Medición y Estimación del Módulo Dinámico de MAC Utilizadas en Chile IAG129-01-2013 Autores: Gabriel García, Ph.D., Ing.Civ. Mauricio Toro, Ing.Civ. Rodrigo Delgadillo, Ph.D., Ing.Civ. Carlos Wahr, Ing.Civ.

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

Módulo Dinámico IE*I Ensayo de laboratorio Esfuerzo de Compresión Uniaxial Imaginario Real E1 E2 |E*| E* f

Modelos Predictivos Estimación 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

Modelos Predictivos Modelo Witczak Original r3/4 r3/8 r4 r200 Va Vbeff h Granulometría Propiedades Volumétricas Frecuencia / Tiempo de Carga Viscosidad

Modelos Predictivos Modelo Witczak Modificado r3/4 r3/8 r4 r200 Va Vbeff Granulometría Propiedades Volumétricas IGb*I db 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 db del asfalto

Modelos Predictivos Modelo Hirsch IGb*I VMA VFA Va Vm Vv p s Propiedades Volumétricas IGb*I Módulo de Corte Dinámico del Bitumen VMA VFA Va Vm Vv p s Vol. Agregado Vol. Asfalto Vol. Vacíos de Aire Paralelo Serie Nota: Para desarrollar la curva maestra de IE*I de la mezcla, se requiere curva maestra de IGb*I del asfalto

Modelos Predictivos Modelo Al-Khateeb IGb*I VS IGb*Ig Vb Va VMA Propiedades Volumétricas 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 Nota: Para desarrollar la curva maestra de IE*I de la mezcla, se requiere curva maestra de IGb*I del asfalto

Materiales Utilizados 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

Materiales Utilizados Granulometrías de las Mezclas

Materiales Utilizados Asfalto y 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

Resultados Comparación de Curvas Maestras Temperatura de referencia: 21oC Rango de interés

Resultados Comparación de Curvas Maestras Temperatura de referencia: 21oC Rango de interés

Resultados Comparación de Curvas Isócronas Frecuencia de referencia: 10 Hz

Resultados Comparación de Curvas Isócronas Frecuencia de referencia: 10 Hz

Resultados Comparación de Curvas Isócronas Frecuencia de referencia: 10 Hz

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

IE*Iec = 2.0 x IE*Ie-Hirsch Resultados Calibración del Modelo Hirsch IE*Ie = 0.5032 x IE*Im FC = (1/0.5032) = 1.99  2  IE*Iec = 2.0 x IE*Ie-Hirsch

Conclusiones 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

¡Muchas Gracias! UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA Casa Central Valparaíso Campus Santiago – San Joaquín ¡Muchas Gracias!