el SR de la capa aumenta, la tasa de cambio de la rigidez aumentará Si SR > 50%, la rigidez tiende a cero, lo que significa que el Módulo de la capa será similar al del material granular recuperado sin aditivos

Modelación Evolución de la Rigidez en el Largo Plazo. Resultados Si SR > 40%, las mezclas con 2% cemento se desempeñarán peor que la mezcla con 1% cemento  mezcla más frágil

Principales Conclusiones En el largo plazo, la rigidez de la mezcla con AE variará según el estado de tensiones al cual se vea afectado. A mayor Stress Ratio (SR), mayor será la tasa de disminución de la rigidez. De acuerdo a los resultados obtenidos, un valor de SR igual a 20% permitirá que la mezcla mantenga una rigidez en el tiempo dentro de un rango entre 80 y 90% de la rigidez inicial. Si el SR llega a valores cercanos a 50%, entonces la mezcla “colapsará” rápidamente frente a los ciclos de carga, reduciendo su rigidez a un valor cercano al que posee el material granular sin agentes estabilizantes.

Preguntas Agradecimientos Pengcheng Fu, University of California Pavement Research Center Dave Jones, University of California Pavement Research Center John Harvey, University of California Pavement Research Center Kim Jenkins, University of Stellenbosch Contacto: Felipe Halles. Gerente TécnicoTSP Chile – Grupo StaRC fhalles@tspchile.cl; www.tspchile.cl

Modelación Evolución de la Rigidez en el Largo Plazo. Resultados