DR. PEDRO LIMÓN COVARRUBIAS GUATEMALA 18 DE NOVIEMBRE DE 2013 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 COVARRUBIAS GUATEMALA 18 DE NOVIEMBRE DE 2013 Diciembre 2010

Control de calidad de mezclas bituminosas Introducción Objetivos Control de calidad de mezclas bituminosas Estudio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de calidad de una mezcla bituminosa Evaluación del efecto producido por la falta de calidad en la ejecución Determinación de criterios para el control de calidad Conclusiones y futuras líneas de investigación Pedro Limón Covarrubias

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. Pedro Limón Covarrubias

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 Pedro Limón Covarrubias

Evaluación de la calidad durante la ejecución Medición de espesor Medición de temperatura Densidad Marshall Acabado Medición de IRI Medición de la rugosidad Entre otros Pedro Limón Covarrubias

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. Pedro Limón Covarrubias

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. Pedro Limón Covarrubias

Determinación de criterios para el control de calidad Introducción Objetivos Estudio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de calidad de una mezcla bituminosa Evaluación del efecto producido por la falta de calidad en la ejecución Determinación de criterios para el control de calidad Conclusiones y futuras líneas de investigación Pedro Limón Covarrubias

OBJETIVOS Establecer el ensayo de módulo resiliente como un método de control de calidad de las mezclas bituminosas al momento de su ejecución. Encontrar la relación entre el ensayo de módulo resiliente y el ensayo de fatiga en la ejecución de mezclas bituminosas. Determinar valores de módulo resiliente para aceptación, penalización, rechazo y estímulo de una mezcla bituminosa al momento de su ejecución. Pedro Limón Covarrubias

Determinación de criterios para el control de calidad Introducción Objetivos Estudio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de calidad de una mezcla bituminosa Evaluación del efecto producido por la falta de calidad en la ejecución Determinación de criterios para el control de calidad Conclusiones y futuras líneas de investigación Pedro Limón Covarrubias

CONCLUSIONES Y PROPUESTAS 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 Pedro Limón Covarrubias

Sensibilidad del ensayo Composición 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 Pedro Limón Covarrubias

Sensibilidad del ensayo “Composición” (I) Pedro Limón Covarrubias

Sensibilidad del ensayo “Composición” (II) Pedro Limón Covarrubias

Sensibilidad del ensayo “Composición” (III) Pedro Limón Covarrubias

Sensibilidad del ensayo “Elaboración” (I) Pedro Limón Covarrubias

Sensibilidad del ensayo “Elaboración” (II) Pedro Limón Covarrubias

Sensibilidad del ensayo “Ejecución del ensayo” (I) Pedro Limón Covarrubias

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) Pedro Limón Covarrubias

Análisis experimental (II) Pedro Limón Covarrubias

Análisis experimental (III) Elaboración de la mezcla: Altura de probeta (A) Energía de compactación (B) Temperatura de compactación (C) Tipo de compactación (D) Pedro Limón Covarrubias

Análisis experimental (IV) Pedro Limón Covarrubias

Análisis experimental (V) Ejecución del ensayo: Acondicionamiento de las probetas (A) Frecuencia de carga (B) Temperatura de ensayo (C) Pedro Limón Covarrubias

Análisis experimental (VI) Pedro Limón Covarrubias

Análisis de testigos “Obra 3” (I) Pedro Limón Covarrubias

Análisis de testigos “Obra 5” (III) Pedro Limón Covarrubias

Análisis de testigos “Obra 7” (IV) Pedro Limón Covarrubias

Determinación de criterios para el control de calidad Introducción Objetivos Estudio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de calidad de una mezcla bituminosa Evaluación del efecto producido por la falta de calidad en la ejecución Determinación de criterios para el control de calidad Conclusiones y futuras líneas de investigación Pedro Limón Covarrubias

Ley de fatiga de probetas fabricadas en laboratorio Pedro Limón Covarrubias

Ley de fatiga de testigos de obra 3 Pedro Limón Covarrubias

Ley de fatiga de testigos de obra 5 Pedro Limón Covarrubias

Cálculo de la vida del firme (I) Tráfico T1: 1999 – 800 vehículos pesados por día. Explanada: E3 Módulo de compresibilidad (Ev2): 300 Mpa Coeficiente de Poisson - mezcla bituminosa: 0,35 - zahorra artificial: 0,40 - explanda: 0,45 Capa Espesor (cm) Mezcla bituminosa 25 Zahorra artificial Pedro Limón Covarrubias

Cálculo de la vida del firme (III) Pedro Limón Covarrubias

Cálculo de la vida del firme (IV) Pedro Limón Covarrubias

Determinación de criterios para el control de calidad Introducción Objetivos Estudio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de calidad de una mezcla bituminosa Evaluación del efecto producido por la falta de calidad en la ejecución Determinación de criterios para el control de calidad Conclusiones y futuras líneas de investigación Pedro Limón Covarrubias

Criterios de control (I) Pedro Limón Covarrubias

Criterios de control (II) Pedro Limón Covarrubias

Criterios de control (III) Pedro Limón Covarrubias

Criterios de control (IV) Pedro Limón Covarrubias

Verificación del control de calidad propuesto (I) Pedro Limón Covarrubias

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 Pedro Limón Covarrubias

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. Pedro Limón Covarrubias

Control de calidad de mezclas bituminosas Introducción Objetivos Control de calidad de mezclas bituminosas El módulo resiliente en mezclas bituminosas Estudio de la aplicación del ensayo de módulo resiliente en el control de calidad de una mezcla bituminosa Evaluación del efecto producido por la falta de calidad en la ejecución Determinación de criterios para el control de calidad Conclusiones y futuras líneas de investigación Pedro Limón Covarrubias

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. Pedro Limón Covarrubias

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. Pedro Limón Covarrubias

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. Pedro Limón Covarrubias

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. Pedro Limón Covarrubias

Gracias por su atención! Pedro Limón Covarrubias