Guia 2002 Materiales

5/28/2018 Guia 2002 Materiales

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IINNSSTTIITTUUTTOOPPAARRAAEELLDDEESSAARRRROOLLLLOODDEELLOOSS

PPAAVVIIMMEENNTTOOSSEENNEELLPPEERRUU

1er Curso de Actualizacin de Conocimientos en

Pavimentos

LA NUEVA GUIA PARA EL DISEO

EMPIRICO-MECANISTICO DEPAVIMENTOS

Parte 2 Captulo 2-Materiales

20-21 de Mayo del 2,005

Local del Consejo Nacional del Colegio de Ingenieros del Per(Av. Arequipa 4947Miraflores)

Calle Barcelona N 571Lima 21PerTelf.: 51-1-4614673 / Fax: 51-1-2612764

E-mail: [email protected]


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AACCLLAARRAACCIIOONN

Desde la aparicin de la primera Gua AASHO para el Diseo de Estructuras dePavimentos en 1960, hasta la ltima versin publicada por la AASHTO en 1993, la Guacomo normalmente se la conoce, ha sido un documento fundamental para los ingenierosciviles peruanos y de todo el mundo, no solo para su aplicacin en el diseo de estructurasnuevas o rehabilitadas de pavimentos flexibles, rgidos y de afirmado, sino tambin comoelemento de consulta y de base en la bsqueda de tecnologas propias sobre fundamentoscomprobados.

El 23 de Junio del 2,004, la AASHTO emiti un Memorando dirigido a todos los usuariosinteresados de los E.E.U.U. y del mundo, distribuyendo por Internet (www.trb.org/mepdg),una versin descargable de la Gua Recomendada para el Diseo Emprico-Mecanicista de

Pavimentos, junto con un software, con el propsito de someterlos a pruebas y evaluacin,solicitando a los interesados, remitir los comentarios que se desprendieran de ellas al

NCHRP ([email protected]

).Consciente del inters que este documento suscitar entre los ingenieros peruanos, pero almismo tiempo conocedor de las limitaciones que tienen muchos de ellos con la literaturatcnica en lengua inglesa, el IDPP, cumpliendo con su Misin de contribuir a latransferencia de tecnologa y en el afn de cooperar con los propsitos de la AASHTO,est organizando una serie de Cursos de Actualizacin de Conocimientos en Pavimentos,

basados en una versin libre en lengua espaola del documento expuesto en la red, lamisma que se ir produciendo especficamente para cada curso. El primero de estos cursosse llevar a cabo el 20 y 21 de Mayo del 2,005 en el local del Consejo Nacional delColegio de Ingenieros del Per y se denomina:La Nueva Gua AASHTO para el Diseo de

Estructuras de PavimentosAspectos Bsicosy est referido al Prlogo, el Captulo 1 dela PARTE I: Introduccin y los Captulos 1 y 2 de la PARTE II: Parmetros de Diseo-Cimentaciones y Materiales.

En la versin libre en espaol que ir produciendo el IDPP, se ha cuidado de mantener elformato del documento original para facilitar la lectura bilinge, preservando las siglas eningls para facilitar el uso del software. Asimismo, se aade una pgina que no figura en eldocumento original, con el significado de las siglas para facilidad del usuario y anotacionesa pie de pgina con referencia a normas peruanas y aclaraciones de inters para el lector.

No se han traducido las partes referentes a los pavimentos de concreto con refuerzocontinuo (CRCP por sus siglas en ingls), por no ser de aplicacin en el pas.

El IDPP es consciente del carcter provisional del documento aparecido en la red, noobstante, considera que la versin final no diferir sustancialmente de la recientementeaparecida, por lo que estima que un conocimiento oportuno de los antecedentes y

principios bsicos de los conceptos del diseo Emprico-Mecanicista, as como unadiscusin sobre cuales de ellos podrn aplicarse de manera efectiva para las condiciones

prevalecientes en el Per, sern de gran utilidad a la ingeniera nacional.

Ing Germn Vivar RomeroDirector Ejecutivo
http://www.trb.org/mepdghttp://www.trb.org/mepdghttp://www.trb.org/mepdgmailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]://www.trb.org/mepdg


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1er Curso de Actualizacin de Conocimientos en Pavimentos: La Nueva Gua AASHTO para el Diseo de Estructurasde Pavimentos. ASPECTOS BASICOS-PARAMETROS DE DISEO: MATERIALES

IDPP Mayo del 2,0052.2.1

PARTE 2PARAMETROS DE DISEO

CAPITULO 2CARACTERIZACION DE MATERIALES

2.2.1 INTRODUCCION

Este capitulo describe la caracterizacin de materiales requerida en el enfoque de diseoemprico-mecanicista (M-E por sus siglas en ingls) descrito en esta Gua. En la Figura2.1.1, se muestra la interaccin entre los datos de los materiales con otros componentes del

procedimiento de diseo emprico-mecanicista. All se puede apreciar la interaccin entremateriales, clima, trfico, respuesta estructural y prediccin del comportamiento. Con elobjeto de proporcionar una base comn para la comprensin de los requerimientos demateriales, se han desarrollado las siguientes categoras con base M-E:

Propiedades de los materiales requeridas para calcular las respuestas del pavimento.

Datos adicionales de materiales para las funciones de falla/transferencia. Datos adicionales de materiales requeridos para modelar el clima.

Modelo de Trfico

Datos de Entrada

Modelo de Efectos Respuesta Modelo de PrediccionesAmbientales Primaria del Falla del

(EICM) Modelo Comportamiento

Modelos de Caracterizacin de Materiales

Figura 2.2.1 Interaccin entre el mdulo de materiales con otros componentes delenfoque M-E en la Gua de Diseo

En esta primera categora estn las propiedades de los materiales requeridas para predecirlos estados de esfuerzos, deformaciones y desplazamientos, dentro de la estructura del

pavimento cuando est sometido a una carga externa de rueda. En el enfoque M-Eseleccionado para la Gua de Diseo, estas propiedades incluyen el mdulo elstico (E) y la

relacin de Poisson () del material. Estas propiedades son datos obligatorios para cadacapa del pavimento dentro del sistema.


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En la segunda categora estn todos los datos relacionados con los materiales que entrandirectamente en los modelos de falla o de rugosidad. Como se dijo en la PARTE 1,Captulo 1, las medidas clave de los tipos de falla o de comportamiento considerados en eldiseo de pavimentos flexibles, incluyen la rotura por fatiga relacionada con la carga (dearriba hacia abajo y viceversa), la deformacin permanente y la fractura transversal. Las

principales medidas del comportamiento consideradas en el diseo de pavimentos rgidos,incluyen la rotura por fatiga del PCC, relacionada con la carga (de arriba hacia abajo yviceversa) en pavimentos JPCP, el escalonamiento en las juntas transversales en

pavimentos JPCP y el punzonamiento en pavimentos CRCP. Para cada una de esas fallas,la respuesta estructural crtica bajo una carga por rueda dada y cierta condicin climtica,se ve afectada por las propiedades de los materiales del pavimento tales como el mdulo yla relacin de Poisson. Adicionalmente, parmetros tales como la resistencia,caractersticas de contraccin-expansin, friccin entre la losa y la base, erodibilidad de lascapas subyacentes, caractersticas de drenaje de cada capa, plasticidad y granulometra yotros atributos de los materiales, influyen directamente en la forma en que un materialcontribuye con un mecanismo de falla dado. Estos datos adicionales de los materiales son

especficos para el tipo de pavimento y modelo de falla en consideracin.Finalmente, en la tercera categora estn todos los datos relacionados con los materialesque entran en el mdulo climtico para ayudar a determinar los perfiles de humedad ytemperatura a travs de la seccin transversal del pavimento. Estos incluyen las

propiedades ndice de ingeniera (es decir, el ndice plstico), los parmetrosgranulomtricos (porosidad, tamaos efectivos de granos, etc.) y las propiedades trmicas(absortividad, capacidad calorfica, coeficiente de expansin trmica, etc).

La Tabla 2.2.1, es un resumen de los datos de materiales requeridos para el diseo M-E,dispuestos para las principales categoras de materiales consideradas en la Gua de Diseo,incluyendo el asfalto reciclado y las capas de pavimento PCC usadas en el diseo de larehabilitacin y construccin. Las categoras de materiales se explican posteriormente eneste captulo.

2.2.1.1. Factores del Material Considerados

Propiedades Dependientes del Tiempo

Debido a que algunas de las propiedades de los materiales sufren cambios a lo largo deltiempo, es muy importante considerar esos cambios en cualquier anlisis M-E.Generalmente hablando, las propiedades de los materiales del pavimento cambianconstantemente a lo largo del tiempo debido a fuerzas fsicas y qumicas, a la influencia del

clima, as como por causa de fractura o deformacin. Consecuentemente, la magnitud delas propiedades de los materiales se acrecienta o deteriora. Esto debera tomarse en cuentaen los diseos y se discute ms abajo.

Mejora de las Propiedades

La mejora de las propiedades a largo plazo, en funcin del tiempo ocurre debido a algunade las siguientes condiciones: endurecimiento qumico y fsico de los aglomerantesasflticos debido al envejecimiento de corto y largo plazo, curado causado por laevaporacin de la humedad dentro del sistema de la emulsin asfltica y reacciones

puzolnicas de los materiales cementantes.


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1er Curso de Actualizacin de Conocimientos en Pavimentos: La Nueva Gua AASHTO para el Diseo de Estructuras de Pavimentos. ASPECTOS BASICOS-PARAMETROS DE DISEO:MATERIALES


Tabla 2.2.1 Consideraciones principales de datos de materiales por grupo de material

Categora de Materiales Datos de Materiales requeridos

Datos de materiales requeridos en clculos de Datos adicionales de materiales requeridos Datos adicionales de materiales requeridosde respuesta crtica para funciones de falla/transferencia para modelacin climtica

Materiales de Mezcla Asfltica en Mdulo dinmico (E*) de mezclas HMA Resistencia a la tensin, cumplimiento Absorcin superficial de ondas cortas (requerido solamente paraCaliente (esto cubre capas de super- dependiente del tiempo del flujo plstico, coeficiente de expansin capa de superficie), conductividad trmica y capacidad calorficaficie, aglomerantes, base y sub-base) Relacin de Poisson. trmica. de la mezcla HMA

Caracterizacin de la Viscosidad del ligante asfltico (rigidez)a tomar en cuenta en el envejecimiento

Materiales PCC (esto cubre solo Mdulo de elasticidad esttico (E) ajustado en Mdulo de rotura, resistencia a la tensin, Absorcin superficial de ondas cortas, conductividad trmica

la capa de superficie) funcin del tiempo. resistencia a la compresin, tipo de y capacidad calorfica del PCC. Relacin de Poisson cemento, contenido de cemento, relacin A/C, Peso unitario contraccin ltima, cantidad de contraccin Coeficiente de expansin trmica reversible.

Materiales qumicamente estabilizados Mdulo elstico (E) para concreto pobre de alta cali- Mnimo mdulo resiliente (usado en diseo Conductividad trmica ycapacidad(esto cubre al concreto pobre, tratado dad, material tratado con cemento, suelo-cemento, flexible). Mdulo de Rotura (usado en diseo calorfica de PCCcon cemento, suelo-cemento, cal- cal-cemento-cenizas volantes, Mdulo Resiliente rgido), erodibilidad de la base (para diseocemento-cenizas volantes, cal-cenizas (Mr) para suelos estabilizados con cal. rgido).volantes y estabilizados con cal) Relacin de Poisson.

Peso unitario

Materiales no aglomerados de Base/ Mdulo resiliente estacional ajustado (Mr) Parmetros de gradacin y erodibilidad de Indice plstico, parmetros de gradacin, tamaos efectivos deSub-base y de sub-rasante Relacin de Poisson la base (para diseo rgido) grano, gravedad especifica, conductividad hidrulica saturada,

Peso unitario ptimo contenido de humedad, parmetros para definir las Coeficiente de presin lateral caractersticas de la curva humedad-suelo.

Materiales Reciclados de Concreto- Mdulo resiliente (Mr) Erodibilidad de la base (para diseo rgido) Conductividad trmica y capacidad calorfica.Losas PCC fracturadas Relacin de Poisson

Mezclas asflticas en caliente recicladas Tratadas igual que las capas asflticas de superficie, mezcla en caliente(procesadas en planta central)

Mezclas asflticas en fro recicladas Tratadas igual que las capas asflticas de base, mezcla en caliente(planta central o sobre el terreno)

Pavimento asfltico reciclado en fro Tratados como materiales granulares, insensibles a la humedad(usado como agregado)

Lecho rocoso Mdulo Elstico (E). Ninguno Ninguno Relacin de Poisson Peso Unitario


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Normalmente la mejora de las propiedades dependientes del tiempo se ve como unincremento del mdulo relativo y de la resistencia del material. La ganancia de resistenciaen el pavimento PCC es un ejemplo de tal efecto benfico. El endurecimiento fsico de unacapa asfltica tambin es benfico en un sistema de pavimentos flexibles en la medida enque disminuye los estados de esfuerzos en las capas subyacentes y disminuye el riesgo deocurrencia de la deformacin permanente en el sistema del pavimento. Sin embargo, unincremento general en la rigidez de las capas de mezclas asflticas tambin incrementa la

posibilidad de fracturas debidas a las cargas y los efectos medioambientales.

Deterioro de las Propiedades

Los materiales que estn sujetos a fallas por fatiga relacionadas con las cargas, puedenexperimentar una degradacin severa de sus propiedades con el tiempo y con lasrepeticiones de cargas. Se pueden desarrollar micro agrietamientos que pueden conducir auna rigidez o a un mdulo reducidos. Esta reduccin del mdulo llevar a su vez a unincremento del estado de esfuerzos dentro del pavimento y a una gran posibilidad dedeformacin permanente. La Gua de Diseo considera el impacto de las fallasrelacionadas con las cargas sobre la degradacin de las propiedades.

Efectos Tiempo-Temperatura

Todos los materiales asflticos son altamente sensibles a la temperatura y a la magnitud delas cargas. Debido a que el asfalto es un material plstico-visco-elstico, a altastemperaturas y prolongadas tasas de cargas (es decir, a baja velocidad vehicular), elmdulo de una mezcla asfltica puede parecerse al de un material granular no aglomerado.En contraste, a temperaturas fras y tasas muy cortas de cargas, el material tender acomportarse de un modo puramente elstico y tendr valores del mdulo que se parecen alos de un material PCC. En la Gua de Diseo, la metodologa para las mezclas asflticastendr en cuenta el rango de temperatura esperado en el perodo de diseo. Adems, el usode una curva maestra para el asfalto, basada en los principios de superposicin tiempo-temperatura, permitir al ingeniero tener en cuenta la velocidad aproximada del vehculoen consideracin.

El asfalto no es el nico material influenciado por la velocidad vehicular. Los pavimentosrgidos por ejemplo, muestran una reduccin del 30% en la deflexin de las esquinas y ladeformacin del borde cuando la velocidad del vehculo se incrementa de 5 a 100 km/h. Elmdulo dinmico de los pavimentos PCC sometidos a las velocidades vehiculares tpicasde las Carreteras Interestatales, es aproximadamente 20% mas elevado que el mdulo

esttico histricamente usado en el anlisis de pavimentos rgidos. Las sub-rasantes dearcillas hmedas y blandas, que son plsticas-visco-elsticas, pueden tambin mostrar unarespuesta del mdulo dependiente del tiempo; sin embargo, la habilidad para ajustar elmdulo de la sub-rasante a una velocidad particular de diseo no es intrnsecamente una

parte de la Gua. Si una situacin particular de diseo requiere considerar este factor, sepuede alterar el ensayo directo del mdulo para caracterizar el comportamiento del materialbajo la magnitud de carga especificada.

La magnitud del efecto de la carga sobre la respuesta del material es una funcin nosolamente de la velocidad vehicular, sino tambin de la ubicacin del material dentro de laestructura del pavimento. En general, a medida que uno profundiza en el pavimento, la

longitud del pulso del esfuerzo que acta sobre un material dado se incrementar,sugiriendo que el tiempo del pulso de carga tambin se incrementar. Esta Gua no


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considera automticamente este aspecto del comportamiento del material, excepto en elanlisis de mezclas asflticas. Los materiales asflticos se caracterizan por una curvamaestra que incorpora los efectos del tiempo y la temperatura directamente en lametodologa de la solucin.

Comportamiento no lineal

Un material se considera no lineal si el valor de su mdulo elstico depende del estado deesfuerzos en el material. Mientras que muchos materiales comienzan a exhibir estecomportamiento a muy elevados estados de esfuerzos, los nicos materiales consideradosno lineales en esta Gua son los materiales no ligados de base/sub-base y de sub-rasante.Debido a que los datos de entrada en la Gua han sido desarrollados en una estructura

jerrquica, el nivel mas avanzado del anlisis M-E puede incorporar este factor en elanlisis de la metodologa de diseo. Si se desea un anlisis no lineal, debido al uso demdulos no lineales para los materiales no aglomerados presentes en el sistema, se debeusar un modelo de elementos finitos para calcular la respuesta del pavimento flexible

(estado de esfuerzo, deformacin y desplazamiento). Si el diseador no est usando laspropiedades no lineales de los materiales no aglomerados como datos para el diseo en lossistemas de pavimentos flexibles, entonces el modelo de respuesta del pavimento usarautomticamente un anlisis elstico lineal por capas.

2.2.1.2 Categoras de Materiales

En los sistemas de pavimentos rgidos y flexibles se usan muchas combinaciones de tipos ycalidades de materiales. A lo largo del tiempo muchas organizaciones y agencias handesarrollado sus propias clasificaciones de los principales materiales que cumplen sus

puntos de vista y usos especficos de esos materiales. Debido a que ningn grupo funcional

de materiales categoriza convenientemente las propiedades tpicas requeridas para serusadas en el anlisis M-E y en la evaluacin de los sistemas de pavimentos, se hadesarrollado un grupo de categoras de materiales para ser usados en esta Gua.

En la Tabla 2.2.2, se presentan los principales sistemas de categoras para la Gua deDiseo. Se han desarrollado seis grupos principales de materiales: materiales asflticos,materiales de PCC, materiales qumicamente estabilizados, materiales granulares noestabilizados, suelos de sub-rasante y basamento rocoso.

Uno de los grupos ms complicados es el de los Materiales Asflticos, debido a que larespuesta y el comportamiento de esos materiales estn fuertemente influenciados por latemperatura, tasa de carga, mtodo de mezcla, proceso de mezcla y grado de falla del

material (sistemas de pavimentos nuevos versus rehabilitados). En realidad, esta categorapuede incluir sub-grupos de materiales para los que se encuentra disponible una grancantidad de informacin histrica concerniente a propiedades tpicas como mdulo,relacin de Poisson, resistencia, fractura y deformaciones permanentes, as comomateriales que solo se permitirn para conjeturas generales acerca de sus propiedades. Unejemplo de este grupo podran ser los materiales reciclados en fro in-situ, donde losmateriales fresados, los materiales nuevos vrgenes y los asfaltos emulsificados puedenmezclarse durante el proceso de pavimentacin o construccin.

Los materiales PCC estn agrupados en dos sub-grupos principales: losas intactas y losasfracturadas. Hay una gran cantidad de informacin disponible respecto de las propiedades

de los materiales de losas intactas. El sub-grupo de losas fracturadas es generalmenteaplicable solamente a una rehabilitacin de PCC que involucra la reduccin intencional de


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la longitud efectiva de la losa para minimizar la influencia del agrietamiento reflejo en lassobre capas subsecuentes. El grado al que se lleva el fracturamiento de la losa es deimportancia suprema en la asignacin apropiada de los valores del mdulo efectivo a lalosa fracturada, si es que se usan procedimientos de capas elsticas lineales. Se debetambin reconocer que a medida que el grado de fracturamiento se incrementa (las losas

PCC se convierten en cascote1

), el mdulo efectivo de la capa PCC puede aproximarse alde una base de piedra triturada de alta calidad. Una de las formas ms confiables dedeterminar el mdulo in situ de estos sistemas es por medio del retro anlisis con los datosdel FWD.

Tabla 2.2.2 Principales Categoras de Materiales

Materiales Asflticos Base/Sub-base Granulares No EstabilizadasMezclas Asfltica en Caliente (HMA) Base/Sub-base Granularesde Gradacin Densa Sub-base Arenosa

Producidas en Planta Central Asfalto Reciclado en Fro (usado como agregado)

Reciclados In-situ RAP (incluye fresados)Stone Matrix Asphalt (SMA) Pulverizado In-situMezclas Asfltica en Caliente Pavimento Asfltico Reciclado en Fro (HMAde Gradacin Abierta mas Base/Sub-base Granulares)Mezclas Asfltica en CalienteMezclas Arena Asfalto Suelos de Sub-rasanteMezclas Asflticas en Fro Suelos Gravosos (A-1, A-2)

Procesadas en Planta Central Suelos ArenososRecicladas In-situ Arenas Sueltas (A-3)

Arenas Densas (A-3)Materiales PCC Arenas Limosas (A-2-4, A-2-5)

Losas Intactas Arenas Arcillosas (A-2-6, A-2-7)

Losas Fracturadas Suelos Limosos (A-4, A-5)Agrietadas/Asentadas Suelos ArcillososQuebradas/Asentadas Arcillas de Baja Plasticidad (A-6)Rublizadas Secas Duras

Hmedas RgidasMateriales Qumicamente Estabilizados Hmedas/Saturadas Blandas

Agregados Estabilizados con Cemento Arcillas de Alta Plasticidad (A-7)Suelo cemento Secas DurasCal Cemento Cenizas Volantes Hmedas RgidasCal Cenizas Volantes Hmedas/Saturadas BlandasSuelos Estabilizados con Cal

Agregados de Gradacin Abierta, Basamento RocosoEstabilizados con Cemento Slido, Masivo y ContinuoAltamente Fracturado, Intemperizado

La categora de materiales qumicamente estabilizados cubre un amplio rango demateriales reactivos (qumicos) cementicios o puzolnicos. Ellos van desde materiales quesolo modifican ligeramente las caractersticas de plasticidad del material original, hastamateriales que tienen ganancias importantes en el mdulo, resistencia y otras propiedadesclave de ingeniera, que pueden aproximarse al comportamiento del material PCC. La cal,

1Nota del IDPP: el trmino en ingls esRubblized. Usaremos el neologismo rublizadas.Ver Nota 5 enpgina viii.


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las cenizas volantes y el cemento Prtland, son los principales tipos de materialescementantes en esta categora.

Las principales caractersticas asociadas con los materiales no aglomerados, estnrelacionadas al hecho de que los mdulos de estos materiales pueden estar fuertementeinfluenciados por el estado de esfuerzos (no lineal) y por el contenido de humedad natural.Como una regla general, los materiales de granos gruesos, tienen mdulos ms altos amedida que se incrementa el estado del esfuerzo de confinamiento. En contraste, losmateriales arcillosos, tienden a una reduccin de su mdulo a medida que se incrementa elcomponente desviador u octadrico del esfuerzo. As, pese a que ambas categoras demateriales no aglomerados son dependientes del esfuerzo (no lineal), se comportan endirecciones opuestas cuando se incrementa el estado de esfuerzos.

Adicionalmente, la deformacin permanente (desplazamientos por corte repetido), puedeser de suprema importancia en las capas ms dbiles de materiales o en las capas que noestn bien protegidas. Mientras que esta categora de materiales puede exhibir uncomportamiento marcadamente no lineal, el estado del arte en las metodologas de retro

anlisis no es capaz de estimar de manera segura los coeficientes no lineales in-situ quepueden ser evaluados y obtenidos por medio de programas de ensayos de laboratorio. Poreso se debe tener sumo cuidado durante las investigaciones NDT de rehabilitacin, paraasegurar que el rango de cargas usado es comparable al usado en el diseo M-E.

Tambin se menciona a la categora de basamento rocoso, debido a que su presencia cercade la estructura del pavimento puede requerir que el diseador tome apropiadamente encuenta el alto mdulo de capa, para obtener predicciones seguras del esfuerzo, deformaciny desplazamiento del pavimento. En tanto que la medicin precisa del mdulo est rara vez(si es que alguna vez lo est) garantizada, cualquier capa del lecho rocoso debeincorporarse al anlisis si se encuentra cercana a la estructura del pavimento,

particularmente si el retro anlisis se usar como parte de un anlisis de rehabilitacin.

2.2.1.3 Conceptos del Enfoque Jerrquico de Datos

Filosofa

El enfoque general en la Gua para la seleccin o determinacin de los datos de diseo paramateriales, es un sistema jerrquico (por niveles). En su forma ms simple y prctica, elenfoque jerrquico est basado en la filosofa de que el nivel de esfuerzo de ingenieraejercido en el proceso de diseo de pavimentos debe ser consistente con la importanciarelativa, magnitud y costo del proyecto. El Nivel 1 es el procedimiento disponible ms

corrientemente implementable, que involucra normalmente ensayos comprensivos decampo o laboratorio. En contraste, el Nivel 3 requiere que el diseador estime los valoresde los datos de entrada ms apropiados, relativos a la propiedad del material, basado en laexperiencia, con poco o ningn ensayo. Los datos en el Nivel 2 se estiman por medio decorrelaciones con otras propiedades de los materiales que se miden en el campo o en ellaboratorio.

Las ventajas de este enfoque jerrquico incluyen las siguientes:

Provee al ingeniero de gran flexibilidad en la seleccin de enfoques de ingenieraconsistentes con el tamao, costo, e importancia general del proyecto.

Permite a cada agencia desarrollar una metodologa inicial de diseo, consistente

con sus capacidades tcnicas internas.


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Proporciona un mtodo muy conveniente para incrementar las destrezastecnolgicas de una agencia a lo largo del tiempo.

Asegura el desarrollo de un diseo ms seguro y eficiente desde el punto de vistadel costo, consistente con los recursos financieros y tcnicos de la agencia.

Factores que Influyen en la Seleccin del Nivel de Datos

La seleccin del nivel jerrquico mientras se estn configurando los datos para un tipoparticular de material, estar fuertemente influenciada por la condicin de si el diseo espara un sistema de pavimentos nuevos o rehabilitados. Las estructuras de pavimentosexistentes proporcionan un laboratorio in-situ del estado exacto de fallas y delcomportamiento de cada material. Por ejemplo, los mdulos de las capas de materiales deun pavimento existente se pueden estimar ms precisamente a partir de retro-anlisis delos datos del FWD o por medio del uso de ensayos de penetracin del cono dinmico. As,cualquier sistema jerrquico para los materiales deber discriminar lgicamente entreestructuras nuevas y rehabilitadas.

2.2.2 CARACTERIZACION DE DATOS PARA EL GRUPO DE MATERIALESASFALTICOS

La discusin en esta categora se aplica a los materiales tratados con asfalto que caen bajolas siguientes definiciones generales (ver Tabla 2.2.2):

Mezcla Asfltica en CalienteGradacin Densa Producida en Planta Central Reciclada In-situ

Mezcla Asfltica en CalienteGradacin Abierta

Mezcla Asfltica en CalienteMezclas Arena Asfalto Pavimentos de Concreto Asfltico Reciclado

Mezclas Recicladas en Caliente (procesadas en planta central) Mezclas Recicladas en Fro (procesadas en planta central o sobre el

terreno)

Estos materiales se podran utilizar en la construccin de capas de superficie, base y sub-base de un sistema de pavimentos. Mas adelante se discute el enfoque jerrquico paraderivar los datos de diseo requeridos de estos materiales, tanto para diseos nuevos como

para rehabilitaciones.

2.2.2.1 Mdulo de Capa para Diseos Nuevos o ReconstruccionesLa principal propiedad de rigidez, de inters para los materiales asflticos, es el mdulodinmico, dependiente del tiempo-temperatura (E*). La Tabla 2.2.3 proporciona un breveresumen de los procedimientos para derivarE*a diferentes niveles jerrquicos de datos, endiseos nuevos o reconstrucciones.

Visin General de la Estimacin del Mdulo Dinmico

Se sabe que el mdulo del concreto asfltico es funcin de la temperatura, de la tasa deaplicacin de las cargas, de la edad y de las caractersticas de la mezcla tales como rigidez

del aglomerante, gradacin de agregados, contenido de aglomerante y vacos. Para tomaren cuenta la temperatura y la tasa de aplicacin de las cargas, se determinar el mdulo del


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concreto asfltico en todos los niveles de anlisis, a partir de una curva maestra construidaa una temperatura de referencia de 21C.

Tabla 2.2.3 Estimacin del mdulo asfltico dinmico (E*) a diferentes niveles jerrquicos dedatos para diseos nuevos o reconstrucciones

Categora Nivel de Descripcinde Grupo de DatosMaterial

Llevar a cabo ensayos de laboratorio de E*(mdulo dinmico)(NCHRP 1-28A) a frecuencias de carga y temperaturas deinters para la mezcla dada.

Llevar a cabo ensayos del mdulo de corte complejo delaglomerante (G*) y ngulo de fase () sobre el aglomeranteasfltico propuesto (AASHTO T315) a = 1.59 Hz (10 rad/s)sobre un rango de temperaturas.

A partir de los datos del ensayo del aglomerante, estimar Ai-VTSipara la temperatura de compactacin de la mezcla.

Desarrollar la curva maestra para la mezcla asfltica que definecon seguridad la dependencia tiempo-temperatura, incluyendoel envejecimiento.

No se requiere ensayos de laboratorio paraE*

Utilice la ecuacin de prediccin deE*

Efectuar G*- sobre el aglomerante asfltico propuesto(AASHTO T315) a = 1.59 Hz (10 rad/s) sobre un rango de

temperaturas. La viscosidad o rigidez del aglomerante tambinse pueden estimar usando ensayos convencionales del asfaltotales como Punto de Ablandamiento de Anillo y Bola,viscosidades absoluta y cinemtica, o usando el viscosmetroBrookfield.

DesarrollarAi-VTSipara la temperatura de compactacin de lamezcla.


No se requiere ensayos de laboratorio paraE* Utilice la ecuacin de prediccin deE*

Use los valores Ai-VTSitpicos proporcionados en el softwarede la Gua de Diseo, basados en PG, viscosidad, o grado depenetracin del aglomerante.


1

2

MaterialesAsflticos

3


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Curvas Maestras y Factores de Relevo

Las curvas maestras se construyen usando el principio de superposicin tiempo-temperatura. Se selecciona primero una temperatura estndar de referencia (en este caso21C) y luego se cambian los datos para diferentes temperaturas con respecto al tiempo,hasta que las curvas converjan en una sola funcin. La curva maestra del mdulo enfuncin del tiempo formada de esta manera, describe la dependencia del material con eltiempo. La cantidad de cambios para cada temperatura requeridos para formar la curvamaestra, describe la dependencia del material con la temperatura. As, se requieren tanto lacurva maestra como los factores de relevo para una descripcin completa de la tasa yefectos de la temperatura. La Figura 2.2.2 presenta un ejemplo de una curva maestraconstruida de esta manera y los factores de relevo resultantes.

Figura 2.2.2 Esquema de la curva maestra y los factores de relevo

Temperatura de Referencia 21C

- 26C

4.5 C

21 C

3.3 C

38 C

Curva Maestra

-20 0 20 40 60Temperatura, C

b. Factores de Relevo

[E*]psi

1.5E+7

1.5E+6

1.5E+5

1.5E+4

-6 -4 -2 0 2 4 6Log de la Frecuencia Reducida (Hz)

a. Curva Maestra

Lo

10

T

6

4

2

0

-2

-4

-6


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La curva maestra del mdulo dinmico se puede representar por la ecuacin sigmoidaldescrita en la Ecuacin 2.2.1:

log (E*) = + (2.2.1)1+e +(log tr)

donde:E* = mdulo dinmicotr = tiempo de carga a la temperatura de referenciay = parmetros de ajuste; para un grupo dado de datos, representa el mnimo

valor deE*y + representa el mximo valor deE*y = parmetros que describen la forma de la funcin sigmoidal

Los parmetros de ajuste y dependen de la gradacin del agregado, del contenido deaglomerante y del contenido de vacos. Los parmetros de ajuste y dependen de lascaractersticas del aglomerante asfltico y de la magnitud de y . La funcin sigmoidaldescribe la dependencia del mdulo respecto del tiempo, a la temperatura de referencia.

Los factores de relevo describen la dependencia del mdulo respecto de la temperatura. LaEcuacin 2.2.2, proporciona la forma general de los factores de relevo:

tr= t (2.2.2a)a (T)

log (tr) = log (t)log [a(T)] (2.2.2b)

donde :tr = tiempo de carga a la temperatura de referenciat = tiempo de carga a la temperatura de intersa (T) = factor de ajuste en funcin de la temperatura

T = temperatura de intersAs, usando la ecuacin 2.2.2, se puede calcular el tiempo de carga a la temperatura dereferencia, para cualquier tiempo de carga a cualquier temperatura. Luego se puedecalcular el mdulo apropiado a partir de la Ecuacin 2.2.1, usando el tiempo de carga a latemperatura de referencia.

Las curvas maestras y los correspondientes factores de relevo se pueden desarrollarexperimentalmente, cambiando los datos de las frecuencias de laboratorio a partir de losensayos del mdulo dinmico, NCHRP 1-28A, o de los ensayos de corte AASHTO T320Determinacin de la Deformacin de Corte y Rigidez de Mezclas Asflticas Usando losEnsayos de Corte de Superpave (SST por sus siglas en ingls). Este mtod o se usa para el

anlisis de Nivel 1. Se requiere una optimizacin no lineal usando las Ecuaciones 2.2.1 y2.2.2 y los datos reales de los ensayos de laboratorio. Para los anlisis de los Niveles 2 y 3,se desarrollarn las curvas maestras directamente de la relacin predictiva del mdulodinmico mostrada en la Ecuacin 2.2.3 (ver Apndice CC). Esta ecuacin tiene lahabilidad de predecir el mdulo dinmico de las mezclas asflticas para un rango detemperaturas, tasas de carga y condiciones de envejecimiento, a partir de la informacinque est fcilmente disponible en las especificaciones del material o en el diseovolumtrico de la mezcla.

log E* = 3.750063 + 0.02932 200 0.001767 (200)2 0.0028414 0.058097 Va - 0.802208

Vbeff + 3.8719770.00214+ 0.003958380.000017 (38)2+ 0.00547034 (2.2.3)

Vbeff+ Va 1 + e (-0.6033130.313351 log (f)0.393532 log ())

donde:


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E* = mdulo dinmico, psi. = viscosidad del bitumen, 106Poise.

f = frecuencia de carga, Hz.Va = contenido de vacos llenos de aire, %.Vbeff = contenido efectivo de bitumen, % en volumen.

34 = porcentaje acumulado retenido en la malla de . 38 = porcentaje acumulado retenido en la malla de 3/8.4 = porcentaje acumulado retenido en la malla N 4.200 = porcentaje que pasa la malla N 200.

El resumen estadstico para la Ecuacin 2.2.3 es:

R2 = 0.96Se/Sy = 0.24

Nmero de Datos = 2750Rango de temperatura = 0 a 130 F (-18 a 54 C)

Tasas de Carga = 0.1 a 25 HzNmero de Mezclas = 205 en total, 171 con aglomerantes asflticos nomodificados, 34 con aglomerantes modificados.

Nmero de aglomerantes usados = 23 en total, 9 no modificados y 14 modificadosNmero de tipos de agregados = 39Mtodos de compactacin = amasado y giratorio.Tamao de los especimenes = Cilndricos de 4 x 8 (10 cm x 20 cm) o de 2.75 x

5.5 (7 cm x 14 cm)

La Ecuacin 2.2.3., tambin puede asumir la forma de la funcin sigmoidal mostrada en laEcuacin 2.2.1. La Ecuacin 2.2.4 presenta la ecuacin del mdulo dinmico mostrada enla Ecuacin 2.2.3, en la forma de una curva maestra de una mezcla especfica.

Log (E*) = + (2.2.4)1+e +log tr

donde:

E* = mdulo dinmicotr = tiempo de carga a la temperatura de referencia = mnimo valor deE*+= mximo valor deE*y = parmetros que describen la forma de la funcin sigmoidal

De las ecuaciones 2.2.3 y 2.2.4 se puede establecer lo siguiente:= 3.750063 + 0.029322000.001767 (200)

20.00284140.058097 Va0.802208 VbeffVbeff+ Va

= 3.8719770.00214 + 0.003958380.00001738 2+ 0.00547034= -.603313 - .393532 log (Tr)log (tr) = log (t)c(log () - log (Tr))= 0.313351c = 1.255882

Viscosidad del Aglomerante

La viscosidad del aglomerante asfltico a la temperatura de inters es un parmetro deentrada crtico para la ecuacin del mdulo dinmico y para la determinacin de los


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factores de relevo, tal como se ha descrito anteriormente. Para condiciones de noenvejecimiento, la viscosidad del aglomerante asfltico a la temperatura de inters sedetermina a partir de las relaciones de temperatura viscosidad ASTM (1) definidas por laEcuacin 2.2.5:

log log =A+ VTSlog TR (2.2.5)

donde = viscosidad, cP.TR = Temperatura, Ranking.

A = Intercepcin de la regresinVTS = Inclinacin de la regresin de la susceptibilidad de la viscosidad a la

temperatura.

Para un nivel jerrquico de datos 1, se pueden estimar los parmetros A y VTS de laEcuacin 2.2.5, a partir de los datos del ensayo del remetro dinmico de corte llevado acabo de acuerdo con ASTM T315, Determinacin de la Reologa del AglomeranteAsfltico Usando un Remetro Dinmico de Corte (DSR por sus siglas en ingls).Alternativamente, para todos los niveles de datos, se pueden obtener los parmetros A yVTSa partir de una serie de ensayos convencionales, incluyendo la viscosidad, el punto deablandamiento y la penetracin. Posteriormente en este captulo se explicar el

procedimiento para estimar los parmetrosAy VTS.

Efecto del Envejecimiento del Asfalto

El efecto del envejecimiento se incorpora en la determinacin del mdulo dinmico usandoel Sistema de Envejecimiento Global (2). Este sistema proporciona modelos que describenel cambio en la viscosidad que ocurre durante la mezcla y compactacin, as como en elenvejecimiento in-situ a largo plazo. El Sistema de Envejecimiento Global incluye cuatromodelos:

Modelo original para la mezcla recin colocada. Modelo de envejecimiento en superficie. Ajuste por vacos llenos de aire. Modelo de viscosidad-profundidad.

El modelo original para la mezcla recin colocada se toma en cuenta para elenvejecimiento a corto plazo que ocurre durante la mezcla y compactacin. El modelo deenvejecimiento superficial predice la viscosidad del aglomerante en la superficie del

pavimento despus de cualquier periodo de tiempo de usar la viscosidad de la mezcla

recin colocada. Si se autoriza, se puede ajustar la viscosidad superficial del modelo deenvejecimiento superficial para diferentes contenidos de vacos llenos de aire usando elmodelo de ajuste de vacos llenos de aire. Finalmente, se determina la viscosidad enfuncin de la profundidad, utilizando la viscosidad del modelo de envejecimientosuperficial o del modelo de ajuste de vacos llenos de aire, junto con el modelo deviscosidad-profundidad. La salida del Sistema de Envejecimiento Global es una prediccinde la viscosidad del aglomerante en cualquier momento y a cualquier profundidad en elsistema del pavimento. El Sistema de Envejecimiento Global es una parte integral delsoftware de la Gua de Diseo.

La Ecuacin 2.2.6, muestra el modelo del Sistema de Envejecimiento Global para el

envejecimiento a corto plazo. El valor cdigo est relacionado con la relacin deendurecimiento, definida como la relacin del log-log de la viscosidad de la mezcla recin


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colocada (RTFOT2) al log-log de la viscosidad original. La Tabla 2.2.4 resume los valoresrecomendados del cdigo.

log log (t=0) = a0+ a1log log (orig)a0= 0.054405 + 0.004082 x cdigo (2.2.6)a1= 0.972035 + 0.010886 x cdigo

donde

t=0 = viscosidad de la mezcla recin colocada, cP.orig = viscosidad original, cP.cdigo= relacin de endurecimiento (0 para el promedio)

Tabla 2.2.4 Valores Recomendados del Cdigo

Resistencia al Endurecimiento Valores Espectados de la Valor delde la Mezcla Recin Colocada Relacin de Endurecimiento Cdigo

Excelente a Bueno HR 1.030 - 1

Promedio 1.030 < HR 1.075 0

Regular 1.075 < HR 1.10 1

Pobre HR > 1.10 2

La Ecuacin 2.2.7 presenta el modelo de envejecimiento de la viscosidad en servicio, paracondiciones superficiales. El modelo es una funcin hiperblica e incluye el efecto delmedio ambiente en el envejecimiento a largo plazo. Las condiciones de medio ambienteingresan mediante el uso de la temperatura media anual del aire en el parmetroA.

log log (aged) = log log (t=0) +At (2.2.7)1 +BT

dondeA = -0.004166 + 1.41213 (C) + (C) log (Maat) + (D) log log (t=o)B = -0.197725 + 0.068384 log (C)C = 10 (274.4964193.831 log (TR

) + 33.9366 log (TR

)2D = -14.5521 + 10.47662 log (TR)1.88161 log (TR)

2aged = viscosidad envejecida, cP.t=0 = viscosidad en la mezcla recin colocada, cP.

Maat = temperatura media anual del aire, F

TR = temperatura en grados Rankinet = tiempo en meses.

El factor de ajuste de vacos llenos de aire, ajusta la viscosidad del modelo deenvejecimiento superficial debido a los efectos de los vacos llenos de aire. La ecuacin2.2.8 es la ecuacin de ajuste de la viscosidad envejecida por los vacos llenos de aire. Elfactor de ajuste por vacos Fv, es una funcin de los vacos de aire al momento de interscomo se muestra en la Ecuacin 2.2.9. Los vacos de aire al momento de inters pueden asu vez estimarse a partir de los vacos iniciales, usando la Ecuacin 2.2.10.

log log (aged) =Fvlog log (aged) (2.2.8)

2Nota del IDPP: RTFOT= Ensayo al Horno de Pelcula Delgada Enrollada por sus siglas en ingls. Se usapara simular el envejecimiento del aglomerante durante las operaciones de mezcla y pavimentacin.


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Fv= 1 + 1.0367 x 10-4(VA) (t) (2.2.9)

1 + 6.1798 x 10-4(t)

VAorig+ 0.011 (t) - 2VA= + 2 (2.2.10)

1 + 4.24 x 10-4(t) (Maat)+ 1.169 x 10-3 t torig,77

dondeVAorig= vacos llenos de aire inicialest = tiempo en meses

Maat = temperatura media anual del aire, Forig,77= viscosidad original del aglomerante a 77 F (21 C), MPoise.

Finalmente, el modelo de profundidad describe la viscosidad envejecida en funcin de laprofundidad, basada en la viscosidad envejecida del modelo de envejecimiento superficialy la viscosidad de la mezcla recin colocada. La Ecuacin 2.2.11 presenta la relacin

viscosidad-profundidad.t,z= tz(4 +E)E(t=0) (1- 4z) (2.2.11)

4 (1+Ez)donde

t,z = viscosidad envejecida en el tiempot y la profundidadz, MPoise.t = viscosidad superficial envejecida, MPoise.

z = profundidad en pulgadas.E = 28.83 e(-0.0308Maat)Maat = temperatura media anual del aire, F

Como se discuti en la seccin de la Curva Maestra y Factores de Relevo, se puede usar laviscosidad envejecida en la Ecuacin 2.2.4 (en el trmino log [tr]) para llegar a factores derelevo combinados que tomen en cuenta los efectos de la temperatura y el envejecimiento.Usando esos factores de relevo y la curva maestra de la mezcla original, se puededeterminar el mdulo dinmico a cualquier profundidad, edad, temperatura y tasa de carga.

Resmen

En resumen, las curvas maestras del mdulo dinmico en la forma de una funcinsigmoidal, se pueden desarrollar ya sea cambiando los ensayos de laboratorio o usando laecuacin del mdulo dinmico. En ambos casos, los factores de relevo resultantes se

pueden expresar en funcin de la viscosidad del aglomerante. Esto permite laconsideracin del envejecimiento del aglomerane usando el Sistema de EnvejecimientoGlobal. El Sistema de Envejecimiento Global proporciona una serie de modelos paraajustar la viscosidad del aglomerane original al envejecimiento de corto plazo que ocurredurante las operaciones de mezclado y de colocacin y para el envejecimiento de largo

plazo durante el servicio.

Implementacin a Diferentes Niveles Jerrquicos

Esta Gua presenta un enfoque unificado para la caracterizacin de las propiedades derigidez del concreto asfltico. El mismo enfoque bsico y modelos se usan en todos los

niveles de datos; la principal diferencia esta en la cantidad de datos de ensayos delaboratorio requeridos. La Figura 2.2.3 presenta un diagrama de flujo general paradeterminar el mdulo dinmico y la relacin de Poisson (a discutirse posteriormente), para


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1er Curso de Actualizacin de Conocimientos en Pavimentos: La Nueva Gua AASHTO para el Diseo de Estructuras de Pavimentos. ASPECTOS BASICOS-PARAMETROS DE DISEO:MATERIALES


Datos de Ensayo NIVEL I Ecuacin del Mdulo Dinmico NIVELES II Y III

Log (E*) = +

1+e +[ (log t)c (log ()log (Tr))] log (E*) = d+

log (tr) = log (t)c (log ()log (Tr)) 1+eb+g

1log (f) +g

2log ()

Determine : , ,, y cpor log (tr) = log (t)g2(log ()log (Tr))optimizacin no lineal g1

a, b, d,g1, yg2, conocidos a partir de laecuacin del mdulo dinmico

log (tr) = log (t)c (log ()log (Tr)) log (tr) = log (t)g2(log ()log (Tr))c determinado experimentalmente en el Paso 1 g1

Log (E*) = + log (E*) = d+ 1+e +log tr 1+e +(log tr) 1+e b+g1

log (f) +g2

log ()

Figura 2.2.3 Carta de Flujo para la Caracterizacin del Concreto Asfltico

Paso 1

Desarrolle la Curva Maestra y los Factores deRelevo a 70F para la Condicin Original

Paso 2

Calcule la Viscosidad Envejecida a partir del

Modelo de Envejecimiento Global Mezcla colocada Largo Plazo Profundidad

Paso 3

Calcule los Factores de Relevo usando laViscosidad Apropiada

Paso 4

Calcule el Mdulo Dinmico

Paso 5

Calcule la Relacin de Poisson= 0.15 + 0.35

1 + e(-12.452 + 2.291 log E*)


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cualquier tasa de carga, temperatura y edad. Las secciones a continuacin describen endetalle los requerimientos de datos para los parmetros de cualquier nivel.

Parmetros del Nivel 1Datos de Ensayos Requeridos

En el Nivel 1 se requieren datos de ensayos reales de laboratorio para desarrollar la curvamaestra y los factores de relevo. En la Tabla 2.2.5 se resumen los requerimientos de losdatos de laboratorio para un anlisis de Nivel 1. La temperatura y las frecuencias dadas enla Tabla 2.2.5 son valores recomendados. Sin embargo, se pueden usar hasta 8temperaturas y 6 frecuencias. Para este anlisis se requieren los datos de los ensayos de lamezcla y del aglomerane asfltico. Para tomar en cuenta el envejecimiento de corto plazoque ocurre durante la mezcla y compactacin, se debe realizar el ensayo de la mezcladespus del envejecimiento en el horno a corto plazo en concordancia con AASHTO R30Prctica Estndar para Acondicionar la Mezcla del Asfalto Mezclado en Caliente (HMA)y el ensayo del aglomerane deber realizarse despus del Ensayo de Envejecimiento alHorno en Lmina Delgada Enrollada (AASHTO T240), en concordancia con AASHTOT315.

Tabla 2.2.5 Resumen de los ensayos de caracterizacin requeridos para los datos delNivel 1

Temperatura F E*y 1de la mezcla Gy 2del ligante0.1 Hz 1 Hz 10 Hz 25 Hz 1.59 Hz

10 X X X X

25

40 X X X X X

55 X

70 X X X X X

85 X

100 X X X X X

115 X

130 X X X X X

1Ensayos a ser realizados de acuerdo con NCHRP 1-28A.2 Ensayos a ser realizados de acuerdo con AASHTO T315.

Los datos de la mezcla consisten de ensayos de frecuencia del mdulo dinmico sobreespecimenes replicados para cinco temperaturas y cuatro tasas de carga. El ensayo deberconducirse de acuerdo con NCHRP 1-28A, usando las temperaturas y tasas de cargaespecificadas en la Tabla 2.2.5. Los especimenes replicados se pueden usar en vez de losespecimenes triplicados especificados en NCHRP 1-28A. Los especimenes debern tenerun dimetro de 100 mm y una relacin altura:dimetro de 1:5. Debern ensayarseutilizando extremos lubricados y la deformacin axial deber medirse a la mitad de los 100mm del espcimen, en tres ubicaciones alrededor de la circunferencia. Los especimenesque cumplan esos requerimientos de tamao pueden obtenerse de testigos diamantinostomados del medio de los especimenes del compactador giratorio.


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Adicionalmente se necesitan los datos del mdulo complejo del aglomerante y el ngulo defase en un rango de temperaturas para una tasa de carga de 1.59 Hz (10 rad/seg). Aunquees deseable medir las propiedades del aglomerante para el mismo rango de temperatura, lasmedidas del remetro dinmico de corte usando la geometra normal paralela al plato,estn sujetas a errores significativos debajo de aproximadamente 40 F (4.4 C).

Alternativamente se puede caracterizar el aglomerante usando las series de ensayosconvencionales del aglomerante resumidos en la Tabla 2.2.6.

Los datos de penetracin pueden convertirse a viscosidad usando la Ecuacin 2.2.12:

log =10.50122.2601 log (Pen) + .00389 log (Pen)2 (2.2.12)

donde = viscosidad, Poises

Pen = penetracin para 100 g, 5 seg de carga, mm/10

Datos del Nivel 1Desarrollo de la Curva Maestra a Partir de los Datos de los Ensayos

La curva maestra en el nivel 1 se desarrolla usando la optimizacin numrica para cambiarlos datos de los ensayos de la mezcla en el laboratorio en una curva maestra suave. Antesde cambiar los datos de la mezcla, se debe establecer la relacin entre la viscosidad delaglomerante y la temperatura. Esto se hace convirtiendo primero los datos de rigidez delaglomerante a cada temperatura, a viscosidad, usando la Ecuacin 2.2.13 (ver ApndiceCC). Luego se hallan los parmetros para la ecuacin ASTM del VTS, por regresin linealde la Ecuacin 2.2.14, despus de la transformacin log-log de los datos de la viscosidad yla transformacin log de los datos de temperatura.

= G* 1 4.8628 (2.2.13)10 Sen

log log =A + VTS log TR (2.2.14)

Tabla 2.2.6 Datos convencionales para ensayo del aglomerante

Nmero Ensayo Temp, C Conversin aViscosidad, Poise

1 Penetracin 15 Ver ecuacin 2.2.12

2 Penetracin 25 Viscosidad Brookfield

3 Viscosidad Brookfield 60 Ninguna



6 Viscosidad Brookfield 121.1 Ninguna



9 Punto de ablandamiento Medida 13,000 Poise

10 Viscosidad absoluta 60 Ninguna

11 Viscosidad Cinemtica 135 Valor x 0.948


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dondeG* = mdulo de corte complejo del aglomerante, MPa. = ngulo de fase del aglomerante, = viscosidad, cP.TR = temperatura en grados Ranking a la que se estim la viscosidad

A, VTS= parmetros de regresinSi se usa el ensayo convencional para la caracterizacin alternativa del aglomerante,

primero se convierten los datos a unidades de viscosidad comn como se especifica en laTabla 2.2.6 y luego se desarrolla la ecuacin de regresin 2.2.14.

A continuacin se pueden usar los parmetros resultantes de la regresin obtenida de laEcuacin 2.2.14, para calcular la viscosidad a cualquier temperatura. Se debe tener especialcuidado cuando se usa esta ecuacin a bajas temperaturas. Es bien conocido que losaglomerantes asflticos se aproximan a una viscosidad mxima de 2.7 x 1010Poise a bajastemperaturas y elevados rangos de carga. As, la viscosidad a baja temperatura es igual almenor valor entre el calculado usando la Ecuacin 2.2.14 y 2.7 x 1010Poise. Despus de

establecer la relacin viscosidad-temperatura, se pueden revezar en una curva maestrasuave usando la Ecuacin 2.2.15:

log (E*) = + (2.2.15)1+e +[log (t)c (log () - (log Tr

))]

donde

E* = mdulo dinmico, psit = tiempo de carga, seg = viscosidad a la temperatura de inters, CPoiseTR = viscosidad a la temperatura de referencia, CPoise

,,,y c = parmetros de ajuste de la mezcla especficaLa Tabla 2.2.7 presenta un resumen de los datos requeridos para la optimizacinnumrica. Esto incluye 40 medidas del mdulo dinmico sobre dos especimenesduplicados y 5 valores de la viscosidad calculados a partir de la Ecuacin 2.2.14. Laoptimizacin numrica de la Ecuacin 2.2.15 se realiza muy eficientemente usando elalgoritmo de bsqueda de la gradiente. La optimizacin dar como resultado cinco

parmetros del modelo: , , , y c, los cuales definen la dependencia del mdulodinmico con el tiempo-temperatura a lo largo de la vida de diseo.

Parmetros del Nivel 1Factores de Revezo

La Ecuacin 2.2.16 presenta los factores de relevo para la curva maestra. El parmetro cesuno de los valores obtenidos de la optimizacin numrica. Los factores de relevo dependensolamente de la viscosidad del aglomerante para la edad y temperatura de inters y laviscosidad envejecida en Lmina Delgada Secada al Horno (RTFO por sus siglas eningls) a la temperatura de referencia. La viscosidad a la edad y temperatura de inters seobtiene del modelo de envejecimiento global.

log (tr) = log (t)c(log ()log (TR)) (2.2.16)

donde :tr = tiempo reducido, seg.t = tiempo de carga, seg = viscosidad a la edad y temperatura de inters, CPoiseTR = viscosidad a la temperatura de referencia y envejecimiento RTFOT, CPoise


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Parmetros del Nivel 2Datos Requeridos de Ensayos

Tabla 2.2.7 Hoja de Datos para la Optimizacin Numrica para una Estimacin deE*deNivel 1

Temperatura, F Tasa, Hz E*Medido Viscosidad del Ligante1

10 0.1 Espcimen 1 1010 1 Espcimen 1 1010 10 Espcimen 1 1010 25 Espcimen 1 1010 0.1 Espcimen 2 1010 1 Espcimen 2 1010 10 Espcimen 2 1010 25 Espcimen 2 1040 0.1 Espcimen 1 4040 1 Espcimen 1 4040 10 Espcimen 1

40

40 25 Espcimen 1 4040 0.1 Espcimen 2 4040 1 Espcimen 2 4040 10 Espcimen 2 4040 25 Espcimen 2 40702 0.1 Espcimen 1 70702 1 Espcimen 1 70702 10 Espcimen 1 70702 25 Espcimen 1 70702 0.1 Espcimen 2 70702 1 Espcimen 2 70

702

10 Espcimen 2 70702 25 Espcimen 2 70100 0.1 Espcimen 1 100100 1 Espcimen 1 100100 10 Espcimen 1 100100 25 Espcimen 1 100100 0.1 Espcimen 2 100100 1 Espcimen 2 100100 10 Espcimen 2 100100 25 Espcimen 2 100130 0.1 Espcimen 1 130130 1 Espcimen 1 130

130 10 Espcimen 1 130130 25 Espcimen 1 130130 0.1 Espcimen 2 130130 1 Espcimen 2 130130 10 Espcimen 2 130130 25 Espcimen 2 1301De la Ecuacin 2.2.14, limitado a 2.7 x 1010 Poise.2 Temperatura de Referencia

En el Nivel 2, la ecuacin del mdulo dinmico se combina con datos especficos deensayos de laboratorio del grado de agloemrante que est siendo considerado para su uso

en el pavimento, con el objeto derivar los valores de E*a lo largo de la vida de diseo. Enla Tabla 2.2.8 se resumen los datos de entrada requeridos por la ecuacin del mdulo


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dinmico. La Tabla 2.2.9 resume los datos de ensayos del aglomerante necesarios para laestimacin del mdulo dinmico en un anlisis de Nivel 2. Estos son los mismos datos deensayos del aglomerante requeridos en el Nivel 1. Consisten de medidas del mdulo decorte complejo del aglomerante (G*) y del ngulo de fase para un rango de temperaturas a1.59 Hz (10 rad/seg). Estas mediciones deben hacerse despus del envejecimiento RTFO

para simular las condiciones de envejecimiento de corto plazo en planta. Alternativamentese puede caracterizar el aglomerante usando las series de ensayos convencionales delaglomerante, previamente resumidos en la Tabla 2.2.6. Los valores representativos paraesta ecuacin deben estar disponibles de reportes pasados de diseos de mezcla.

Tabla 2.2.8 Datos de Entrada para la Ecuacin del Mdulo Dinmico a un Nivel 2

Parmetro Descripcin Unidades

Viscosidad del aglomerante 106Poise

F Tasa de carga Hz

Va Contenido de Vacos llenos de aire Porcentaje por volumen totalde la mezcla

Vbeff Contenido Efectivo de Asfalto Porcentaje por volumen totalde la mezcla

34 Porcentaje Retenido Acumulado Porcentaje Acumulado poren la malla de Peso del Agregado

38 Porcentaje Retenido Acumulado Porcentaje Acumulado poren la malla de 3/8 Peso del Agregado

4 Porcentaje Retenido Acumulado Porcentaje Acumulado por

en la malla # 4 Peso del Agregado200 Porcentaje que pasa la malla # 200 Porcentaje en peso del

Agregado

Parmetros del Nivel 2 Desarrollo de la Curva Maestra a Partir de los Datos deEnsayos

La curva maestra para el anlisis en el Nivel 2 se desarrolla a partir de la ecuacin delmdulo dinmico (Ecuacin 2.2.4), usando los datos de ensayos reales sobre elaglomerante. El parmetro en la ecuacin es funcin de la gradacin del agregado, el

contenido efectivo de aglomerante y el contenido de vacos llenos de aire. El parmetro es solamente una funcin de la gradacin del agregado. As, los valores mnimos ymximos del mdulo son independientes de la rigidez del aglomerante. Ellos estn enfuncin de la gradacin de los agregados, del contenido efectivo de aglomerante y delcontenido de vacos llenos de aire y se determinan a partir de los datos volumtricos de lamezcla. Esto es bastante racional toda vez que los aglomerantes tienden hacia rigidecessimilares a muy bajas temperaturas. A muy altas temperaturas, la friccin interna prevalecey la influencia de la rigidez del aglomerante es pequea. La tasa a la cual cambia el mdulode mximo a mnimo depende de las caractersticas del aglomerante.

Para tomar en cuenta los efectos del aglomerante a un Nivel 2 de datos, se requiere

establecer una relacin entre la viscosidad y la temperatura del aglomerante. Si seencuentran disponibles los datos de los ensayos AASHTO T315, esto se hace convirtiendoprimero los datos de rigidez del agloemrante para cada temperatura, a viscosidad mediante


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la Ecuacin 2.2.13. Luego se hallan los parmetros de la ecuacin ASTM para el VTSporregresin lineal de la Ecuacin 2.2.14 despus de una transformacin log-log de los datosde la viscosidad y la transformacin log de los datos de temperatura.

Tabla 2.2.9 Resumen de Datos de Ensayos del Aglomerante Requeridos a un Nivel 2

Temperatura, F G* y 1del Aglomerante

40 X

55 X

70 X

85 X

100 X

115 X

130 X

* Ensayos realizados de acuerdo con AASHTO T315

Si se usa la caracterizacin alternativa del aglomerante empleando ensayos convencionales(como se muestra en la Tabla 2.2.6), los datos se convierten primero a unidades deviscosidad comn como se especifica en la Tabla 2.2.6 y se realiza la ecuacin deregresin 2.2.14. Los parmetros resultantes de esta regresin se pueden usar para calcularla viscosidad a cualquier temperatura.

Se debe tener mucho cuidado cuando se usa la Ecuacin 2.2.14 a bajas temperaturas. Esbien conocido que a bajas temperaturas y elevadas tasas de carga, los aglomerantesasflticos se aproximan a una viscosidad mxima constante de 2.7 x 1010Poise. As, en

servicio, la viscosidad a baja temperatura es igual al menor del valor calculado usando laEcuacin 2.2.14 el valor 2.7 x 1010Poise.

Despus de que se ha establecido la relacin viscosidad-temperatura, se puede desarrollarla curva maestra usando la Ecuacin 2.2.4. Se deben usar los datos representativos de lamezcla para establecer y .

Nivel 2Factores de Relevo

La Ecuacin 2.2.17 muestra la relacin para derivar los factores de relevo para la curvamaestra. Los factores de relevo dependen solamente de la viscosidad del aglomerante para

la edad y temperatura de inters y la viscosidad envejecida RTFO a la temperatura dereferencia. La viscosidad a la edad y temperatura de inters se obtiene del modelo deenvejecimiento global.

log (tr) = log (t)1.25588 (log ()log (Tr)) (2.2.17)

donde :tr = tiempo reducido, seg.t = tiempo de carga, seg = viscosidad a la edad y temperatura de inters, CPoiseTr = viscosidad a la temperatura de referencia y envejecimiento RTFO, CPoise

Parmetros del Nivel 3Datos Requeridos de Ensayos


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En el Nivel 3, se usa la Ecuacin 2.2.4 para estimar el mdulo dinmico, tal como se hizopara el Nivel 2. Sin embargo, no se requieren datos de laboratorio. La Tabla 2.2.8 muestralos datos requeridos para la ecuacin del mdulo dinmico. Exceptuando la viscosidad delaglomerante y la tasa de carga, los datos de la mezcla requeridos para el mdulo dinmicose pueden obtener directamente de los datos representativos de mezclas similares. La

informacin de la viscosidad del aglomerante en funcin del tiempo, se puede estimar derelaciones tpicas temperatura-viscosidad que se hayan establecido para una variedad degrados de asfaltos derivados de diferentes sistemas de gradacin.

ParmetrosAy VTSpor Defecto

Para estimar la viscosidad del aglomerante asfltico a cualquier temperatura y edad dadas(dato requerido para la ecuacin del mdulo dinmico), se debe conocer a priori los

parmetrosAy VTSpara la relacin temperatura-viscosidad (Ecuacin 2.2.1). En el Nivel3, donde no se requieren ensayos, se pueden estimar esos valores si se conoce lainformacin siguiente relacionada con el aglomerante:

Grado de Comportamiento (PG por sus siglas en ingls) del aglomerante asflticobasado en AASHTO M320.

Grado de Viscosidad del aglomerante asfltico, basado en AASHTO M226. Grado de Penetracin del aglomerante asfltico, basado en AASHTO M20.

En las Tablas 2.2.10 a 2.2.12 se presentan los valores Ay VTSrecomendados por defecto,basados en cada uno de esos criterios.

Tabla 2.2.10 ParmetrosAy VTSRTFOT recomendados, basados en el grado asfltico PG (27)

Grado de Grado de Temperatura mas BajoTemperat. -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46

ms Alto VTS A VTS A VTS A VTS A VTS A VTS A VTS A

46 -3.901 11.504 -3.393 10.101 -2.905 8.755

52 -4.570 13.386 -4.541 13.305 -4.342 12.755 -4.012 11.840 -3.602 10.707 -3.164 9.496 -2.736 8.310

58 -4.172 12.316 -4.147 12.248 -3.981 11.787 -3.701 11.010 -3.350 10.035 -2.968 8.976

64 -3.842 11.432 -3.822 11.375 -3.680 10.980 -3.440 10.312 -3.134 9.461 -2.798 8.524

70 -3.566 10.690 -3.548 10.641 -3.426 10.299 -3.217 9.715 -2.948 8.965 -2.648 8.129

76 -3.331 10.059 -3.315 10.015 -3.208 9.715 -3.024 9.200 -2.785 8.532

82 -3.128 9.514 -3.144 9.475 -3.019 9.209 -2.856 8.750 -2.642 8.151

Tabla 2.2.11 ParmetrosAy VTSRTFOT recomendados,basados en el grado de viscosidad del asfalto (28)

Grado A VTS

AC-2.5 11.5167 -3.8900

AC-5 11.2614 -3.7914

AC-10 11.0134 -3.6954

AC-20 10.7709 -3.6017

AC-30 10.6316 -3.5480AC-40 10.5338 -3.5104


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Tabla 2.2.12 ParmetrosAy VTSRTFOT recomendados,basados en el grado de penetracin asfltica (28)

Grado A VTS

40-50 10.5254 -3.5047

60-70 10.6508 -3.5537

85-100 11.8232 -3.6210

120-150 11.0897 -3.7252

200-300 11.8107 -4.0068

Nivel 3Factores de Relevo

El procedimiento para determinar los factores de relevo en el Nivel 3 es similar al del Nivel2. Los factores de relevo dependen solamente de la viscosidad del aglomerante para latemperatura de inters y la viscosidad envejecida en el RTFOT a la temperatura dereferencia. La viscosidad a la temperatura de inters se obtiene del modelo deenvejecimiento global presentado en la Ecuacin 2.2.17.

2.2.2.2.Mdulo de Capa para un Diseo de Rehabilitacin

La determinacin del mdulo dinmico de capa asfltica para un diseo de rehabilitacin,sigue los mismos conceptos generales que para un diseo nuevo o de una reconstruccin,con las excepciones que se dan mas adelante. La Tabla 2.2.13 resume el enfoque utilizado

para determinar el mdulo dinmico de capa para el diseo de una rehabilitacin.

Parmetros del Nivel 1 Enfoque para Determinar en el Campo la Curva Maestra delMdulo Dinmico del Pavimento Fallado

1. Llevar a cabo ensayos no destructivos en la huella vehicular externa del proyecto aser rehabilitado usando el Falling Weight Deflectometrer (FWD) y calcular por retroanlisis el mdulo asfltico lmite medio, Ei. Asegrese de incluir reas agrietadascomo no agrietadas. Tambin se debe registrar la correspondiente temperatura delconcreto asfltico al momento del ensayo. Tomar testigos diamantinos paraestablecer el espesor de capa a lo largo de proyecto. Los espesores de capa tambinse pueden determinar usando un radar de penetracin del terreno (GPR por sussiglas en ingls), ver PARTE 2 Captulo 5. Calcular por retro anlisis el mduloasfltico lmite Ei, combinando las capas con propiedades similares en cada puntode ensayo con el FWD a lo largo del proyecto (con temperatura del pavimentoconocida).

2. Tomar testigos diamantinos y establecer los parmetros de la mezcla volumtrica(vacos, volumen de asfalto, gradacin) y los parmetros de viscosidad del asfalto

para definir los valoresAi-VTSirequeridos para calcular el mdulo dinmico usandola Ecuacin 2.2.4. Establecer las propiedades de viscosidad-temperatura delaglomerante (parmetros A y VTS) como se hizo para los datos del Nivel 1, paradiseos nuevos o reconstrucciones.

3. Desarrollar la curva maestra del mdulo dinmico sin fallas, a partir de los datosrecolectados en el paso 2, usando la Ecuacin 2.2.4.


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Tabla 2.2.13 Estimacin del mdulo dinmico del asfalto (E*) a diferentes niveles jerrquicos de datos para eldiseo de una rehabilitacin

Categora de Tipo de Nivel de DescripcinGrupo del Diseo DatosMaterial

Use el enfoque de retro anlisis NDT-FWD. Mida las deflexiones y calculepor retro anlisis el mdulo de capa lmite del asfalto (combinado) en puntos alo largo del proyecto.

Establezca por retro anlisis el Ei, a las condiciones de temperatura-tiempopara las que se tomaron los datos del FWD a lo largo del proyecto.

Obtenga testigos diamantinos para establecer los parmetros volumtricos demezcla (vacos, volumen de asfalto, gradacin y parmetros de viscosidad delasfalto para determinar la Curva Maestra sin fallas).

Desarrollar mediante una ecuacin predictiva, la curva Maestra sin fallas conenvejecimiento para las condiciones del sitio.

Estimar la falla, dj, mediante:

dj=Ei(NDT) /E*(pred)

En una funcin sigmoidal (Ecuacin 2.2.4), es el valor mnimo y es elrango especificado del mnimo.

Defina el nuevo rango del parmetro como:

= (1-dj)

Desarrolle la curva maestra con falla de campo usando en vez de .Materiales Use testigos diamantinos para establecer los parmetros de diseo volumtri-Asflticos Rehabilit. co de mezcla (vacos, volumen de asfalto, gradacin y parmetros de viscosi-(capas exis- dad del asfalto para definir los valoresAi-VTSi).tentes) Desarrollar mediante una ecuacin predictiva, la curva maestra sin fallas

con envejecimiento a partir de los datos de la mezcla determinados delanlisis de testigos diamantinos.

Llevar a cabo ensayos de laboratorio Mr indirecto, usando el protocolorevisado desarrollado en la Universidad de Maryland para NCHRP 1-28A apartir de testigos diamantinos.

Use dos o tres temperaturas por debajo de 70 F. Estimar la falla dj para condiciones similares de temperatura y tiempo de

carga.

dj=Mri/E*(pred) En una funcin sigmoidal (Ecuacin 2.2.1), es el valor mnimo y es el

valor especificado para el rango del mnimo. Definir el nuevo rango delparmetro como:

= (1-dj)

Desarrollar una curva maestra fallada de campo usando en vez de . Use estimados tpicos de la ecuacin de prediccin del mdulo de la mezcla(mezcla volumtrica, gradacin y tipo de aglomerante) para desarrollar unacurva maestra sin fallas con envejecimiento para la capa en el sitio.

Usando los resultados de una investigacin de fallas/condicin, obtenga unestimado para la calificacin del pavimento (excelente, bueno regular, pobre,muy pobre).

Use una correlacin tabular tpica relativa a la calificacin del pavimento parael valor de la falla de capa dj, del pavimento.

En una funcin sigmoidal, es el valor mnimo y es el rango especificadodel mnimo. Defina un nuevo rango para el parmetro como:

= (1-dj)

Desarrolle una curva maestra fallada de campo usando en vez de.

1

2

3


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4. Estimar la falla, dj, expresada como:

dj=Ei (2.2.18)E*

donde:

Ei = mdulo calculado por retro anlisis a una temperatura de referenciatomada en el campo.E*= mdulo previsto con la Ecuacin 2.2.4, a la misma temperatura anterior

5. Determinar como se muestra a continuacin:

= (1-dj) (2.2.19)

6. Determine la curva maestra fallada en el campo, usando en lugar de en laEcuacin 2.2.4.


1. Tome testigos en el campo y establezca parmetros volumtricos de la mezcla(vacos llenos de aire, volumen de asfalto y gradacin) y los parmetros deviscosidad del asfalto para definir los valoresAi-VTSi.

2. Desarrollar la curva maestra del mdulo dinmico del pavimento no fallado, apartir de los datos recolectados en el paso 2, usando la Ecuacin 2.2.4.

3. Llevar a cabo ensayos de laboratorio del mdulo resiliente indirecto,Mri, usando elprotocolo revisado desarrollado en la Universidad de Maryland para el NCHRP 1-28A, a partir de testigos diamantinos. Use dos o tres temperaturas por debajo de 70F (21 C).

4. Estimar la falla, dj, para condiciones similares de temperatura y tiempo de carga,usando la siguiente expresin:

dj =Mri (2.2.20)E*

donde:Mri= mdulo resiliente de laboratorio estimado para una temperatura dada

de referencia.E*= mdulo previsto con la Ecuacin 2.2.4, a la misma temperatura anterior

5. Determine , usando la siguiente expresin:

= (1-dj) (2.2.21)6. Determine en el campo la curva maestra del pavimento fallado, usando en lugar

de en la Ecuacin 2.2.4.


1. Use estimados tpicos de parmetros de mezcla (mezcla volumtrica, gradacin ytipo de aglomerante) para desarrollar la curva maestra del pavimento sin fallas, conenvejecimiento, para la capa del pavimento in-situ, usando la Ecuacin 2.2.4.

2. Usando los resultados de la investigacin de la condicin/falla, obtener

estimaciones de la calificacin del pavimento excelente, bueno, regular, pobre,muy pobre (para mayores detalles ver PARTE 3, Captulo 6).


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3. Use la calificacin del pavimento para estimar el valor de la falla en la capa delpavimento (restringida al asfalto), dj. En la PARTE 3, Captulo 6, se encuentradisponible una discusin sobre la estimacin del factor de falla a partir de los datosde la condicin superficial.

4. Determine , usando la siguiente expresin:

= (1-dj) (2.2.22)

5. Determine la curva maestra en el campo del pavimento fallado, usando en lugarde en la Ecuacin 2.2.4.

2.2.2.2 Relacin de Poisson para los Materiales Bituminosos

La Relacin de Poisson para los materiales bituminosos de carreteras normalmente est enel rango 0.15 a 0.50 y es funcin de la temperatura. Idealmente, la relacin de Poisson enel Nivel 1 de datos, debera estimarse a partir de ensayos de laboratorio; sin embargo, unenfoque del Nivel 1 para determinar la relacin de Poisson no est garantizado hasta el

momento en que se puedan implementar en el procedimiento de diseo de una manerarutinaria los modelos de respuesta del pavimento que utilizan mdulos no lineales para losefectos del modelo de dilatacin en la respuesta del pavimento. Por eso se puedeconsiderar satisfactoriamente en el anlisis el uso de correlaciones o valores tpicosasumidos (ver Apndice CC).

Asfalto Mezcla en CalienteGradacin Densa

Esta categora incluye mezclas HMA vrgenes (convencionales) y recicladas, as comocategoras de mezclas tratadas con asfalto.

Nivel 2: Datos Definidos por el Usuario

Bajo el Nivel 2 hay tres sub-niveles para estimar la relacin de Poisson. Estos se explican acontinuacin.

Nivel 2A: Use la Ecuacin 2.2.23 junto con los valores ingresados por el usuariopara los parmetro ay bestimados para mezclas especficas.

ac= 0.15 + 0.35 (2.2.23)1 + e (a+ b Eac)

donde

ac= Relacin de Poisson de la mezcla asfltica a una temperaturaespecficaEac= Mdulo de la mezcla asfltica a una temperatura especfica, psi

Los parmetros ay bse pueden desarrollar a partir de un anlisis de regresin delos valores del mdulo de la mezcla estimada en el laboratorio y de las relacionesde Poisson (ver Apndice CC).

Nivel 2B: Use la Ecuacin 2.2.24 (con valores de a y b tpicos) para estimar larelacin de Poisson.

ac= 0.15 + 0.35 (2.2.24)1 + e (-1.63 + 3.84 x 10*E6Eac)


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Nivel 2C: Seleccionar del rango tpico de las posibles relaciones de Poisson (verTabla 2.2.14)

Tabla 2.2.14 Rangos tpicos de la relacin de Poisson para los datos del Nivel 3 paraHMA de gradacin densa

Temperatura, F Nivel 2C

rango

< 0 < 0.15

040 0.150.20

4070 0.200.30

70100 0.300.40

100130 0.40 - 0.48

> 130 0.450.48

Nivel 3: Relaciones de Poisson Tpicas

La Tabla 2.2.15 presenta las relaciones de Poisson tpicas que pueden usarse en los datosdel Nivel 3.

Tabla 2.2.15 Relaciones de Poisson tpicas al Nivel de datos 3 para HMA de gradacindensa

Temperatura, F Nivel 3

tpi co

< 0 0.15040 0.20

4070 0.25

70100 0.35

100130 0.45

> 130 0.48

Materiales Tratados con Asfalto de Gradacin Abierta

Esta categora incluye los materiales de base permeable tratada con asfalto (ATPB por sussiglas en ingls).

Nivel 2Datos Definidos por el Usuario

En este nivel de datos, las relaciones de Poisson para los materiales ATPB se puedenseleccionar de los rangos de valores posibles de la relacin de Poisson presentados en laTabla 2.2.16.

Nivel 3: Relaciones de Poisson Tpicas

La Tabla 2.2.17 presenta las relaciones de Poisson tpicas que pueden usarse en los datosdel Nivel 3 para materiales ATPB.


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la HMA, junto con la condicin climtica. Las propiedades de la HMA que se usan parapredecir el agrietamiento trmico son:

Resistencia a la tensin Presencia de flujo plstico

Coeficiente de contraccin trmica Absortividad superficial de onda corta Conductividad trmica y capacidad de calentamiento

En las siguientes secciones se describen los niveles de datos para estas propiedades.

Tabla 2.2.19 Relaciones de Poisson tpicas al Nivel de datos 3 para ATPB de gradacinabierta

Temperatura, F Nivel 3

tpi co

< 40 0.35

40100 0.40

> 100 0.45

Resistencia a la Tensin

Nivel 1Datos de Ensayos Requeridos

Para el Nivel 1 se requieren los datos reales de ensayos de laboratorio para la resistencia ala tensin de la HMA a 14 F. Los ensayos se deben hacer de acuerdo con AASHTO T322Determinacin del Flujo Plstico y la Resistencia de Asfalto Mezcla en Caliente (HMA)Usando el Dispositivo de Ensayo de Tensin Indirecta.

Nivel 2Datos de Ensayos

Para el Nivel 2 se requieren los datos reales de ensayos de laboratorio para la resistencia ala tensin de la HMA a 14 F (-10 C). Los ensayos se deben hacer de acuerdo conAASHTO T322.

Nivel 3Correlaciones con Otras Propiedades de la HMA

La resistencia a la tensin para el nivel 3 est basada en la ecuacin de regresindesarrollada en NCHRP 1-37A, como se explica en la PARTE 3, Captulo 3 de esta Gua.En la ecuacin 2.2.25 se da la resistencia a la tensin.

TS(psi) = 7416.712114.016 * Va0.304 Va2122.592 * VFA+ 0.704 * VFA2

+ 405.71 * log10 (Pen 77)2039.296 * log10 (A) (2.2.25)

donde:TS = resistencia a la tensin indirecta a 14 F.Va = vacos llenos de aire en la HMA al momento de ser construida, %VFA = vacos llenos de asfalto, al momento de la construccin, %

Pen77= Penetracin del aglomerante a 77F, mm/10

A = susceptibilidad a la viscosidad-temperatura interceptada


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Deformacin Bajo Flujo Plstico

Nivel 1Datos de Ensayos Requeridos

Para el Nivel 1 se requieren datos reales de ensayos de laboratorio para la deformacin por

flujo plstico de HMA. En la Tabla 2.2.20 se presentan los requerimientos para datosespecficos. Los ensayos debern hacerse en concordancia con AASHTO T322.

Tabla 2.2.20 Resumen de ensayos de caracterizacin requeridospara deformacin por flujo plstico de HMA al Nivel 1

Tiempo de Temperatura, FCarga -4 14 32

1 X X X

2 X X X

5 X X X10 X X X

20 X X X

50 X X X

100 X X X

Nivel 2Datos de Ensayos

Para el Nivel 2 se requieren datos reales de ensayos de laboratorio para la deformacin porflujo plstico de la HMA solo para la temperatura intermedia de 14F (-10 C). Los ensayosdebern hacerse en concordancia con AASHTO T322.

Nivel 3Correlacin con Otras Propiedades de la HMA

La deformacin por flujo plstico para el Nivel 3 est basada en la ecuacin de regresindesarrollada bajo NCHRP 1-37A como se explica en la PARTE 3, Captulo 3 de esta Gua.La Ecuacin 2.2.26 muestra la deformacin por flujo plstico

D(t) =D1* tm (2.2.26a)

Log (D1) = -8.524 + 0.01306 * Temp+ 0.7957 * log10(Va) + 2.0103 log10 (VFA)1.923 *log10 (A) (2.2.26b)

m = 1.1628 0.00185 * Temp 0.04596 * Va0.01126 * VFA+ 0.00247 * Pen77 +0.001683 * Temp*Pen770.4605 (2.2.26c)

donde :Temp= temperatura a la que se mide la deformacin por flujo plstico, FVa = vacos llenos de aire al momento de la construccin, %VFA = vacos llenos de asfalto, al momento de la construccin, %

Pen77= Penetracin del ligante a 77F, mm/10

Coeficiente de Contraccin Trmica


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No hay ensayos estndar AASHTO o ASTM para determinar el coeficiente de contraccintrmica (CTC por sus siglas en ingls) de materiales HMA. El software de la Gua deDiseo calcula CTC internamente usando las propiedades volumtricas de la HMA, talescomo el VMA y el coeficiente de contraccin trmica de los agregados. En la Ecuacin2.2.27 se muestra el modelo usado para estimar CTC de mezclas de concreto asfltico.

Note que este modelo es til para los rangos de temperatura ms bajos y es una versinmodificada de la propuesta de Jones y colaboradores (3).

LMIX= VMA*Bac+ VAGG*BAGG (2.2.27)3 * VTOTAL

dondeLMIX = coeficiente lineal de contraccin trmica de la mezcla de concreto

asfltico, (1/C)Bac = coeficiente volumtrico de contraccin trmica del cemento asfltico al

estado slido (1/C)BAGG = coeficiente volumtrico de contraccin trmica del agregado (1/C)

VMA = porcentaje en volumen de vacos en el agregado mineral (igual alporcentaje en volumen de los vacos mas el porcentaje en volumen delcemento asfltico menos el porcentaje en volumen del cemento asflticoabsorvido)

VAGG = porcentaje en volumen de los agregados en la mezclaVTOTAL= 100%

Los valores tpicos del coeficiente lineal de contraccin trmica, el coeficiente volumtricode contraccin trmica del cemento asfltico al estado slido y del coeficiente volumtricode contraccin trmica de los agregados, medidos en diferentes estudios son como sigue:

LMIX = 2.2. a 3.4 x 10-5/ F (Lineal)

Bac = 3.5 a 4.3 x 10-4

/ C (cbico) BAGG = 21 a 37 x 10

-6 / C (cbico) (ver Tabla 2.2.39 para BAGG de tiposespecficos de agregados gruesos)

Absortividad Superficial de Onda Corta

La Absortividad Superficial de Onda Corta de una capa dada, depende de su composicin,color y textura. Esta cantidad se correlaciona directamente con la cantidad de energa solardisponible, que es absorvida por la superficie del pavimento. Generalmente hablando, lassuperficies ms ligeras y ms reflectivas, tienden a tener absortividades de onda corta ms

bajas y viceversa. A continuacin se dan las maneras recomendadas para estimar este

parmetro en cada uno de los niveles jerrquicos de datos: Nivel 1En este nivel se recomienda que se estime este parmetro por medio de

ensayos de laboratorio. No existen estndares AASHTO certificados para estimar laabsortividad de onda corta de los materiales de pavimentacin.

Nivel 2No hay correlaciones disponibles. Use los valores por defecto del Nivel 3. Nivel 3 En el Nivel 3, los valores por defecto se pueden asumir para diferentes

materiales de pavimentacin, como sigue:

Asfalto intemperizado (gris) : 0.80 0.90 Asfalto fresco (negro) : 0.900.98

Conductividad Trmica y Capacidad de Conducir el Calor


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La conductividad trmica,K, es la cantidad de calor que fluye normalmente a travs de unasuperficie de rea unitaria por unidad de tiempo y por unidad de gradiente de temperatura.El contenido de humedad tiene influencia en la conductividad trmica del concretoasfltico. Si el contenido de humedad es pequeo, la diferencia entre las conductividadestrmicas no congelada, durante el congelamiento y congelado, es pequea. Solamente

cuando el contenido de humedad es alto (p. ej. mayor del 10%), la conductividad trmicavara sustancialmente. El EICM no vara la conductividad trmica con el contenido dehumedad en las capas asflticas, como si lo hace con las capas granulares. El calor o lacapacidad trmica, es la cantidad real de energa calorfica Q necesaria para cambiar latemperatura de una masa unitaria en un grado. La Tabla 2.2.21, describe los enfoquesrecomendados para caracterizarKy Q, a los diferentes niveles jerrquicos de datos.

Tabla 2.2.21 Caracterizacin de los datos de materiales de concreto asfltico requeridosen los clculos EICM

Propiedad del Material Nivel de Dato DescripcinEn este nivel se recomienda una medicin directa (ASTM

1 E 1952, Mtodo de Ensayo Estndar para ConductividadTrmica y Difusividad Trmica por Escaneo CalorimtricoDiferencial a Temperatura Modulada.

Conductividad 2 No hay correlaciones disponibles. Use valores por defectoTrmica,K del Nivel 3

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Guia 2002 Materiales