Norma ASTM D-4123

Norma ASTM D-4123

Mdulo Resiliente Diametral para Mezclas Asflticas

1. Alcance

1.1. Este mtodo de ensayo cubre los procedimientos para preparar y ensayar muestras de laboratorio o testigos extrados de calzadas para determinar los valores del mdulo resiliente diametral usando el ensayo cclico de traccin indirecta. El procedimiento descrito cubre un rango de temperaturas, cargas, frecuencia y duracin de cargas. Las series de ensayos recomendados consisten en ejecutarlos a 41, 77 (Nota 1) y 104F (5, 25 (Nota 1) y 40C) a una o ms frecuencias, por ejemplo a 0,33; 0,5 y 1,0 Hz para cada temperatura. Estas series recomendadas darn, en consecuencia, nueve valores de ensayos para cada muestra, los cuales pueden ser usados para evaluar globalmente el comportamiento resiliente de la mezcla.

Nota 1. Se toma 25C como temperatura ambiente de laboratorio. Si sta es diferente, puede hacerse el ensayo a la temperatura ambiente real del laboratorio.

1.2. Esta norma involucra el uso de materiales y equipos riesgosos y la ejecucin de operaciones peligrosas. Esta norma no tiene el objetivo de dar a entender todos los problemas de seguridad involucrados en su ejecucin. Es responsabilidad del usuario establecer las prcticas de seguridad de equipos y personal.

2. Documentos de referencia

2.1.Normas ASTM

D-1559: Ensayo de resistencia por fluencia plstica mediante el uso del Aparato Marshall. D-1561. Mtodo de preparacin de probetas de mezclas bituminosas mediante el Compactador de Amasado California (California Kneading Compactor). D- 3387. Ensayo para compactacin y propiedades de corte de mezclas bituminosas mediante la Mquina de Ensayo Giratorio (Gyratory Testing Machine-GTM). D-3496. Mtodo para preparacin de probetas de mezclas bituminosas para el ensayo de mdulo dinmico. D-3515. Especificaciones para mezclas en caliente de pavimentos.3. Resumen del ensayo

3.1. El ensayo cclico de traccin indirecta para la determinacin del mdulo resiliente diametral de mezclas bituminosas se ejecuta aplicando cargas de compresin con un pulso de tipo seno verso o de otra forma apropiada. La carga se aplica verticalmente en el plano diametral vertical de la probeta (fig. 1). Se mide la deformacin horizontal resultante y asumiendo un determinado coeficiente de Poisson, se determina el mdulo resiliente correspondiente. El coeficiente resiliente de Poisson se puede calcular mediante las deformaciones verticales y horizontales.

Fig. 1. Ensayo de traccin indirecta

3.2. La interpretacin de los datos de deformaciones (fig. 2) da como resultado dos valores de mdulo resiliente. El mdulo resiliente instantneo se calcula usando la deformacin recuperable que ocurre instantneamente durante la etapa de descarga de cada ciclo. El mdulo resiliente total se calcula usando la deformacin total recuperable que incluye la deformacin instantnea recuperable y la deformacin recuperable (funcin del tiempo) que tiene lugar durante la descarga y perodo de reposo de cada ciclo.

4. Significado y uso

4.1. Los valores del mdulo resiliente pueden ser usados para evaluar la calidad relativa de los materiales y para tener un dato de entrada muy importante para diseo, evaluacin y anlisis de pavimentos. Este ensayo puede ser usado para estudiar efectos de temperatura, velocidad de carga, perodos de reposo, etc. Dado que este ensayo es no destructivo, los mismos pueden ser repetidos sobre la misma probeta para estudiar su variacin de temperatura y humedad.

Este ensayo no est pensado para su empleo en especificaciones.

Fig.2. Variacin de la carga y deformaciones en funcin del tiempo para el ensayo de mdulo resiliente diametral de mezclas asflticas

5. Aparatos

5.1. Mquina de ensayo. La mquina de ensayo debe ser capaz de aplicar un pulso de carga en un determinado rango de frecuencias, duraciones de carga y niveles de la misma.

Nota 2. En este ensayo se recomienda el uso de una mquina de ensayo electrohidrulica con un generador de funciones capaz de producir la forma deseada de onda. Se pueden usar tambin mquinas cclicas de accionamiento neumtico disponibles en el comercio o bien fabricadas en laboratorio. Sin embargo esta ltima clase de mquinas puede no tener la capacidad de carga para ensayar probetas grandes y/o a bajas temperaturas.

5.2. Sistema de control de temperatura. El sistema de control de temperatura debe ser capaz de controlar todo el rango previsto de temperaturas (41 a 104F o 5 a 40C) con una tolerancia de +-2F (+-1,1C). El sistema debe incluir un gabinete de control de temperatura lo suficientemente grande para mantener al menos tres probetas durante 24 horas previas a la ejecucin del ensayo.

5.3. Sistema de medicin y registro. El sistema de medicin y registro debe incluir sensores para medida y registro de deformacin vertical y horizontal. Cuando se asume el coeficiente de Poisson slo se requiere el sistema de medida para deformacin horizontal. El sistema debe ser capaz de medir deformaciones horizontales en el rango de 0,00001 pulg (0,00025 mm) de deformacin. Las cargas deben ser medidas, registradas y calibradas con exactitud antes del ensayo.5.3.1. Registrador. Los aparatos de medida deben ser independientes de la frecuencia para ensayos hechos con frecuencias hasta 1,0 Hz.

5.3.2. Medicin de deformaciones. Los valores de deformaciones verticales y horizontales deben ser medidos mediante aparatos tipo LVDT o de otro tipo. Los LVDT deben estar a mitad de la altura y en extremos opuestos del dimetro horizontal de la probeta. La sensibilidad y el tipo de dispositivo de medida deben ser elegidos de manera tal de obtener la exactitud indicada en 5.3. Si se requiere un contacto directo entre el aparato de medida y la probeta, deber preverse el uso de resortes o algn adhesivo, por ejemplo goma.

Nota 3. Para este propsito son aptos los LVDT Trans TEX Modelo 350-000 y el trasductor Statham UC-3. Si los trasductores son sensibles a la temperatura, como es el caso del Statham UC-3, la mquina de ensayo debe ser ubicada en una cmara de temperatura controlada. Los gages deben estar envueltos para evitar los efectos de carga excntrica y para dar la suma algebraica del movimiento en cada lado de la probeta. En forma alternativa, cada gage puede ser ledo independientemente y sumar las respectivas lecturas.

5.3.3. Medida de cargas. Las cargas deben ser medidas con una clula electrnica capaz de satisfacer los requerimientos especificados en 5.3.

5.4. Cabezal de carga

Consiste en una tira metlica con una superficie cncava que tiene un radio de curvatura igual al del radio nominal de la probeta. Estas tienen un dimetro nominal de 4 o 6 pulgadas (102 o 152 mm). El ancho de este cabezal es de 0,5 a 0,75 pulg (13 o 19 mm) respectivamente para cada uno de los dimetros. Los bordes deben estar redondeados para no cortar la probeta durante el ensayo. En el caso de probetas con textura rugosa se debe usar una membrana delgada y resistente de goma adherida al cabezal. Se ha comprobado que este dispositivo es efectivo para reducir la concentracin de tensiones, pero slo debe ser usado cuando no se miden deformaciones verticales.

6. Probetas

6.1. Probetas moldeadas en laboratorio. Las probetas moldeadas en laboratorio deben ser preparadas de acuerdo a las normas ASTM D-1561, D-1559, D-3496 y D-3387. Las probetas deben tener al menos una altura de 2 pulg (51 mm) y un dimetro mnimo de 4 pulg (102 mm) para agregados con tamao mximo de 1 pulg (25 mm); y una altura de al menos 3 pulg (76 mm) y un dimetro mnimo de 6 pulg (152 mm) para agregados con tamao mximo de 1,5 pulg (38 mm).

6.2. Testigos. Los testigos extrados de calzadas deben tener superficies relativamente suaves, paralelas y su altura y dimetro deben estar de acuerdo con los requerimientos especificados para las probetas de laboratorio.

7. Procedimientos

7.1. Ubicar las probetas a ensayar en un gabinete a temperatura controlada y llevarlo a la temperatura especificada de ensayo. A menos que la temperatura sea monitoreada y conocido su valor real, las muestras deben permanecer al menos 24 horas a la temperatura especificada, antes del ensayo.

Nota 4. Se puede usar una probeta extra con una termocupla en el centro para determinar cuando se alcanza la temperatura deseada para el ensayo.

7.2. Ubicar la probeta en el aparato de carga y posicionar los cabezales de carga paralelos y centrados con respecto al plano del dimetro vertical. Ajustar y equilibrar el sistema de medida electrnico, si fuera necesario.

7.3. Precondicionar la probeta aplicando un pulso sin impacto de tipo seno verso u otra forma de onda apropiada durante el tiempo mnimo suficiente como para obtener una lectura de deformaciones uniforme. Se necesitarn de 50 a 200 repeticiones de carga, de acuerdo a la frecuencia de cargas y temperatura.. No obstante, el mnimo para una dada situacin debe ser determinado de manera tal que la deformacin resiliente sea estable (Ver Nota 5). La evaluacin del mdulo resiliente incluir ensayos a tres temperaturas, por ejemplo: 41+-2F, 77+-2F y 104+-2F (5, 25 y 40 +-1C), a una o ms frecuencias, por ejemplo: 0,33, 0,5 y 1,0 Hz para cada temperatura. El rango de cargas recomendado es tal de inducir de un 10 a un 50% de la resistencia a la traccin (Ver Nota 6). La resistencia a la traccin puede ser determinada mediante un ensayo destructivo y haciendo uso de la ecuacin de 8.3 (Ver Nota 7).

Nota 5. Se ha demostrado que slo son suficientes cinco repeticiones para cargas entre 5 y 25 libras.

Nota 6. Se han usado cargas tan pequeas como 10 libras.

Nota 7. La duracin de la carga es la variable ms importante y se recomienda que la duracin sea mantenida el tiempo mnimo necesario para poder ser registrada. El tiempo recomendado para la duracin de la carga es de 0,1 a 0,4 seg, siendo 0,1 seg el tiempo representativo para una carga de trnsito. Las frecuencias recomendadas son 0,33, 0,5 y 1,0 Hz. Pueden usarse tambin rangos de carga de 4 a 200 lbs/pulg (4 a 35 N/mm) en lugar de datos de resistencia a la traccin.

7.4. Monitorear la deformacin horizontal y eventualmente la vertical durante el ensayo. Si la deformacin acumulada vertical es mayor de 0,001 pulg (0,025 mm), se debe reducir la carga total aplicada, la temperatura de ensayo, o ambas.

Nota 8. En la fig. 2 se muestra una curva tpica de pulso- deformacin, junto con notaciones que indican la terminologa carga-tiempo.

7.5. Cada determinacin de mdulo resiliente debe ser completada dentro de un tiempo no mayor de 4 minutos, contados desde el momento en que la muestra es extrada del gabinete a temperatura controlada. Se puede obviar este tiempo mximo de 4 minutos si la carga es aplicada dentro del gabinete a temperatura controlada, que cumple con los requerimientos anunciados en 5.2.

7.6. Cada probeta debe ensayarse dos veces. Luego del primer ensayo se debe colocar la muestra en el gabinete a temperatura controlada durante 10 minutos, se rota la probeta 90 y se repite el ensayo. Se recomiendan tres probetas o tres testigos para una dada serie de ensayos cuyas variables son: temperatura, duracin de carga y frecuencia de carga. A los efectos de reducir el dao permanente a la probeta, el ensayo debe comenzar a la menor temperatura, con la menor duracin de carga y con la carga mnima. Los siguientes ensayos a realizar sobre la misma probeta deben ser ejecutados de manera tal de ir obteniendo mdulos cada vez ms bajos. Es necesario llevar las probetas a la temperatura especificada antes de cada ensayo.

7.7. Medir la deformacin recuperable media horizontal y vertical durante al menos, tres ciclos de carga (Ver fig. 2) luego de que la deformacin resiliente repetida se haya vuelto estable. Se pueden omitir las medidas de deformacin verticales si no se desea determinar el coeficiente de Poisson.

8. Clculos

8.1. El mdulo resiliente de elasticidad E (en psi o Mpa) y el coeficiente de Poisson se calculan de esta manera:

ERI= P(RI + 0,27)/t HIERT= P(RT + 0,27)/t HT

RI= 3,59 HI/VI - 0,27

RT= 3,59 HT/VT - 0,27

donde:

ERI= mdulo resiliente de elasticidad instantneo (en psi o Mpa)

ERT= mdulo resiliente de elasticidad total (en psi o Mpa)

RI= coeficiente de Poisson instantneo

RT= coeficiente de Poisson total

P = carga cclica (lbs o N)

t = espesor de la probeta (en pulg o mm)

HI = deformacin horizontal instantnea recuperable (pulg o mm)VI = deformacin vertical instantnea recuperable (pulg o mm)HT = deformacin horizontal total recuperable (pulg o mm)VT = deformacin vertical total recuperable (pulg o mm)

8.2. Si se asume un valor determinado del coeficiente de Poisson, no es necesario medir las deformaciones verticales. Para mezclas asflticas a una temperatura de 77F (25C), se puede tomar un valor de =0,35.

8.3. La resistencia a la traccin ST se calcula mediante esta expresin:

ST = 2 Plt/tD

donde:2 Plt = carga aplicada que lleva la probeta a la fallat = espesor de la probeta (pulg o mm)

D = dimetro de la probeta (pulg o mm)

9. Informe

9.1. El informe sobre el ensayo debe indicar los valores de mdulo resiliente obtenidos a temperaturas de 41, 77 y 104F (5, 25 y 40C), la duracin de la carga para cada carga, el valor de sta y las frecuencias usadas en el ensayo.10. Precisin

10.1. No se ha establecido ninguna precisin sobre este mtodo de ensayo.71Mdulo Resiliente Diametral para Mezclas Asflticas