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TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION
ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
Sitio Web: https://lemac.frlp.utn.edu.ar/
e-mail: [email protected]
Se encuentra registrada en las siguientes bases de datos:
BINPAR (Bibliografía Nacional de Publicaciones Periódicas
Registradas, (Argentina); Sistema Regional de Información en
Línea para Revistas Científicas de América Latina, el Caribe,
España y Portugal Latindex (México).
Director: Mg. Ing. Hugo Gerardo Botasso
Subdirector: Mg. Ing. José Julián Rivera
Responsables de Áreas: Tecnología de los pavimentos flexibles: Ing. Enrique Fensel
Tecnología de los pavimentos rígidos y estructuras: Ing. Marcelo Barreda
Gestión y diseño vial: Mg. Ing. José Julián Rivera Corrección de estilo y Diagramación: Arq. Gustavo A. Das Neves
Se presentan en este número las memorias sintéticas de la Tesis de Becarios 2017
efectuadas en el LEMaC. Como sucede todos los años, cada Alumno Becario cuenta con el
apoyo de al menos un Docente Investigador del LEMaC, cumpliendo el rol de Director de
Tesis. Si bien estos últimos intervienen en la redacción de las memorias de cada trabajo, son
los Becarios los encargados finales de las mismas, revistiendo en la mayoría de los casos su
primera publicación de un trabajo técnico. Comúnmente estas memorias son luego
adaptadas y ampliadas en su redacción, para pasar a formar parte, en forma aislada o en
conjunto con otros estudios asociados, de publicaciones en Reuniones Científicas o Revistas
Indexadas, dada su pertenencia a una línea de estudio o un proyecto I+D del LEMaC.
CONTENIDO
página
ANAEL PORRO -DESARROLLO DE METODOLOGIA DE EVALUACION DE APTITUD EN BASES VIALES DE SUELO, CEMENTO Y ESTABILIZANTE QUIMICO.
5
NICOLAS DE ABAJO FREIRE-ANALISIS DE TIPOLOGIA DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESPUESTA MODULAR DINAMICA DE CAPAS VIALES DE SUELO – CEMENTO, ANTE DIVERSOS CONTENIDOS DE CEMENTO.
11
NICOLÁS BATTISTA- DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN FAST-TRACK 19
JEREMIAS BORGHELLO - EVALUACION DEL COMPORTAMIENTO DE ADITIVOS EN HORMIGÓN FAST-TRACK
23
ALDANA ORELLANA- RECUPERACIÓN DE ASFALTO POR DISNTINTOS MÉTODOS HORNO DE IGNICIÓN, ABSON Y MÉTODO LEMaC.
29
ADRIANA HUESPE, RAFAEL PEÑA Y VICTORIA ANZOLA-MEZCLAS ASFALTICAS EN FRIO CON INCORPORACIONDE CAUCHO DE NEUMATICOS FUERA DE USO (NFU).
33
REGIS GARCIA -MÉTODO UNIVERSAL DE CARACTERIZACIÓN DE LIGANTES (UCL).
41
MAYRA ATOCHE -AHUELLAMIENTO EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOS UTILIZANDO GEOSINTÉTICOS.
47
MARIANO DAMIA-EVALUACION DE UN SISTEMA DE DEMARCACION VIAL MEDIANTE EL ENSAYO DE RUEDA CARGADA
51
MATÍAS FREGOSSI -RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA. 57
MARIANA PENA-FISURACIÓN DE MORTEROS, LADRILLOS Y REVOQUES POR CRECIMIENTO DE LAS RAÍCES DE PLANTAS MURÍCOLAS.
61
WALTER LOPEZ-ANÁLISIS METODOLÓGICO DE DEFLECTOMETRÍA DE UN PAQUETE ESTRUCTURAL CON GEOSINTÉTICO, UTILIZANDO EL LIGHT WEIGT DEFLECTOMETER (LWD).
63
MICAELA SEQUEIRA-MEDICICIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO EN HORMIGONES DE APERTURA TEMPRANA.
67
JUAN TIDONI- PRIMERAS EXPERIENCIAS A FATIGA SOBRE MEZCLAS ASFLATICA IMPLMENTANDO ENSAYO DE LA SEMI PROBETA.
73
4
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
5
DESARROLLO DE METODOLOGIA DE EVALUACION DE APTITUD EN
BASES VIALES DE SUELO, CEMENTO Y ESTABILIZANTE QUIMICO
Becaria: A. Porro1;
Directores: G. Sosa2; M. Villanueva
3; J. Rivera
4
1,2,3,4LEMaC Centro de Investigaciones Viales, Universidad Tecnológica Nacional Facultad
Regional La Plata, Calle 60 y 124, (1900) La Plata, Bs. As., Argentina. [email protected]
Área: Gestión y Diseño Vial PID Asociado: Análisis para la calibración a las condiciones locales de modelos para el
diseño de pavimentos basados en evaluaciones superficiales y estructurales (TVUILP3943TC)
Resumen Los suelos utilizados para la conformación del paquete estructural vial en la región de La Plata generalmente son estabilizados con agentes
hidráulicos y/o químicos.
En este trabajo se pretende evaluar desde el punto de vista estructural para un tipo de suelo característico de la zona, la metodología más
apropiada para analizar su estabilización con diversos contenidos de ligante hidráulico y contenidos de estabilizante químico en forma
combinada.
Palabras clave: Ingeniería Vial, Diseño Estructural Vial, Bases Estabilizadas.
1. Introducción
Uno de los métodos más extendidos en el área vial para la
estabilización de suelo seleccionado, está constituido por la
adición de cemento y también, desde hace algunos años, el
aditamento de agentes químicos.
Dado que la zona de influencia de La Plata se caracteriza,
casi en su totalidad, por presentar suelos finos, se debe
aceptar que el más apto que se puede encontrar, desde el
punto de vista vial como suelo seleccionado, es el que
clasifica como A-4. Este material utilizado como base en el
paquete estructural vial una vez estabilizado, presenta
condiciones relativamente homogéneas, por ello cabe
esperar que establecer una generalidad en el
comportamiento del mismo, ante la adición de estabilizantes
hidráulicos y/o químicos, permita visualizar un modelo de
comportamiento del material en cuestión, en estas
situaciones.
2. Materiales y procedimientos
2.1. Materiales
Suelo seleccionado (SS) extraído de una cantera de
los alrededores de La Plata, limo-arcilloso cuya
clasificación Highway Research Board (HRB) fue
A-4 (0).
Cemento Portland Compuesto (CPC-40). Es un
cemento Portland compuesto con adiciones
minerales, de los que habitualmente se emplean en
la obra vial.
Aditivo químico denominado como B. Se lo puede
definir como un agente de superficie que modifica
la capacidad de mojado de las partículas de arcilla.
A su vez esta condición permite que las partículas
de suelo se aproximen entre sí, generando
estructuras posiblemente más densas de las capas
de suelo aditivado. Se ha asignado con la letra B a
una de las marcas comerciales utilizadas en el
proyecto de investigación.
2.2. Procedimientos Para trabajar con suelos es necesario conocer sus
características y propiedades, para esto se le realizó la
clasificación HRB del mismo [1] [2]. Posteriormente se
realizaron Ensayos de Compactación (Proctor) [3]
obteniendo la Densidad Seca Máxima (Dsecamáx) y
Humedad Optima (Hópt); y de Valor Soporte Relativo
(VSR) [4] a esos niveles de densidad y humedad,
obteniéndose una valoración de su capacidad portante con su
correspondiente Hinchamiento (H). Este último ensayo se
caracteriza por ser empleado para bajos contenidos de
cemento. (Tabla 1)
Tabla 1. Proctor VSR
Dsecamáx = 1,470 g/cm3 17,7%
Hópt = 24,6% H = 1,8%
Para el proceso de aditivación con el producto B, se aplicó la
metodología establecida por su empresa proveedora, de
diluir X cantidad de centímetros cúbicos en un litro de agua
(en este caso la cantidad diluida fue de 3 cm3) y de aplicar
esta solución a razón de 10 cm3 por cada kilogramo de suelo
seco a aditivar, continuando luego con la aplicación del
6
procedimiento “LEMaC-B07/12 - Metodología para el
análisis de la incorporación de un estabilizante químico de
suelos en la estabilización de tipo suelo-cemento”. [5]
Luego se compararon dos procesos de aditivación para
seleccionar el más apto. Un procedimiento con la
incorporación del cemento y el estabilizante de manera
simultánea (Tabla 2); y el otro aplicando un proceso de
“curado” del suelo luego de haber sido aditivado con el
estabilizante, consistente en dejarlo al aire en ambiente de
laboratorio durante 48 horas, para proceder luego a la
incorporación del cemento (Tabla 3). Para seleccionar el
método de trabajo, se realizaron Ensayos de Compactación
[3] y VSR [4]. Analizando los resultados obtenidos se
observó que los VSR mediante la primera metodología de
mezclado aplicable fueron superiores (es decir mezclado en
forma simultánea), por lo que se decidió ratificarla para el
resto del estudio.
Tabla 2.
Proctor VSR
Dsecamáx Hópt VSR H
SS + 1,5% cto 1,426g/cm³ 27,80% 17,9% 0,20%
SS +1,5% cto +
3cm³ de B 1,435g/cm³ 24,40% 20,3% 0,50%
Tabla 3.
Proctor VSR
Dsecamáx Hópt VSR H
SS + 1,5% cto 1,485 g/cm³ 24,5% 15,5% 0,5%
SS +1,5% cto +
3cm³ de B 1,453 g/cm³ 24,5% 18,5% 0,3%
Se observa en la Tabla 3 un VSR para la mezcla de
SS+1,5% CTO de 15,5 %, inferior al que se informa en la
Tabla 2 para el SS solo de 17,7%. Esto se debe a un
inconveniente registrado en el equipo de ensayo que fuera
luego subsanado. En tal sentido debe considerarse el VSR
expresado en la Tabla 2 sólo a nivel de entorno de situación.
En esta instancia, se ejecutaron también Ensayos de
Compactación [3] y VSR [4] al suelo con una adición de 6
cm3 de producto B, manteniendo la cantidad de cemento en
1,5%, comprobándose que no se modificaron los valores de
Compactación ni de VSR. Por esto se dedujo que la dotación
utilizada previamente sería la óptima para este material,
manteniéndola fija de aquí en adelante.
Finalmente, dentro de las metodologías empleadas, cabe
destacar el ensayo de Resistencia a Compresión Inconfinada
(RCI) necesario para los estudios llevados a cabo
generalmente cuando los contenidos de cemento son
elevados. Éste se ejecutó según la metodología “LEMaC-
B05/15 - Resistencia inconfinada de capas de suelo cemento
que emplean suelos finos”. [5]
3. Resultados
Se analizaron las curvas de evolución de la Dsecamáx y Hópt
a contenidos crecientes de cemento, en estabilizaciones de
suelo seleccionado + cemento. (Tabla 4)
Además, se analizó esta tendencia en mezclas de suelo
seleccionado, cemento y estabilizante químico B. (Tabla 5)
Tabla 4.
Proctor
Dsecamáx Hópt
SS + 0% cto 1,459 g/cm³ 25,80%
SS + 1,5% cto 1,434 g/cm³ 26,20%
SS + 3% cto 1,436 g/cm³ 26,20%
SS + 5% cto 1,445 g/cm³ 25,10%
SS + 7% cto 1,437 g/cm³ 25,90%
SS + 9% cto 1,420 g/cm³ 26,50%
Tabla 5.
Proctor
Dsecamáx Hópt
SS + 3cm³ de B
+ 0% cto 1,453 g/cm³ 25,70%
SS + 3cm³ de B
+ 5% cto 1,469 g/cm³ 24,80%
SS + 3cm³ de B
+ 9% cto 1,506 g/cm³ 23,80%
En ambas tablas se observan valores aproximadamente
constantes de la Hópt, próximos al 26,0%, razón por la cual
se decide instrumentarlo como de referencia. Al graficar los
resultados de Dsecamáx versus contenido de cemento de la
Tabla 4, puede observarse la existencia de una tendencia,
más allá de algunos valores puntuales (Figura 1).
Figura 1. Densidad Seca Máxima. (Suelo sin aditivar)
Como el Coeficiente de Determinación (R2) resulta
deficiente, se decide observar las tendencias dejando de lado
los valores correspondientes al 1,5 % y 3,0 % de cemento,
ya que aparentan ser datos atípicos respecto del resto. Se
obtiene la gráfica resultante con su correspondiente R2.
(Figura 2)
Dsecamáx – Porcentaje de Cto
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Figura 2. Densidad Seca Máxima corregida en suelo sin aditivar.
La pendiente de la gráfica Dsecamáx vs. Porcentaje de cto,
cuando el suelo no está aditivado químicamente, es negativa
(Figura 2); mientras que sucede todo lo contrario cuando el
suelo está estabilizado con el agente químico. (Figura 3)
Figura 3. Densidad Seca Máxima en suelo con aditivo químico.
Para analizar si los rangos de Dsecamáx establecidos en
ambos casos resultan significativos en cuanto a la RCI, se
moldearon probetas con mezclas con un mismo contenido de
cemento (5%), con valores de Dsecamáx de 1,440 g/cm3 y
1,500 g/cm3 y una Hópt de 26%. Sobre estas probetas se
determinó su RCI, pudiéndose corroborar que las diferencias
de Dsecamáx resultan significativas; ya que en las mezclas de
suelo + cemento la RCI aumenta aproximadamente un 50 %
entre los límites establecidos; y en las mezclas de suelo +
cemento + estabilizante aumenta aproximadamente un 30 %.
Por lo cual se deduce que deben efectuarse los moldeos para
cada contenido de cemento en función de la Dsecamax que se
estime para cada caso en particular.
A partir de las tendencias en los valores Proctor en ambos
casos analizados, se estudian las resistencias alcanzables a
través del ensayo de RCI. El estudio se aplica sobre el suelo
con la adición de 2, 3, 4, 5 y 7% de cemento, con las
Dsecamáx obtenidas de las regresiones efectuadas en los
casos de adición de estabilizante químico B y sin la adición
del mismo. Los resultados son los volcados en la Tabla 6.
Tabla 6.
Proctor RCI
Dsecamáx Hópt Tensión promedio
SS + 3cm³ de B
+2% CTO 1,461 g/cm³ 26,00% Se disgregaron
SS + 3cm³ de B
+3% CTO 1,466 g/cm³ 26,00% 118,4 KPa
SS + 3cm³ de B
+4% CTO 1,472 g/cm³ 26,00% 490,4 KPa
SS + 3cm³ de B
+5 CTO 1,478 g/cm³ 26,00% 1167,0 KPa
SS + 3cm³ de B
+7% CTO 1,490 g/cm³ 26,00% 2569,4 KPa
SS + 2% CTO 1,454 g/cm³ 26,00% Se disgregaron
SS + 3% CTO 1,450 g/cm³ 26,00% 256,6 KPa
SS + 4% CTO 1,445 g/cm³ 26,00% 470,7 KPa
SS + 5% CTO 1,441 g/cm³ 26,00% 843,4 KPa
SS + 7% CTO 1,433 g/cm³ 26,00% 2000,6 KPa
También se repitieron los ensayos de VSR para 1,5%, 2% y
3% de cemento, poniendo en práctica el análisis de
compactación necesario. Tabla 7. Tabla 7.
Valores empleados VSR
Dsecamáx Hópt VSR H
SS + 3cm³ de B
+ 1,5% CTO 1,458 g/cm³ 26,00% 21,30% 0,70%
SS + 3cm³ de B
+ 2% CTO 1,461 g/cm³ 26,00% 22,00% 0,50%
SS + 3cm³ de B
+ 3% CTO 1,466 g/cm³ 26,00% 56,10% 0,30%
SS +1,5% CTO 1,455 g/cm³ 26,00% 19,90% 0,50%
SS + 2% CTO 1,453 g/cm³ 26,00% 24,30% 0,70%
SS +3% CTO 1,450 g/cm³ 26,00% 54,60% 0,31%
4. Análisis estructural y discusión Se observa de los resultados de la Tabla 6, que no pueden
aplicarse determinaciones de RCI en contenidos de cemento
menores al 2%, por disgregarse las probetas, previo a su
ensayo.
También en la Tabla 6 se evidencia que a contenidos de
cemento superiores al 4%, con el ensayo de RCI existe un
incremento de la capacidad portante en mezclas de suelo +
cemento + estabilizante, respecto de mezclas de suelo +
cemento. La misma tendencia se repite para el ensayo de
VSR para 1,5% y 3% de cemento, según se observa en la
Tabla 7. Lo observado parece indicar una incongruencia con
los resultados volcados en la Tabla 7 para el contenido del
2% de cemento, razón por la cual se decide desestimarlos en
los análisis a efectuarse a continuación.
Para analizar la existencia de una correlación entre los
valores obtenidos de RCI y VSR, y los correspondientes
coeficientes estructurales asignables, según lo que propone
la Guía AASHTO93 [6], se confecciona la Figura 4.
Dsecamáx – Porcentaje de Cto
Dsecamáx – Porcentaje de Cto
8
Figura 4. Relación entre el coeficiente estructural y los ensayos
RCI y VSR.
Los valores así obtenidos se vuelcan en la Tabla 8,
generándose las gráficas comparativas entre los coeficientes
estructurales y el % de cemento. (Figura 5 y Figura 6).
Tabla 8.
RCI VSR Coeficiente
SS + 3cm³ de B
+1,5% CTO 21,3% 0,073
SS + 3cm³ de B
+3% CTO 56,1% 0,120
SS + 3cm³ de B
+3% CTO 118,4 KPa 0,102
SS + 3cm³ de B
+4% CTO 490,4 KPa 0,109
SS + 3cm³ de B +5
CTO 1167,0 KPa 0,122
SS + 3cm³ de B
+7% CTO 2569,4 KPa 0,148
SS + 1,5% CTO 19,9% 0,070
SS + 3% CTO 54,6% 0,119
SS + 3% CTO 256,6 KPa 0,105
SS + 4% CTO 470,7 KPa 0,109
SS + 5% CTO 843,4 KPa 0,116
SS + 7% CTO 2000,6 KPa 0,136
Figura 5. Coeficiente vs. % de cemento para suelo sin aditivar.
Figura 6. Coeficiente vs. % de cemento para suelo aditivado.
Se observa una incongruencia entre los coeficientes de
aporte estructural obtenibles por una vía o la otra. Todo esto
permite arribar a una serie de conclusiones.
4. Conclusiones
Para la combinación de suelo, cemento y estabilizante
químico analizados, puede arribarse a las siguientes
conclusiones:
El proceso de aditivación de suelo + cemento +
estabilizante, muestra resultados óptimos cuando se efectúa
de manera simultánea.
Existe una tendencia a que la Dsecamáx disminuya con el
incremento del contenido de cemento en mezclas de suelo +
cemento, y se incremente en mezclas de suelo + cemento +
estabilizante. Se observa en cambio que la Hópt se mantiene
relativamente constante.
Debido a que las variaciones obtenibles en la Dsecamáx
redunda en diferencias no despreciables en cuanto a RCI, es
necesario efectuar ensayos de Compactación para cada
combinación de suelo + cemento + estabilizante y suelo +
cemento, que se decida analizar.
El ensayo de VSR permite poner en evidencia a contenidos
de cemento del 1,5% el incremento en la capacidad portante
obtenible en mezclas de suelo + cemento + estabilizante
respecto de mezclas de suelo + cemento.
No es posible aplicar el ensayo de RCI en mezclas con
menos de un 2 % de cemento, porque las probetas se
disgregan previo a su ensayo; ni es posible poner de
manifiesto el incremento en la capacidad portante obtenible
en mezclas de suelo + cemento + estabilizante respecto de
mezclas de suelo + cemento, en contenidos de cemento
menores al 4 %.
Los coeficientes de aporte estructural obtenibles por ambas
vías para el 3% de cemento, no son coincidentes, e incluso
para arribar mediante RCI a los coeficientes alcanzables por
VSR al 3% de cemento, hay que analizar los valores
obtenidos por esa vía para el 5% de cemento.
Por lo señalado, es probable que el VSR al 3% de
cemento no sea un ensayo representativo de su aporte
estructural, quedando ese contenido por fuera de los
límites de aplicación del ensayo (el material no se
comportaría como granular). Por otro lado, también es
probable que hasta un contenido del 5% de cemento, el
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ensayo de RCI se encuentre fuera de los límites de
aplicación (el material no se comportaría como
claramente cementado). En resumen, subsiste al análisis
tradicional para el caso abordado, una región indefinida
en cuanto a su forma de tratamiento entre el 2% y el 5%
de cemento, al efectuar una consideración estructural de
la situación de acuerdo a AASHTO93.
5. Trabajos Futuros Corroborar los estudios realizados muestras que presenten
características diferentes a las del presente informe.
Agradecimientos
El presente trabajo ha sido desarrollado en el marco del plan
de tesis de investigación de alumnos avanzados del
Departamento de Ingeniería Civil. Por ello como primer
autor, manifiesto mi agradecimiento al LEMaC por la
oportunidad y confianza para llevar a cabo este trabajo. En
especial a mis directores de beca Gladys, Martín y Julián
quienes me orientaron en este camino de investigación. A
mis abuelos por el apoyo, mis padres por la formación y mi
pareja por su compañía.
Referencias [1] VN-E3-65 Limite Plástico e Índice de Plasticidad.
[2] VN-E4-84 Clasificación de Suelos.
[3] VN-E5-65 Compactación de Suelos.
[4] VN-E6-84 Determinación del V.S.R e Hinchamiento de
Suelos.
[5] Guía de Metodologías y procedimientos para uso Vial.
Desarrollados en el LEMaC.
[6]AASHTO GUIDE FOR Desing of Pavement Structures
VN-E: Normas de ensayo. Dirección Nacional de Vialidad.
(1998)
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ANALISIS DE TIPOLOGIA DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA
RESPUESTA MODULAR DINAMICA DE CAPAS VIALES DE SUELO –
CEMENTO, ANTE DIVERSOS CONTENIDOS DE CEMENTO
Becario; Sr. Nicolás de Abajo Freire
LEMaC, Centro de investigaciones viales, Facultad Regional La Plata, Universidad
Tecnológica Nacional, La Plata, Buenos Aires, Argentina.
Director; Ing. Luciano Brizuela
LEMaC, Centro de investigaciones viales, Facultad Regional La Plata, Universidad
Tecnológica Nacional, La Plata, Buenos Aires, Argentina.
Codirector; Mg. Ing. Julián Rivera
LEMaC, Centro de investigaciones viales, Facultad Regional La Plata, Universidad Tecnológica Nacional, La Plata,
Buenos Aires, Argentina.
Área: Gestión y Diseño Vial. PID Asociado: “Análisis para la calibración a las condiciones locales de modelos para
el diseño de pavimentos basados en evaluaciones superficiales y estructurales”. Código: UTI3943TC. Resumen Es una necesidad local contar con ensayos representativos y consistentes para la evaluación de los materiales de la zona con la finalidad de
diseñar paquetes estructurales para pavimentos flexibles mediante técnicas modernas, las que pretenden otorgarnos obras de mayor eficiencia y
durabilidad. Actualmente tenemos algunas aproximaciones pero todavía no estamos en condiciones de asegurar resultados certeros que nos
permitan llevar a cabo dicha tarea. En esta investigación se intentara correlacionar el ensayo de Módulo Dinámico y el ensayo de Módulo
Resiliente para suelos ligados hidráulicamente con cemento, se apunta a definir qué tipología de ensayo es acorde a cada dosificación. Si bien
hemos avanzado mucho todavía nos queda un camino por recorrer y los logros obtenidos hasta el momento nos indican que debemos continuar.
Palabras clave: Suelo – Cemento – Modulo – Resiliente – Dinámico
1. Introducción
El presente trabajo de investigación surge de la necesidad de
contar con metodologías de evaluación modular para
materiales granulares locales ligados hidráulicamente con
cemento para utilizarlos en capas estructurales de
pavimentos flexibles.
Dada una tensión desviante, la presión de confinamiento y el
contenido de humedad se supone que el suelo tiene un
comportamiento lineal ante determinada cantidad de ciclos
de cargas dinámicas. (Fig. 1)
Debido a este fenómeno cuantificable de manera repetitiva
el número utilizado en los cálculos basados en métodos
empírico-mecanicistas es el asociado a las deformaciones
recuperables del material denominado módulo de resiliencia,
calculado a partir de la relación entre la tensión desviante y
la deformación recuperable.
(1)
con,
Mr: módulo resiliente
sd: tensión desviante
εr: deformación recuperable
Figura 1. Grafico tensión – deformación de material granular.
Los suelos utilizados en estructuras viales se pueden
clasificar en ligados y no ligados. Según los antecedentes,
estos últimos no poseen un único resultado para el módulo
resiliente, el mismo es variable y depende de la tensión de
confinamiento, del tensor desviador y de la humedad, como
se puede apreciar en la ecuación constitutiva de Uzan.
(2)
donde,
12
Mr: Modulo Resiliente
sd: tensión desviante
Ѳ: invariante de tensiones
pa: presión atmosférica
k1, k2, k3: constantes del material
En los suelos ligados hidráulicamente, hasta el momento, se
entiende que con elevado contenido de cemento (mayores al
6%) el valor del módulo se mantiene constante para las
diferentes frecuencias y cargas de actuación. [1]
Para el desarrollo de la investigación se utilizaron los
procedimientos enunciados en normativas internacionales:
“Determinación del Módulo Resiliente de Suelos y
Agregados” (AASHTO, 2003) [2] y “Mezclas bituminosas.
Métodos de ensayo para mezclas bituminosas en caliente.
Parte 26: Rigidez” (UNE-EN, 2012) [3].
En trabajos anteriores [4] realizados en el centro se evaluó la
respuesta del material ante ensayos de “Valor Soporte
Relativo” (DVN, 2010) [5] y “Resistencia a Compresión
Inconfinada” (LEMaC, 2016) [6] para determinar cuál es el
adecuado ante los diferentes contenidos de cemento con el
mismo material utilizado en la investigación que nos ocupa,
un suelo con clasificación HRB A-4- (0) proveniente de una
cantera local.
Figura 2. Ubicación de cantera origen de la muestra.
Figura 3. Vista general de cantera origen de la muestra.
Figura 4. Frente de extracción de la muestra.
En esta investigación se pretende determinar el
procedimiento de análisis para utilizar en suelos ligados
hidráulicamente con cemento de acuerdo a las características
del material y a la dosificación utilizada. A diferencia de lo
realizado anteriormente, en los que se realizaron ensayos
viales clásicos para diseño empírico de paquetes
estructurales, se evalúan los parámetros con estudios
abocados al diseño empírico-mecanicista mediante ensayos
acordes al mismo que nos entregan resultados de los
módulos de rigidez de los materiales, los que forman parte
de las variables del método.
Para suelos no ligados químicamente se utiliza el ensayo de
Módulo Resiliente y para el suelo tratado con alto porcentaje
de cemento el ensayo de Módulo Dinámico. La primera
metodología consiste en aplicar cargas cíclicas axiales a una
probeta cilíndrica confinada por medio de aire comprimido.
La segunda aplica las cargas en dos generatrices opuestas
del espécimen y sin confinamiento. Por lo expuesto, se
estima que en lo referente a las tensiones principales el
material se comporta de manera similar en todas las
direcciones
El objetivo concreto es definir el límite entre ambos
métodos en función del porcentaje de cemento utilizado, es
decir, hasta donde consideramos el suelo como ligado o no
ligado.
2. Metodología
2. 1. Materiales y moldeo de especímenes
El suelo en estudio sin tratamiento se caracteriza con una
clasificación HRB (DVN, 2010) [7] y valores de Proctor
(DVN, 2010) [8] indicados en la siguiente tabla:
CLASIFICACION PROCTOR
A-4-(0) gs. max.= 1.442 g/cm
3 LL=34
LP=0 wop.= 24.2 %
IP=0
Figura 5. Clasificación, densidad seca máxima y humedad optima
del suelo.
Para el suelo tratado hidráulicamente se utilizaron los
resultados obtenidos en una investigación anterior [4]
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realizada con el mismo material donde para diferentes
porcentajes de cemento se obtuvo la siguiente ecuación con
la que se puede determinar la densidad seca máxima en
función de la dosificación,
(3)
donde,
a: porcentual de cemento en peso,
y, una humedad optima del 26% independiente de las
proporciones utilizadas.
El cemento utilizado para la confección de las probetas fue
un CPC 40 (Cemento Portland Compuesto de 40 MPa).
Se utilizaron dos tipos de probetas, ambas moldeadas
estáticamente a doble pistón con densidad prefijada
(LEMaC, 2016) [6] utilizando los resultados del ensayo de
compactación antes mencionado.
CEMENTO
[%]
DENSIDAD SECA
[g/cm3]
HUMEDAD
[%]
0 1.442 24.2
2 1.453 26.0
4 1.445 26.0
6 1.437 26.0
8 1.429 26.0
10 1.421 26.0
Figura 6. Densidades y humedad para cada dosificación.
Las probetas utilizadas para el ensayo de Modulo Dinámico
son cilíndricas de 101.6 mm de diámetro y 60 mm de alto.
Figura 7. Probeta de Módulo Dinámico.
Figura 7. Probeta de Módulo Dinámico.
Las de Módulo Resiliente son de la misma forma pero de
esbeltez 2, de 71 mm de diámetro y 147 mm de alto
correspondientes a materiales cohesivos.
Todos los especímenes tratados se llevaron a cámara
humedad por 28 días para independizarnos de la variable
que representa la hidratación del cemento a edades
tempranas.
2. 2. Experimental
Al comenzar a realizar los ensayos se tuvo que realizar una
puesta a punto de los equipos y algunos accesorios. Se han
realizado correcciones técnicas en el funcionamiento del
software, calibración de la maquinaria, adquisición de
nuevos elementos de medición como LVDT’s y una celda
de carga. Por otro lado, se desarrolló en el centro un
procedimiento para fabricar las membranas de caucho
necesarias para confinar las probetas en el ensayo de
Modulo Resiliente, las que hasta el momento nos producían
varios inconvenientes con pérdidas de confinamiento.
En principio, para la parte experimental propiamente dicha,
se recorrió un camino de prueba y error para acercarnos a
metodologías que nos otorguen resultados representativos
del comportamiento del material.
Se ensayaron con el equipo de Modulo Resiliente los
porcentajes más bajos (0 – 6 %) de cemento y con el de
Modulo Dinámico los más altos (4 - 10 %).
Para el primer procedimiento se comenzó con la secuencia
utilizada en suelos de subrasante y como era de esperar se
obtuvo una alta variabilidad de resultados, ya que utiliza un
tensor desviador y una presión de confinamiento de bajas
magnitudes no acordes a las características del material que
estamos utilizando.
Luego, se ejecutaron ensayos correspondientes a suelos de
base/subbase y otros con parámetros fundados en
correlaciones que puedan hacer comparativas las dos
metodologías en estudio.
Con esta primera parte el camino fue un poco más corto, ya
que el ensayo de Modulo Resiliente viene siendo base de
diferentes investigaciones en suelos por lo que el
conocimiento sobre el mismo es más profundo. Además, es
un ensayo concebido específicamente para el material de
interés aunque sin tratamientos estabilizantes.
Para el segundo procedimiento, el de Modulo Dinámico, nos
enfrentamos a un panorama diferente. Si bien,
conceptualmente estamos evaluando los mismos parámetros,
el procedimiento difiere en algunas cuestiones.
14
Aquí, las variables que manejamos son la frecuencia de la
carga, su magnitud y la temperatura. La última es utilizada
para mezclas asfálticas por lo que no fue de nuestro interés
ya que el comportamiento del suelo es independiente de la
misma. Para cada dosificación se experimentó variando los
parámetros que manejamos y se pudo observar que para
cargas mayores a 400 kg es muy probable la rotura del
espécimen. Lo mismo concluimos para ensayos sucedidos
en cortos lapsos de tiempo con cargas superiores a 300 kg
cuando el material se fatiga. También, se evidenció que a
menor frecuencia mayor es el deterioro del espécimen.
Figura 7. Probeta de Módulo Dinámico llevada hasta rotura.
Figura 8. Probeta de Módulo Dinámico llevada hasta rotura.
2. 3. Cálculos
Para compatibilizar los parámetros entre los dos
procedimientos es necesario realizar algunas conversiones.
Las unidades de cada uno se expresan a continuación:
Módulo Resiliente
sd : Tensión Desviante, [psi].
s3 : Presión de Confinamiento, [psi].
Módulo Dinámico
f : Frecuencia, [Hz].
P : Carga, [kg].
La frecuencia en el ensayo de Módulo Resiliente es
invariable e igual a 1Hz por lo que se adoptó la misma para
el de Módulo Dinámico.
Contrariamente, en este último no poseemos confinamiento,
por lo que se propone utilizar en el primero una presión
nula, es decir que el espécimen se encuentre sometido
únicamente a la producida por la atmosfera. La solución más
cercana fue utilizar 1 psi, el confinamiento más bajo que
permite el equipo de ensayo.
Para la magnitud de la carga en Módulo Dinámico se toma
como base la secuencia personalizada del ensayo de Módulo
Resiliente indicada a continuación,
Serie N° s3 [psi] sd [psi] Ciclos
1 1 10 100
2 1 10 100
3 1 10 100
4 1 20 100
5 1 20 100
6 1 20 100
7 1 30 100
8 1 30 100
9 1 30 100
Figura 9. Secuencia personalizada de ensayo de Módulo
Resiliente.
A partir de las tensiones indicadas se calcula la carga que se
debe aplicar en las probetas de Módulo Dinámico.
Figura 10. Dimensiones de espécimen para ensayo de Módulo
Dinámico.
El área considerada para el cálculo del módulo es la
correspondiente a la superficie cilíndrica,
(3)
donde,
A: sección de la probeta
∅: diámetro de la probeta
h: espesor de la probeta
(4)
(5)
con,
sd: tensión desviante en psi
P: carga en kgf
A: sección de la probeta
sd [psi] P [kg]
10 67
20 134
30 200
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
15
Figura 11. Correlaciones entre Tensión Desviante utilizada para
Módulo Resiliente y Carga utilizada en Módulo Dinámico.
3. Resultados (o Resultados y Discusión)
La fórmula utilizada para el cálculo del Módulo Dinámico
fue la que se encuentra en la norma UNE-EN 12697-
26:2012 [3] para ensayo por compresión diametral.
% DE CEMENTO
4 6 8 10
CA
RG
A [
KG
]
100 2092 4600 8050 7937
200 1691 4497
250 7573 8047
300 4208
400 3296 7754 7902
450 2491 Figura 12. Resultados obtenidos para el ensayo de Módulo
Dinámico.
Figura 13. Gráfico Carga-Módulo en base a los resultados de la
Fig. 12 para diferentes contenidos de cemento.
Figura 14. Gráfico Porcentaje de cemento-Módulo en base a los
resultados de la Fig. 12 para diferentes magnitudes de solicitación.
% CEMENTO MR [Mpa] s3 [psi] sd [psi]
60 1 10
55 1 20
62 1 30
137 1 10
142 1 20
164 1 30
118 3 10
133 5 15
150 10 20
174 15 30
177 20 35
2
4
6
Figura 15. Resultados obtenidos para el ensayo de Módulo
Resiliente con la secuencia personalizada.
Figura 16. Gráfico Tensión Desviante-Módulo en base a los
resultados de la Fig. 15 para diferentes contenidos de cemento y
curvas de ajuste con sus coeficientes de determinación.
Figura 17. Gráfico Tensión de Confinamiento-Módulo en base a
los resultados de la Fig. 15 para diferentes contenidos de cemento
y curva de ajuste con su coeficiente de determinación.
16
Figura 19. Gráfico Tensión Desviante-Módulo en base a los
resultados de la Fig. 18 para diferentes contenidos de cemento.
Figura 17. Gráfico Tensión de Confinamiento-Módulo en base a
los resultados de la Fig. 18 para diferentes contenidos de cemento
y curvas de ajuste con sus coeficientes de determinación.
% CEMENTO MR [Mpa] s3 [psi] sd [psi]
92 3 1,8
73 3 5,1
68 3 6,9
84 5 2,6
73 5 8,3
72 5 13,2
93 10 7,8
88 10 17,8
94 10 27,7
110 15 7,9
100 15 13,8
109 15 27,7
120 20 13,3
118 20 18,6
129 20 36,0
170 3 2,4
133 3 5,0
154 3 6,8
121 5 2,8
156 5 8,1
172 5 13,5
189 10 8,3
209 10 18,6
207 10 28,8
219 15 8,8
211 15 13,7
226 15 27,4
223 20 14,2
229 20 19,0
237 20 37,1
318 3 1,7
139 3 4,9
160 3 6,3
118 5 2,7
135 5 8,0
163 5 12,7
168 10 7,6
188 10 18,6
194 10 28,5
193 15 7,7
202 15 13,8
219 15 27,2
193 20 12,7
214 20 20,3
252 20 36,3
4
6
2
Figura 18. Resultados obtenidos para el ensayo de Módulo
Resiliente con la secuencia de base/subbase.
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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4. Conclusiones
Se pueden observar las siguientes situaciones fijando la
tensión de confinamiento igualándola a la atmosférica para
que ambas metodologías de ensayo sean comparativas:
En el ensayo de Módulo Dinámico, a partir de 8% de
cemento el modulo tiende a mantenerse constante
independientemente de la variación de la carga y de la
dosificación. Para porcentajes más bajos se registra que
el modulo disminuye al aumentar la carga y que la
relación entre el E-% es linealmente proporcional.
En el ensayo de Módulo Resiliente, a mayor porcentaje
de cemento y mayor tensión desviante, mayor valor de
módulo. Se lograron curvas de ajuste lineal con muy
buena aproximación en las dosificaciones de 4-6%. En
cambio, con 2% de cemento el coeficiente R2 logrado no
fue satisfactorio.
Por otro lado, variando las condiciones de ensayo fijadas
al principio de esta sección, encontramos una relación
lineal entre módulo y presión de confinamiento, con
valores de modulo que crecen junto con el porcentaje de
cemento.
A pesar de lo enunciado, hasta el momento no se puede
concluir concretamente sobre que metodología es la
apropiada para cada tipo de material. La información
adquirida nos hace creer que debemos aumentar el universo
de ensayos y reacomodar algunos procedimientos para
continuar con la investigación.
Agradecimientos
Se agradece a los integrantes del LEMaC por brindarnos el
espacio para la investigación y particularmente al Ing.
Enrique Giaccio por su colaboración para el desarrollo y
fabricación de las membranas necesarias para el ensayo de
Módulo Resiliente.
Referencias
[1] Ing. Hugo E. Poncino, Gabriela Coirini, Rossana Cassan.
Caracterización de materiales tratados con ligantes
hidráulicos para su aplicación al dimensionamiento de
pavimentos flexibles.
[2] AASHTO: T 307-99. Método de ensayo para la
Determinación del Módulo Resiliente en Suelos y
Agregados, (2003).
[3] UNE-EN 12697-26. Mezclas bituminosas. Métodos de
ensayo para mezcla bituminosa en caliente. Parte 26:
Rigidez. Ensayo de tracción indirecta sobre probetas
cilíndricas, (2006).
[4] Anael Porro, Gladys Sosa, Martin Villanueva.
Metodologías apropiadas de análisis para
estabilizaciones de suelo, cemento y estabilizante químico
en forma combinada, (2016).
[5] DVN-E6–84. Determinación del valor soporte e
hinchamiento en suelos, (2010)
[6] LEMaC, Centro de Investigaciones Viales. Guía de
Metodologías y Procedimientos para Uso Vial
desarrolladas en el LEMaC. Resistencia inconfinada de
capas de suelo cemento que emplean suelos finos, 2016.
[7] DVN-E4-84. Clasificación de suelos, (2010).
[8] DVN-E5–93. Compactación de suelos, (2010).
18
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
19
DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN FAST-TRACK
Becario; Battista, Nicolás Daniel
LEMaC, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional La Plata, Av. 60 y 124, La
Plata, Buenos Aires, Argentina. [email protected]
Director/res; Barreda, Marcelo Fabián
LEMaC, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional La Plata, Av. 60 y 124, La
Plata, Buenos Aires, Argentina. [email protected]
.
Área: Gestión y Diseño Vial. PID Asociado: “Hormigones de apertura rápida al transito (fast-track) para
rehabilitación de pavimentos”. Código: UTN - 4125.
Resumen El hormigón de alta resistencia inicial, también llamado hormigón de alta resistencia a edad temprana o fast-track, logra su resistencia
especificada más rápido que el hormigón convencional. El período en el cual se debe desarrollar la resistencia necesaria puede variar de unas
pocas horas hasta varios días. Se puede lograr la alta resistencia a edades tempranas con la utilización de materiales componentes y prácticas de colado convencionales, a
pesar de que en algunos casos se hacen necesarios materiales y técnicas especiales.
En el pavimento de rápida habilitación al tránsito o fast-track, el uso de mezclas de alta resistencia temprana permite el tránsito de vehículos
algunas horas después de la colocación del hormigón. El objetivo de este trabajo fue obtener un hormigón que adquiera la resistencia de
habilitación en un plazo máximo de 24 horas.
Palabras clave: hormigones, pavimentos, tránsito, rehabilitación, resistencia
1. Introducción
Con el crecimiento del tránsito, particularmente en áreas
urbanas, los usuarios de los pavimentos son cada vez menos
tolerantes a las demoras ocasionadas durante su
rehabilitación.
Los pavimentos de hormigón convencionales deben ser
curados por un período mínimo determinado con el
propósito de que adquieran la resistencia necesaria para
soportar las cargas del tránsito. En consecuencia, se requiere
el cierre de la vía durante un tiempo relativamente
prolongado. Esta circunstancia provoca retraso en la
liberación de las calzadas restauradas.
Los hormigones de apertura temprana al tránsito permiten la
puesta en servicio del pavimento rápidamente después de
efectuadas las reparaciones, causando menos molestias para
el tránsito vehicular. El empleo de estos hormigones
disminuye las pérdidas económicas que se producirían en los
negocios ubicados en las zonas afectadas por la construcción
debido a un dilatado proceso de reparación con hormigón
convencional.
La diferencia principal entre el hormigón de apertura
temprana al tránsito y el hormigón convencional es que en el
primero la ganancia de resistencia ocurre mucho más
rápidamente. Generalmente, se espera que el hormigón
desarrolle una resistencia suficiente para que un pavimento
pueda ser abierto al tránsito en un tiempo inferior a las 24
horas después de su colocación.
En el presente trabajo se exponen los resultados obtenidos
de la evaluación de diferentes hormigones diseñados para
pavimentos y aptos para su habilitación al tránsito en un
plazo máximo de 24 horas.
2. Metodología El factor fundamental en la construcción fast-track es
determinar el momento en que el pavimento puede
habilitarse al tránsito. Esta decisión debe tomarse evaluando
la resistencia y no el tiempo. En la presente tesis se toma
como referencia la resistencia a compresión de los
hormigones que muestra la Tabla 1.
Tabla 1. Resistencias minimas para la apertura al transito en
reparaciones de espesor total [ACPA TB002P. 1995]
Las consideraciones principales para el diseño de mezclas de
hormigón de apertura temprana al tránsito son la selección
del tipo y contenido de cemento, la relación agua/cemento,
el aditivo acelerante, si se emplea, y el aditivo reductor de
agua. En general, la alteración de uno o más de estos
componentes, para acelerar la ganancia de resistencia
temprana, puede afectar negativamente a la durabilidad del
hormigón.
20
En Estados Unidos, las agencias estatales de carreteras han
utilizado dos tipos de hormigón de apertura temprana al
tránsito como material de reparación. Uno permite la
apertura al tránsito en un tiempo de 6 a 8 horas después de
efectuada la reparación y el otro de 20 a 24 horas. El
primero ha sido especificado por 16 agencias estatales de
carreteras en Estados Unidos. Estas agencias han establecido
diferentes requisitos de resistencia a la compresión mínima
durante el período inicial de 6 a 8 horas, que varían entre 8,3
y 24,0 MPa y entre 1,8 y 2,8 MPa de resistencia a la flexión
mínima, determinada con carga en los tercios de la luz.
El requerimiento de cemento varía entre 425 kg/m3 y 525
kg/m3. La relación agua/cemento varía entre 0,36 y 0,40.
Los agregados gruesos constituyen el 70-80 % del volumen
de mezcla. Once agencias estatales de carreteras en Estados
Unidos han especificado mezclas de hormigón de apertura
temprana al tránsito de 20 a 24 horas. El diseño de mezcla y
otros requisitos son muy similares a los hormigones de
apertura temprana de 6 a 8 horas excepto que el contenido
de cemento es inferior (400 a 475 kg/m3) y relación
agua/cemento es superior (0,40 a 0,43).
Algunos resultados ensayos de laboratorio en Estados
Unidos han sugerido que las mezclas de hormigón de
apertura temprana al tránsito de 6 a 8 horas son menos
durables que las mezclas de 20 a 24 horas. Estas
observaciones se basan en su mayoría en su pobre
desempeño con respecto a las condiciones de congelación y
deshielo, que sólo son importantes en algunas regiones de
nuestro país. Las mezclas de hormigón de apertura temprana
al tránsito de 6 a 8 horas durables pueden lograrse mediante
la mejora de sus características.
2. 1. Experimental
Se dosificaron mezclas de hormigón empleando los
siguientes materiales:
Cemento: CPN 50 (ARI) (cemento portland normal, de 50
MPa de resistencia, de alta resistencia inicial), el cual
cumple con la norma IRAM 50000.
Agregado grueso: piedra partida granítica 6:20.
La densidad relativa del agregado en estado saturado y
superficie seca (IRAM 1533) resulto igual a 2,66 y el
tamaño máximo obtenido de las granulometrías efectuadas
(IRAM 1505) fue 1" (25,4 mm).
El PUV seco y compactado (IRAM 1548) resultó de 1491
kg/m3.
La absorción del agregado grueso alcanzada fue de 0,2 %.
Agregado fino: arena silícea y arena granítica triturada 0:6.
Las densidades relativas de las arenas en estado saturado y
superficie seca (IRAM 1520) resultaron iguales a 2,65 y
2,70 para las arenas silícea y triturada, respectivamente. Los
módulos de finura obtenidos de las granulometrías
realizadas (IRAM 1505) fueron 1,48 y 3,75 para las arenas
silícea y triturada, respectivamente. Se empleó un 42 % de
arena silícea y un 58 % de arena triturada Se obtuvo un
módulo de finura igual a 2,8 para las arenas combinadas
(Tabla 3).
Las absorciones de los agregados finos obtenidas fueron 0,3
% para ambas arenas.
Aditivos: plastificante formado a base de de lignosulfatos,
superfluidificante reductor de agua de medio rango (MR),
superfluidificante reductor de agua de alto rango (AR).
Todos cumplen con la norma IRAM 1663.
Tabla 2. Análisis granulométrico de los agregados gruesos (IRAM
1505)
Tabla 3. Análisis granulométrico de los agregados finos (IRAM
1505)
Se realizaron pastones correspondientes a distintas
dosificaciones según se observa en la Tabla 4. En todos los
casos se determinó el asentamiento y se moldearon probetas
cilíndricas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura para
posteriormente determinar la resistencia a compresión del
hormigón.
Tabla 4. Dosificaciones de los Hormigones
2. 2. Cálculos
Con los resultados de resistencia a compresión efectuados a
diferentes horas contadas a partir de la terminación de las
probetas, se realizaron gráficos de la resistencia (MPa) en
función del tiempo (Horas) y se obtuvieron las ecuaciones
de correlación correspondientes para cada mezcla (Tabla 5).
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
21
Tabla 5. Ecuaciones correspondientes a cada mezcla
3. Resultados y Discusión Considerando una losa de 200 mm de espesor, aplicando las
ecuaciones de la Tabla 5 y comparando con la Tabla 1, se
obtuvieron las edades de habilitación (Tabla 6).
Tabla 6. Edad a la cual se alcanza la resistencia de habilitación para
un espesor de losa de 200 mm
A continuacion de visualizan los graficos donde se observa la
evolucion de la resistencia (MPa) con la edad (Horas) de las
mezclas considerados.
Grafico 1. Curva correspondiente a la Mezcla Nº 1.
Grafico 2. Curva correspondiente a la Mezcla Nº 2.
Grafico 3. Curva correspondiente a la Mezcla Nº 3.
Grafico 2. Curva correspondiente a la Mezcla Nº 4.
Observando las Tablas 4 y 6 y los Gráficos 1, 2, 3 y 4 se
pueden apreciar como en la Mezcla 1, al no utilizarse algún
aditivo fluidificante o superfluidificante, no es posible
alcanzar el asentamiento deseado (8+2 cm) pero, sin
embargo, se alcanza la resistencia de habilitación en el
menor tiempo (8 horas).
Con la Mezcla 2 se logra alcanzar la resistencia de
habilitación a las 15 horas, aunque su asentamiento no es el
deseado. Cabe aclarar que en esta mezcla no fue empleada
la dosis máxima de aditivo permitida por el fabricante del
producto, por lo tanto, podría aumentarse la dosis del
aditivo para obtener un asentamiento mayor.
La Mezcla 3 y la Mezcla 4 contienen el mismo tipo de
aditivo. La resistencia de habilitación se alcanza a las 13 y
16 horas, respectivamente. Sin embargo, con la Mezcla 3 no
ha alcanzado el asentamiento deseado, por lo tanto para la
Mezcla 4 se aumentó la dosis de aditivo empleada (Tabla 4)
lográndose obtener un aumento del asentamiento. No
obstante, comparando la Mezcla 4 con la Mezcla 3, se
observa que en el primer caso se produjo un retraso en la
velocidad de ganancia de resistencia, obteniéndose una edad
de habilitación a las 16 horas en lugar de 13 horas (Tabla
6).
En el caso de la Mezcla 5, se empleó una relación
agua/cemento menor que en los otros casos (0,40) y la edad
de habilitación se alcanzó a las 12 horas, pero el
asentamiento obtenido resultó excesivo, motivo por el cual
en el futuro debería reducirse el porcentaje de aditivo
utilizado con el propósito de lograr el asentamiento deseado.
22
4. Conclusiones
A partir de los datos alcanzados, la obtención de una mezcla
de hormigón que adquiera una resistencia de habilitación al
tránsito en un plazo máximo de 24 horas, con el
asentamiento deseado, y tomando como referencia el
reemplazo de una losa de 200 mm de espesor, fue logrado
adoptando una dosificación con una relación agua/cemento
de 0,43, empleando cemento de alta resistencia inicial y un
aditivo superfluidificante.
Los resultados obtenidos serán considerados como
información relevante con el objeto de seguir optimizando
las dosificaciones de los hormigones fast-track.
Agradecimientos
Se agradece al personal del LEMaC por la colaboración
prestada para lograr realizar este trabajo.
Referencias
[1] Fava Carlos A. P., Innovaciones y Mejoras
Tecnológicas en el Área de los Pavimentos de Hormigón,
Trabajos Técnicos Primer Seminario Provial Urbano, Tomo
I, Rosario, Argentina, 1998.
[2] Fast-Track Concrete Pavements, TB004.02P, American
Concrete Pavement Association, Skokie, Illinois, 1994.
[3] Guidelines for Full-Depth Repair, TB002P, American
Concrete Pavement Association, Skokie, Illinois, 1995.
[4] CIRSOC 201. Reglamento Argentino de Estructuras de
Hormigón, INTI, Argentina, 2005.
[5] Ese Material Llamado Hormigón, Asociación Argentina
de Tecnología del Hormigón, Buenos Aires, Argentina,
2012.
[6] Práctica para Dosificar Concreto Normal, Concreto
Pesado y Concreto Masivo, Instituto Mexicano del Cemento
y del Concreto, México, 1990.
[7] Fast-Track Concrete Pavements, TB004.02P, American
Concrete Pavement Association, Skokie, Illinois, 1994.
[8] Kosmatka Steven H., Kerkhoff Beatrix, Panarese
William C., Tanesi, Jussara, Diseño y Control de Mezclas de
Concreto, Portland Cement Association, Skokie, Illinois,
EE.UU., 2004.
[8] NCHRP Report 540, Guidelines for Early-Opening-to-
Traffic Portland Cement Concrete for Pavement
Rehabilitation, National Cooperative Highway Research
Program, Washington D.C, 2005.
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
23
EVALUACION DEL COMPORTAMIENTO DE ADITIVOS EN
HORMIGÓN FAST-TRACK
Becario: Jeremias Borghello, LEMaC, La Plata, Argentina. [email protected]
Director: Marcelo Barreda, LEMaC, La Plata, Argentina
Área: Tecnología de los Pavimentos Rígidos y Estructuras. PID Asociado: “Hormigones
de apertura rápida al tránsito (fast-track) para rehabilitación de pavimentos”. Código:
UTN4125.
Resumen Los aditivos químicos son una pieza clave en el desarrollo de hormigones de alta performance, modificando sus propiedades en estado fresco y
endurecido, por tanto es necesario evaluar su compatibilidad en pastas de cemento para determinar la influencia que tendrá el aditivo en el
hormigón. El objetivo de este trabajo fue evaluar la compatibilidad entre cementos y aditivos, y la dosis máxima de estos últimos para la
realización de hormigones de apertura rápida al tránsito.
Palabras clave: hormigón, fast-track, aditivos, reductores de agua, acelerantes
1. Introducción
En los pavimentos de hormigón de rápida habilitación al
tránsito o fast-track, el uso de mezclas de alta resistencia en
edad temprana permite el tránsito de vehículos algunas horas
después de la colocación del hormigón.
Los aditivos químicos tales como reductores de agua,
acelerantes e incorporadores de aire, generalmente se
emplean en el hormigón fast-track con el propósito de
mejorar sus propiedades en estado fresco y endurecido.
Este trabajo se limitó al estudio de la fluidez de las pastas de
cemento correspondientes a mezclas factibles de uso en
hormigones fast-track de muy baja relación agua/cemento,
para pronosticar el comportamiento de los aditivos
reductores de agua de alto rango o superfluidificantes en
estas condiciones.
La norma IRAM 1663 define a los aditivos químicos como
el material que, aparte del cemento, los agregados y el agua
empleados normalmente en la preparación del hormigón,
puede incorporarse durante o después de la preparación del
pastón, con el objeto de modificar alguna o varias de sus
propiedades en la forma deseada.
Reductores de agua
Los aditivos reductores de agua normales [2] permiten una
reducción de la relación agua/cemento, para una
trabajabilidad [2] dada, sin que afecten significativamente
las características de fraguado del hormigón. Por tanto este
efecto puede utilizarse para:
• Tener la misma consistencia y menor relación
agua/cemento, lo cual permite obtener una mayor
resistencia, con respecto a un hormigón de referencia
• Sin variar las proporciones de mezcla, se obtiene un
hormigón de mayor consistencia
• Puede obtenerse un hormigón con trabajabilidad y
resistencias similares pero con menor contenido de cemento
que el hormigón de referencia, sin que afecte la durabilidad
y propiedades estructurales.
Existen también los aditivos de efecto doble como por
ejemplo reductores de agua y acelerante (resistencias más
altas a edad temprana), reductores de agua y retardante
(alargan el periodo que el hormigón permanece trabajable),
reductores de agua e incorporadores de aire (introducen
burbujas microscópicas dentro de la pasta de cemento
originando una mayor trabajabilidad en estado fresco y
mayor durabilidad frente a condiciones de congelación-
deshielo, pero disminuye la resistencia). Los
superfluidificantes permiten una adición de hasta 10 veces
más que los aditivos reductores de agua normales a las
mezclas de hormigón sin que aparezcan efectos indeseables
tales como oclusiones de aire o retardaciones excesivas en la
hidratación del cemento.
Los aditivos superfluidificantes son compuestos únicamente
por cinco materiales químicos que forman la base de todos
ellos.
1- Lignosulfonatos: Extraídos del proceso de producción de
pulpa de papel de la madera, es un subproducto que a través
de neutralización, precipitación y proceso de fermentación
produce un rango de lignosulfatos de diferente pureza y
composición que depende del álcali neutralizante, el grado
de fermentación, tipo y edad de la madera entre otros
factores. Los lignosulfonatos comerciales utilizados son
predominantemente cálcicos o sódicos con un contenido de
azúcar entre 1 y 30%. La sal de sodio tiende a mantener su
solubilidad a bajas temperaturas y posee mayor grado de
ionización en solución, esto se traduce que se requieren
mayores concentraciones de sal cálcica para obtener la
misma reducción en la relación agua/cemento. Sin embargo
las materias primas del lignosulfonato cálcico son más
baratas que las del lignosulfonato sódico. Aquellos
lignosulfonatos de menor pureza ocluyen una pequeña
proporción de aire en el hormigón, para reductores de agua
normales y superfluidificantes se añade una pequeña
24
cantidad de agente desaireante. Los azucares presentes
tienen un efecto retardante en la hidratación del cemento, si
es no deseado, se agregan compuestos acelerantes pero esta
adición puede tener ciertos efectos deletéreos sobre algunas
propiedades del hormigón.
2- Ácidos hidroxicarboxilicos: Se producen a partir de
materias primas puras de la madera, bien por medios
químicos o bioquímicos. Aproximadamente el 30% de
soluciones de las sales podrían ser usadas con adición de
otros tipos químicos, así las sales pueden estar presentes
para producir aditivos reductores de agua normales a bajas
dosificaciones y aditivos reductores de agua retardantes a
mayores dosificaciones (dependiendo de la cantidad de sal
de ácido hidroxicarboxilico presente en la formulación).
Pequeñas cantidades mezcladas con cloruro cálcico
producen aditivos reductores de agua acelerantes. No son
utilizados para superfluidicantes a causa de la influencia
retardante que podría generar con altas dosificaciones
necesarias para producir la trabajabilidad requerida.
3- Polímeros hidroxilados: Son derivados de materias
primas tales como maicena por hidrolisis parcial para formar
polímeros de menor peso molecular. Son materiales estables
bajo condiciones alcalinas y se comportan como agentes
reductores de agua, producen un retardo en el hormigón que
puede ser contrarrestado por la adición de pequeñas
cantidades de cloruro cálcico.
4- Sales de ácidos formaldehido naftaleno sulfonicos: Es
producido a partir del naftaleno por óleum o sulfonacion con
trióxido de azufre. Según el proceso para formarlo variara el
peso molecular, aquellos con bajo peso reducen la tensión
superficial de la fase acuosa en el hormigón ocluyendo aire,
se añaden agentes desaireantes. Los materiales basados en
altos pesos moleculares no causan oclusión de aire, estos se
utilizan para producir superfluidificantes porque es posible
añadir grandes cantidades sin efectos indeseables de fuerte
retardo u oclusión de aire.
5- Sales de formaldehido-melamina sulfonato: Se prepara
mediante técnicas normales de resinificacion. Es usado casi
siempre como el único componente en los superfluidificante,
ya que cumple con los requisitos de no retardar
excesivamente u ocluir aire a altos niveles de dosificación.
Efecto de los aditivos reductores de agua en estado fresco:
Parece probable que los diversos tipos de moléculas de los
aditivos reductores de agua, por virtud de su alto contenido
de hidróxidos (2 y 3), doble capa eléctrica de microgeles (1)
o alta densidad de electrones de sistemas de carácter
aromático (4 y 5), serán altamente disueltos y, por tanto,
rodeados de una vaina de moléculas asociadas de agua
formando una capa monomolecular de aditivo en la interface
agua/cemento, esta capa reduce las fuerzas de atracción de
Van der Wall que conlleva a una reducción de fricción entre
partículas y por lo tanto la energía necesaria para inducir un
flujo dentro del sistema también se reduce. Además genera
una dispersión de las partículas aglomeradas de cemento en
partículas más pequeñas, esto incrementa la superficie
específica lo que concluye en una velocidad más rápida de
hidratación del cemento. Los aditivos incrementa la
velocidad de pérdida de asiento de las mezclas.
Acelerantes
Los acelerantes del hormigón incrementan la velocidad de
endurecimiento de las mezclas del cemento y del hormigón.
Son utilizados en hormigonado en tiempo frio, ya que el
hormigón este menos sujeto al daño por helada en las
primeras edades porque el tiempo de curado es acortado y
contrarresta la baja resistencia inicial que desarrolla un
hormigón en tiempo frio. Otra aplicación es en elementos
premoldeados y pretensados, donde el aumento de la
productividad es un factor fundamental. En pavimentos de
rápida habilitación son fundamentales para alcanzar la
elevada resistencia requerida por las normas de vialidad en
periodos cortos.
El cloruro de calcio es el acelerante más efectivo y
económico del mercado, pero su uso está restringido, ya que
induce a la corrosión de las armaduras. Los límites de
cloruros están especificados en el CIRSOC 201-2005.
Cuando se realiza un hormigón armado como en nuestro
caso, se utilizan acelerantes “sin cloruros”, que son de base
nitrito de calcio. Este producto es más costoso que el
anterior y su efectividad está supeditada al tipo de cemento
que se emplee.
El cloruro de calcio es producido como un subproducto de la
fabricación del carbonato sódico, para su empleo como
acelerante es suministrado normalmente en una solución del
33 al 35%.
En el primer contacto entre la solución de cloruro cálcico y
el hormigón, reaccionan para formar muy pequeñas
cantidades de etringita, mientras el yeso continua
reaccionando para formar etringita el cloruro cálcico no
reacciona, pero puede continuar promoviendo la hidratación
de los silicatos, cuando todo el yeso es consumido, el
cloruro cálcico empieza a reaccionar otra vez con el
aluminato tricalcico hasta que el cloruro en la solución es
reducido a casi cero.
El formiato cálcico, utilizado en la elaboración de
acelerantes “con cloruro”, se obtiene como subproducto en
la fabricación de un alcohol polihidrico, pentaritritol. Este
reacciona con el aluminato tricalcico.
En el contacto inicial con agua el hormigón desarrolla un
calor atribuido al calor de humedecimiento, hidratación de la
cal libre y reacción del aluminato tricalcico con yeso para
formar etringita. Con el uso de acelerantes de cualquier tipo
este calor se incrementa debido a que la última reacción es
acelerada.
Estos aditivos reducen el tiempo inicial y final de fraguado,
aumentan las resistencias a compresión temprana pero, la
presencia del cloruro cálcico o trietanolamina reducirá las
resistencias a flexión y tracción y el módulo de elasticidad.
Dado que el grado de hidratación será considerable al
principio y el mayor volumen de productos de hidratación
llevaría a una reducción en la permeabilidad pero habrá un
efecto adverso en la distribución de poros y capilares, bajo
estas circunstancias, el hormigón será más poros y permitirá
un acceso más fácil a los líquidos y gases agresivos. Además
la resistencia del hormigón conteniendo cloruro cálcico al
ataque de sulfatos acuosos disminuye.
Por lo anterior mencionado, la protección de armaduras se
verá comprometida ya que la porosidad del hormigón se
incrementa y habrá una mayor oportunidad para que el aire y
la humedad lleguen a estar en contacto. La presencia de
cloruro cálcico a concentraciones mayores que 1.5% por
peso de cemento puede conducir a la rotura de la capa de
pasivacion en la interfase armadura/hormigón, volviendo a
la armadura más susceptible a la corrosión, con el formiato
cálcico esto no sucede.
Incorporadores de aire
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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Los aditivos incorporadores de aire son materiales
orgánicos, generalmente en solución, que cuando se añaden
al agua de amasado del hormigón ocluyen una cantidad de
aire controlada en forma de burbujas microscópicas
uniformemente repartidas.
La presencia de burbujas microscópicas de aire actúa como
un lubricante e incrementan la trabajabilidad o permiten la
correspondiente reducción en la relación agua/cemento,
también aumentan la cohesión o estabilidad de la mezcla
permitiendo una reducción de agregado fino. Las
resistencias a compresión y tensión decrecen con el
incremento en el contenido de aire cuando la dosificación
permanece sin cambiar. La durabilidad aumenta
considerablemente frente a condiciones de congelación y
deshielo. Una variante es ocluir cantidades de hasta 30% en
volumen para bajar la densidad del hormigón e incrementar
las propiedades de aislamiento térmico, este hormigón no
cumple funciones estructurales.
El origen de estos aditivos es diverso, se mencionaran los
más importantes.
Sales de ácidos adietico y pimerico: Componentes
principales en las resinas extraídas del pino, o
alternativamente de las resinas derivadas del proceso de
aceites altos. Los productos comerciales contienen entre 5-
20% de material activo en solución acuosa. Para realización
de hormigones ligeros se añade una proporción de cola
animal para estabilizar la estructura de las burbujas.
Sales de ácidos grasos: A fin de satisfacer requisitos de un
buen comportamiento, se utilizan ácido oleico y ácido
caprico, estos están en presentes en una distribución de
cadenas largas en grasas y aceites naturales como
subproducto de la producción química de la pulpa y aceite
de coco. Estos productos al contrario de las resinas
neutralizadas de madera, son compatibles en solución con
ciertos lignosulfonatos y sales de ácidos hidrocarboxilicos
para formar aditivos que posean las propiedades de aireantes
y reductores de agua.
Alkil-aril sulfonatos: Tienden a encontrar aplicaciones en la
producción de hormigón ligero y no en incrementar la
durabilidad al congelamiento-deshielo. Su materia prima es
un surfactante básico usado en una variedad de detergentes
industriales y domésticos.
Alkil sulfatos: Son compatibles con muchos aditivos
reductores de agua para producir aditivos aireantes
reductores de agua.
La principal composición de esta gama de aditivos son
surfactantes anionicos que, añadidos a las pastas de
cemento, se absorben por las partículas de cemento con sus
grupos polares orientados hacia las partículas. Esta “funda”
es de solubilidad limitada y solamente una pequeña
proporción permanece en solución como sal de calcio. La
débil solución surfactante forma burbujas por agitación en la
fase acuosa, que se estabilizan como esferas microscópicas
para unirse en grandes burbujas por la orientación del
surfactante insoluble a través de la interfase aire/líquido y
por la adherencia a la superficie hidrófoba originada en las
partículas de cemento por el surfactante absorbido.
En estado fresco el aditivo incorporador de aire cambia las
propiedades reologicas de la mezcla aumentando su
viscosidad, la magnitud del efecto debido a la presencia del
aditivo (cualquiera sea su origen) por sí mismo es pequeña
comparada con el efecto del aire que ocluye, esto permite
reducir el agregado fino sin disminuir la cohesión y/o
provocar segregación. La presencia de aire ocluido produce
un incremento en la trabajabilidad del hormigón, esto debido
a que el incremento del volumen de la pasta altera la
relación en volumen pasta/árido y a la “lubricación” de las
partículas de árido grueso y fino por las microscópicas
burbujas de aire, y además, aumentando el factor de
compactación. Si mantenemos la trabajabilidad original
puede reducirse de un 5 a 15% la relación A/C dependiendo
de los contenidos de cemento y aire.
Como se mencionó al principio la resistencia a compresión
sufre una considerable reducción por la oclusión de aire. Sin
embargo, con cambios en la dosificación del hormigón a
causa de la presencia de burbujas de aire, hormigones
conteniendo del 3 al 6% de aire y con un contenido
constante de cemento dentro del intervalo de 200 a 400
kg/m3 tienen solamente una débil, y si la hay, perdida de
resistencia, con contenidos de cementos más bajos pueden
obtenerse incrementos en la resistencia.
En la mayoría de sus casos está perdida de resistencia es
justificada con cambios significativos en la durabilidad del
hormigón como por ejemplo en el fenómeno hielo-deshielo.
Cuando el agua se hiela se expande aproximadamente en un
9% en volumen y si la expansión está restringida, se ejerce
una fuerza considerable. En un hormigón con aire ocluido,
las diminutas burbujas de aire actúan como un recinto para
absorber las expansiones del hielo.
1. De izq. a der: Acelerante, hiperfluidificante,
superfluidifacante de doble efecto, acelerante e incorporador
de aire.
2. Metodología La determinación del punto de saturación para cada
combinación aditivo-ligante se basa en la evaluación de la
fluidez de pastas preparadas con diferentes dosis de aditivos.
El método empleado consiste en llenar un cono de Marsh
con 800 ml de pasta y medir el tiempo que tardan en escurrir
200 ml a través de una boquilla de 8 mm de diámetro y 60
mm de longitud. En cada serie de pastas se mantiene
constante la razón agua/cemento. El aditivo se calcula como
peso líquido, esto es, se descuenta del agua de amasado el
aporte del aditivo. Una vez realizadas las determinaciones
en las diferentes pastas se representa la curva “tiempo de
escurrimiento – dosis de aditivo” para cada conjunto de
materiales y se define como “punto de saturación” a aquella
dosis a partir de la cual un aumento en la cantidad de aditivo
no provoca una mejora significativa de la fluidez.
Se prepararon 2 litros de pasta utilizando una mezcladora
normalizada de dos velocidades, mezclando durante 2 y ½
minutos a la velocidad baja y 2 y ½ minutos a velocidad
alta. Un tercio de la dosis de aditivo fue incorporada junto
con el agua de amasado y el ligante, y un minuto después los
2/3 de aditivo restante. Entonces se realizaron tres
determinaciones del tiempo de pasaje y cada punto
corresponde al promedio de ellas. Luego de medir la fluidez
durante los minutos posteriores al contacto del cemento con
el agua, se dejó reposar la pasta dentro de un recipiente
26
cubierto y se determinó en dos instantes más el tiempo de
escurrimiento cada aproximadamente 30 minutos. Previo a
cada medición se realizó la homogeneización con un
mezclado a velocidad rápida durante 30 segundos
2. Cono de marsh y análisis de resultados.
2. 1. Experimental
El programa experimental comprendió la utilización de
aditivo superfluidificante “GD19” (ASTM C1017 Tipo I -
ASTM C494 Tipo A y tipo F) y aditivo superplastificante
“SV6” (ASTM C494 Tipo A y tipo F). Cada aditivos se
combinó con cemento CPC 40 y cemento CPN 50 (ARI) en
dosis de 0,4%, 0,6% y 1,0% respecto del peso de cemento y
con relación agua/cemento 0,30.
2. 2. Cálculos
Dosificación
Porcentaje aditivo 0,4% 0,6% 1,0%
Peso aditivo [g] 7,2 10,8 18
Agua [g] 532,8 529,2 522
Cemento [g] 1800 1800 1800 3. Dosificación de pasta.
Aunque solo se necesiten 800 ml de pasta se eligió este
volumen de dosificación debido a los sucesivos ensayos que
se realizan y en cada intervalo debe limpiarse el Cono de
Marsh ya que queda adherida parte de la pasta lo cual
modificaría el tiempo de escurrimiento.
3. Resultados (o Resultados y Discusión)
4. Punto de saturacion 0,6%
5. Punto de saturacion 1,0%
6. Punto de saturación 0,6%
No pudo medirse la compatibilidad GD19 – CP ARI debido
a su escaza fluidez. Esto se debe fundamentalmente a la
mayor finura de este último que incide sobre la viscosidad
de la pasta, origina el aumento de los tiempos de pasaje (o
en nuestro caso nulo) y permite la adsorción de una mayor
cantidad de aditivo aumentando la dosis del punto de
saturación y de la fluidez requerida.
En todas las gráficas se observa una tendencia decreciente a
medida que aumenta la dosis de aditivo, esto es porque al
aumentar la cantidad de aditivo disminuye la viscosidad de
la pasta lo que provoca un pasaje más veloz por el orificio
de salida en el Cono de Marsh y por tanto el tiempo de
escurrimiento disminuye.
4. Conclusiones
El estudio de la fluidez de las pastas constituye una etapa
importante en el diseño de hormigones fast-track cuando se
utilizan relaciones agua/cemento muy bajas, tanto desde el
punto de vista tecnológico como económico.
Las propiedades de la pasta inciden en forma directa sobre la
trabajabilidad, resistencia y la durabilidad del hormigón. Sin
embargo el sistema resulta sumamente complejo ya que
implica elegir diferentes tipos y contenidos de cementos y
aditivos, como asi también definir las dosis más adecuadas
de estos últimos, ya que las mismas varían en forma
significativa conforme el ligante adoptado.
Otra variable significativa en la evaluación de la dosis de
aditivo máxima es la relación agua-cemento, que en nuestra
experiencia se mantuvo en 0,30. El método empleado
establece un valor máximo en la dosis efectiva de
superfluidificante, superado el punto de saturación no
aparecen mejoras de fluidez y aumentan el riesgo de
segregación y retraso en el inicio del proceso de hidratación,
sin embargo, aunque se colocaron dosis dentro del rango
establecido por el fabricante, se observaron efectos de
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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segregación de la pasta en varios ensayos como por ejemplo
SV9-CPC40 0,6% y GD19-CPC40 1%.
Aunque muchos autores recomienden la evaluación de las
propiedades de la pasta, esto no garantiza resultados
predecibles en el diseño de hormigones con uso de aditivos
superfluidificantes.
Referencias
[1] G. Giaccio y R. Zerbino, elección del tipo y dosis de
superfluidificante para el diseño de hormigones de alta
performance, Ciencia y tecnología del hormigón.- LEMIT
Nro. 8 (2000).
[2] M.R. Rixon, Aditivos para los hormigones, composición
propiedades y empleo, Editores técnicos asociados, S.A.
(ed) 1era edición (1984).
[3] A. Giovambattista, HORMIGON-materiales, vida útil y
criterios de conformidad y su consideración en el
reglamento CIRSOC 201-2005, INTI (ed) (2011)
[4] Norma Argentina IRAM 1663, Hormigón de cemento –
aditivos químicos, 3era edición (2002).
[5] C. Arcilla Lopez, G. Cuéllar Trujillo, Aditivos para
concreto y mortero, CMC Latinoamérica (ed) vol.1 nro.1
(2000)
[6] M. L. Brown, J.L. Schlegel, Chemical Admixtures for
Concrete, American Concrete Institute (ed) (2004)
[7] P. Kumar Mehta, P. J. M. Monteiro, Prentice – Hall, Inc.,
Concrete, structure, properties, and Materials, A Simon &
Schuster Company (ed), 1era edición (1998).
[8] Ese material llamado hormigón, H. Balzamo, O. A.
Cabrera, M. A. Clariá, Asociación Argentina de Tecnología
de Hormigón (ed) (2012).
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TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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RECUPERACIÓN DE ASFALTO POR DISNTINTOS MÉTODOS:
HORNO DE IGNICIÓN, ABSON Y MÉTODO LEMaC
Becario: Srta. Aldana Orellana
Universidad Tecnológica Nacional, La Plata, Argentina. [email protected]
Director: Ing. Oscar Rebollo
Universidad Tecnológica Nacional, La Plata, Argentina. [email protected]
Área: Tecnología de los Pavimentos Flexibles PID Asociado: “Utilización de polímeros con modificadores de
cementos asfálticos y su incidencia en el desempeño de mezclas asfálticas densas y semi densas. Código: IFILP4366 Resumen El objetivo de éste trabajo es explicar y hallar una conclusión de los resultados de ensayos hechos con mezcla
asfáltica, con el contenido de asfalto conocido y sobre muestras de las cuales no conocíamos el contenido de asfalto.
Los métodos de ensayos utilizados fueron: Horno de Ingnición (mufla), Abson y el método del LEMaC de las dos
centrífugas.
Palabras clave: ligante, horno, abson, centrífugas.
1. Introducción
El contenido de ligante de una mezcla asfáltica puede ser
determinado de distintas maneras, en ésta tesis se
compararán tres métodos: mediante el Horno de Ignición,
método Abson y el método del LEMaC. Ésta tesis tiene
como objetivo final identificar el contenido de asfalto y la
granulometría de la mezcla, para luego compararlos y así
determinar la exactitud de los métodos entre ellos.
Realizamos ensayos con muestras con el contenido de
asfalto conocido, para ajustar en los tres métodos el error
posible.
2. Metodología y Análisis de Resultados Para la determinación del contenido de ligante asfáltico en
mezclas asfálticas se utilizaron tres métodos. El primero
basado en el método del LEMaC publicado en la “Guía de
metodologías y procedimientos para uso vial desarrollados
en el LEMaC” perteneciente al LEMaC – Centro de
Investigaciones Viales, edición 2016 ISBN 978-987-1896-
51-6. El segundo método empleado es el descripto por la
norma ASTM D-6307, para obtener el porcentaje de asfalto
donde se utiliza el horno de ignición. El tercer método es el
especificado por la Dirección Nacional de Vialidad VN–
E17-87, donde se utiliza el ensayo “Abson” para la
determinación del contenido de asfalto de mezclas
preparadas en caliente, con una variación con el solvente a
utilizar, dado que el tricloroetileno es un producto
cancerígeno, se remplazó por el kerosene, por lo que hay
que tener mayor cuidado a la hora de realizar el ensayo
.
Se utilizaron muestras de obras de pavimentos de la
Municipalidad de La Plata y, mezclas de trabajos de
investigación donde el porcentaje de asfalto utilizado es
conocido.
2. 1. Experimental
En primera instancia, se tomó una muestra de una mezcla
asfáltica de obras de pavimentación de la Municipalidad de
La Plata, el destino de la cual es de una carpeta de
rodamiento.
Por cuarteo sucesivo se tomaron tres muestras iguales para
realizar los tres ensayos propuestos, se tomó una de ellas
para realizar el ensayo con el horno de ignición, la cual fue
colocada en una bandeja receptora provisoria y luego,
llevada a estufa hasta alcanzar los 110°C, una vez ingresada
al horno de ignición se siguieron los pasos tal cual indica la
norma de uso. Con la segunda muestra siguiendo la norma
de Vialidad Nacional, se la coloco en los recipientes del
ensayo abson y se realizó el ensayo. Y, la tercera y última,
fue ensaya mediante el método del LEMaC de las dos
centrífugas.
En la Tabla 1 se pueden ver los resultados de los tres
ensayos y se comparan con el porcentaje de asfalto conocido
(el cual era de 4,8%).
Tabla 1.
Muestra Dato Ensayo % asfalto % error
1 4,8
Horno 5,01 1,04
Abson 6,34 1,32
LEMaC 4,8 1,00
Los resultados obtenidos se compararon con el valor de dato
de referencia, el cual como muestra la Tabla 1, para las
mezclas ensayadas con los métodos horno de ignición y
LEMaC, están en el orden del valor de referencia. En
cambio, con el método abson, el valor obtenido es muy
elevado comparado con el de referencia. Para completar el
estudio, realizamos la granulometría de los agregados
obtenidos como muestra la Tabla 2 y el Gráfico 1.
Foto 4cm x 4cm
30
Tabla 2.
% Pasa
Horno Abson LEMaC
¾ 100 100 100
½ 90,6 86,4 89,5
4 65,1 61,8 60,0
10 47,5 45,4 45,0
40 32,2 30,8 29,0
80 22,8 22,1 21,9
200 0,8 12,0 7,8
Gráfico 1.
Analizando el Gráfico 1 se observan que las granulometrías
de los tres métodos, son muy similares con excepción del
tamiz N°200, donde se observa mucha disparidad entre
ellos, sobre todo en el método del horno de ignición donde
el valor es muy pequeño, comparado con los otros dos, por
lo que se deduce que puede llegar a ser un error del operario.
Luego, se decidió seguir realizando ensayos para minimizar
los errores. Se volvieron a hacer ensayos con la misma
mezcla asfáltica pero de otra obra de la Municipalidad de La
Plata. Ésta vez, los ensayos realizados fueron con el método
del horno de ignición y el método del LEMaC de las dos
centrífugas.
Los resultados se muestran en la Tabla 3, el ensayo de
recuperación de asfalto por el método LEMaC, también se
muestra en la Tabla 3.
Tabla 3.
Muestra Dato Ensayo % asfalto % error
2 4,8 Horno 5,35 1,11
LEMaC 4,8 1,00
Como se observa en la Tabla 3, los resultados de los ensayos
son similares, estando dentro del entorno del valor de
referencia, el cual es del 4,8%. Luego para continuar con lo
programado, se procedió a analizar las granulometrías, las
cuales se muestran la Tabla 4 y se representan en el Gráfico
2.
Tabla 4.
% Pasa
Horno LEMaC
¾ 98,2 94,8
½ 84,1 75,6
4 67,5 53,6
10 48,8 38,0
40 25,5 21,1
80 18,4 15,5
200 13,5 11,4
Gráfico 2.
Se logra ver una diferencia entre la curva granulométrica
obtenida luego del método LEMaC y la curva resultante del
método por el horno de ignición, esto puede deberse a una
pérdida de material por la mala ejecución del operario en el
ensayo del horno.
Para seguir ajustando los métodos, se realizaron nuevamente
ensayos, pero con mezcla asfáltica también de otras obras de
la Municipalidad de La Plata. Los ensayos que se realizaron
fueron con el horno de ignición y con el método abson, con
el fin de ajustar los procedimientos y valores de estos
ensayos.
Los resultados obtenidos, son los que se muestran en la
Tabla 5.
Tabla 5.
Muestra Dato Ensayo % asfalto % error
3 4,8 Horno 4,8 1,0
Abson 4,8 1,0
Habiendo ajustado los posibles errores del operario, se logró
efectivamente obtener el resultado correcto, ya que el
contenido de asfalto era el ya conocido del 4,8%.
En cuanto a la granulometría, los resultados también fueron
muy satisfactorios, se pueden ver en la Tabla 6 y en el
Gráfico 3 representados.
Tabla 6.
% Pasa
Horno Abson
¾ 100 98,4
½ 86,9 84,7
4 58,8 58,5
10 38,6 38,4
40 21,1 21,5
80 16,4 15,6
200 10.4 10,1
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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Gráfico 3.
En este caso, se destaca la exactitud que se obtuvo con el
método del horno de ignición comparado con el método
abson, ya que los resultados fueron muy semejantes.
Luego de realizar una cantidad considerable de ensayos y
estudiar sus resultados, se ahondó en elaborar un ensayo
final con una mezcla en la cual conocíamos el porcentaje de
asfalto utilizado, para ver si estos tenían la precisión que se
necesita a la hora de controlar una mezcla asfáltica.
Los resultados obtenidos de los ensayos, son los que se
muestran en la Tabla 7.
Tabla 7.
Muestra Dato Ensayo % asfalto % error
4 4,8
Horno 4,6 1,0
LEMaC 4,7 1,0
Abson 4,7 1,0
Como se observa en la tabla 7, los tres métodos son muy
precisos a la hora de obtener los resultados que representan
los valores de diseño de las mezclas asfálticas en caliente, en
lo referente al contenido de asfalto.
En cuanto a la granulometría, los resultados fueron muy
buenos, se pueden ver en la Tabla 8 y representados en el
Gráfico 4.
Tabla 8.
% Pasa
Horno Abson LEMaC
¾ 99,0 98,4 98,7
½ 86,9 84,7 85,4
4 58,8 58,5 58,7
10 38,6 38,4 38,4
40 21,1 21,5 21,3
80 10,1 11,1 11,0
200 11,4 10,1 10,0
Gráfico 4.
Se puede ver con claridad que también los tres métodos
tienen exactitud a la hora de analizar los resultados de la
curva granulométrica que compone a la mezcla asfáltica en
estudio, ya que los resultados fueron muy semejantes y se
observa que las curvas están superpuestas.
3. Conclusiones
- La determinación del contenido de ligante asfáltico por
medio de los tres métodos arrojaron resultados muy
precisos, pudiéndose decir que son confiables a la hora de
evaluar una mezcla asfáltica en caliente.
- El análisis de la curva granulométrica también es muy
precisa, siendo los tres métodos muy confiables.
- Determinar el porcentaje de asfalto utilizando el horno de
ignición tiene como ventaja con respecto a los otros dos
métodos, Abson y LEMaC, que el error que puede cometer
el operario a la hora de realizar el ensayo es mucho menor.
- Otra ventaja de realizar la determinación del contenido de
ligante utilizando el horno de ignición, es que resulta más
limpio en comparación con el método LEMaC y el Abson,
ya que no se utiliza kerosene como diluyente.
- En cuanto a los tiempos que duran los ensayos, el horno y
Abson dura 2 horas y, el método LEMaC 1 hora. Pero hay
que tener en cuenta que una vez terminado el ensayo, la
granulometría se puede hacer pasados los 30 minutos en el
horno, cuando se enfría la muestra, mientras que cuando se
realiza el método LEMaC y Abson, debe dejarse 24 horas
secándose en estufa a 100°C.
Agradecimientos
Le agradezco al LEMaC por brindarme el espacio para
realizar los ensayos y además por proveerme de los
materiales para ejecutar los mismos.
Referencias
[1] “Guía de metodologías y procedimientos para uso vial
desarrollados en el LEMaC” pertenecientes al LEMaC –
Centro de Investigaciones Viales, edición 2016 ISBN 978-
987-1896-51-6
[2] Norma de ensayo VN-E17-87. Determinación del
contenido de asfalto de mezclas preparadas en caliente por
el método de “Abson”
[3] Norma de ensayo NTL-384. Contenido de ligante en
mezclas bituminosas por el método de combustión.
[4] Norma de ensayo ASTM 6307. Método estándar para
determinar el contenido de asfalto con el Horno de Ignición
de una Mezcla Asfáltica en caliente.
32
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
33
MEZCLAS ASFALTICAS EN FRIO CON INCORPORACION
DE CAUCHO DE NEUMATICOS FUERA DE USO (NFU).
Becarios; Adriana Noemi Huespe; Rafael Peña; Victoria Anzola.
Universidad Tecnológica Nacional, Berisso, Argentina.
Director; Gerardo Botasso.
Universidad Tecnológica Nacional, Berisso,
Área: Tecnología de los Pavimentos Flexibles PID Asociado:
“Utilización de polímeros con modificadores de cementos asfálticos y su
incidencia en el desempeño de mezclas asfálticas densas y semi densas. Código: IFILP4366
Resumen
Obtener una mezcla en frio con la incorporación de caucho proveniente de neumáticos fuera de uso (NFU), utilizando
tecnología de fácil aplicación con la utilización de mano de obra no calificada, que pueda ser almacenada, transportada y
aplicada, con escasos recursos técnicos, la cual pueda ser destinada a instituciones como ONG municipios y poder
aplicarlos en sendas peatonales, bici senda, baldosas canchas de deporte.
Palabras clave: Mezcla Asfáltica en Frio, Neumáticos Fuera de Uso, Emulsiones Asfálticas.
1. Introducción
Se define a las mezclas asfálticas en frío tipo
concreto, a las que surgen como producto de la
combinación de uno o más agregados pétreos y un
relleno mineral (filler), de ser necesario, con un
asfalto emulsionado catiónico, cuya mezcla,
aplicación y compactación se realizan en frio
(condiciones ambientales).
Las mezclas en frio con emulsiones asfálticas
presentan un amplio campo de aplicación:
pavimentación urbana, arterias con bajo volumen
de tránsito, en ciudades donde no se justifique una
inversión en plantas de producción de mezclas en
caliente, tránsito casi exclusivo de automóviles,
zonas con amplio período sin temperaturas
extremas.
Uno de los principales inconvenientes detectados
en el proceso de diseño, que permitan que estas
mezclas sean durables, es la afinidad entre el árido
y la emulsión asfáltica, realizar una adecuada
valoración de los tiempos de corte y de curado,
como así también los procesos de almacenamiento
y de compactación.
En la presente experiencia se deciden utilizar dos
EA (emulsiones asfálticas),
ELM (emulsión lenta modificada)
EFLUX (emulsión fluxada).
Además se ha decidido incorporar NFU
(neumáticos fuera de uso) triturado. Este material
proviene de la trituración de neumáticos, esperando
pueda aportar mayor textura a las mezclas
diseñadas, amortiguar en mayor grado el caminar o
el tránsito de las bicicletas sobre esta superficie. De
esta forma también se lograra contar con la
disposición de un residuo, adquiriendo la propuesta
de mezcla un valor ecológico.
Se buscarán realizar las siguientes valoraciones:
Valoración estructural
Valoración constructiva
Valoración superficial
Se buscará de esta forma lograr obtener una técnica
de diseño de laboratorio, una propuesta de método
constructivo y una valoración superficial.
2. Metodología
2.1. Mezcla asfáltica en frio
Una mezcla asfáltica en frio es la unión homogénea
mediante el mezclado de agregados pétreos
gruesos, finos y emulsión asfáltica.
2.2. Emulsiones asfálticas: Desde el punto de vista fisicoquímico, una
emulsión es una dispersión de un líquido en otro no
34
miscible con el primero, son en definitivas
dispersiones de un ligante asfáltico en un medio
acuoso. El proceso de emulsificación consiste en
separar mecánicamente el cemento asfáltico
caliente en diminutos glóbulos dispersados en agua
tratada con una pequeña cantidad de agente
emulsivo. Existen dos tipos de emulsiones.
Directas: la fase dispersa (o interna) es
hidrocarbonada y el dispersante (o externa) es agua.
Inversas: la fase dispersa es la acuosa.
Para diseñar las MAF se utilizaron materiales que
cumplieran con las especificaciones vigentes con la
DNV (Dirección Nacional de Vialidad) para micro-
aglomerados en caliente, ya que la estructura de la
mezcla debe permitir su posible disposición en
espesor.
Como se ha dicho las emulsiones utilizadas fueron
de dos tipos.
La emulsión lenta modificada: el uso de una
emulsión del tipo lenta resulta necesaria para que la
mezcla producida pueda tener carácter de
almacenable. En este caso se ha utilizado además
una emulsión con un 2 % de latex SBR, que
garantiza que la adherencia árido ligante, sea más
alta y resultando además obligatorio su uso en
micro-aglomerados. Esta emulsión ha sido provista
por la empresa PROBIAR S.A. Se ha determinado
el porcentaje de residuo asfáltico el cual fue de
62,5 %.
La emulsión fluxada: El uso de la emulsión
asfáltica fluxada, se concibió a partir del concepto
de su composición. Estas emulsiones, son aquellas
que previo al proceso de emulsificación, diluyen el
cemento asfáltico en un solvente. De esta forma
luego la emulsión en su proceso de corte, deberá
perder el agua y el fluxante. Se logra de esta forma
mayor grado de recubrimiento con el árido dado
que el ligante posee menor viscosidad, y se logran
hacer mezclas almacenables de curado lento. La
empresa Cleanosol-Dakobra S.A ha provisto la
emulsión con un residuo asfaltico de 62 % y
Fluxante: 10 % Gasoil.
2.3. Agregados:
2.3.1. Agregados pétreos:
Fueron suministrados por la cantera PIATTI
ubicada en Sierras Bayas, Provincia de Buenos
Aires. En cuanto a la caracterización física de la
roca, cumple con las normas IRAM 1702 y 1703 y
clasifica como un granitoide compacto, al ser
observada en el microscopio óptico. Las
denominaciones comerciales de los áridos
utilizados son:
Piedra partida granítica 6-12 (A.G),
Piedra partida granítica 3-6 (A.I),
Arena de Trituración granítico 0:6 (A.F);
Cumpliendo con las especificaciones solicitadas en
el tipo de mezcla micro-aglomerados. Se han
realizado los ensayos físicos requeridos en el
Pliego de Especificaciones de Vialidad Nacional.
ANEXO Tabla 1- características principales de los
áridos.
La combinación de los agregados se hizo bajo dos
criterios:
Conformar una mezcla tipo densa, de un
micro-aglomerado en caliente. Curva 1
Conformar una mezcla más abierta que
simule las granulometrías de las mezclas
comerciales existentes en el mercado para
tareas de bacheo y mantenimiento vial.
Curva 2
grafica1.curvagranulométricacerrada
La gráfica 1 curva granulométrica cerrada cumple
con la especificación de los micro aglomerados
discontinuos en caliente.
Esta curva cumple con una mezcla densa en frio
siendo un micro aglomerado discontinuo en
caliente.
grafica2.curva granulométrica abierta
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
35
Las curvas tipo 2 se elaboran en general con
emulsión fluxada, ya que es la mejor forma de que
el fluxante se evapore de manera más rápida, con
una granulometría abierta siendo así el curado más
rápido.
2.3.2. Agua de pre envuelta:
El agua utilizada, es la proveniente de red.
2.3.3. NFU
Se utilizó neumático fuera de uso, el cual fue
proporcionado por la empresa Molicaucho.
Utilizamos dos tamaños.
Muestra 1: su tamaño varía de 1 cm a 0,3
cm aprox. (este fue luego el tamaño
elegido para incorporar a la muestra).
Muestra 2: su tamaño varía de 1 cm a 3
cm.
Las características físicas y de composición de este
caucho han sido estudiadas y se presentarán en la
presentación oral de la tesis
3. Experimental laboratorio
Con los materiales enunciados se decidió iniciar el
proceso de diseño sin considerar la incorporación
de caucho NFU para de esta forma ajustar los
patrones de prueba a fin de acercarse a
proporciones tentativas considerando la técnica de
prueba error.
Se desarrollaron una serie de probetas con el
moldeo de Marshall modificado. El Marshall
modificado es un método desarrollado por la
Dirección Provincial de Vialidad de Santa Fe, con
un moldeo estático y moldes con ranuras para la
eliminación del agua. Mientras que para baldosas
se usó el RollerCompact, con diferentes
dosificaciones. Por lo cual se plantearon dos
patrones de trabajo:
La probeta del Marshall modificado
La loseta de 30 x 30 cm
3.1. Procedimiento de elaboración de la
mezcla:
Se realizaron diferentes tipos de mezclas con la
finalidad de encontrar la apropiada para la
investigación.
Se determinaron las dosificaciones de diseño para
las mezclas. Los agregados fueron llevados a estufa
a 100°C por 24 horas, de esta manera se aseguró
que los agregados no contengan una humedad
natural lo cual puede afectar el diseño de mezclas.
Al finalizar el periodo establecido los agregados se
llevaron a temperatura ambiente para la realización
de la mezcla; es importante que los agregados
tengan una humedad adecuada ya calculada en la
dosificación, de esta manera se incorporó agua de
pre envuelta hasta que la superficie de los áridos
estuvo recubierta con la finalidad de que los
agregados no absorbieran el agua de la EA y
provocar un corte prematuro.
Se continuó agregando la EA hasta lograr que la
misma cubra a la totalidad de los agregados, aquí al
estar en contacto los áridos con la EA pone en
marcha el mecanismo de rotura de esta, además de
las acciones de mezclado y aireación de la mezcla
colaboran en la separación ligante-agua,
recubriéndose el agregado con la capa de ligante.
Este proceso se realizó con aire a temperatura
ambiente por 15 min y en horno a 60°C por 30 min.
Obteniendo las muestras en contextos de ensayo,
para conocer su comportamiento mecánico y
dinámico es preciso someterlas a pruebas de los
ensayos de Marshall modificado, densidad de rice y
para la mezcla colocada macro y micro textura, con
el fin de demostrar resultados en cuanto al
comportamiento de la mezcla en baldosa.
3.1.1. Moldeo de probetas con el método de
Marshall modificado.
Para el diseño de MAF la DPV de Santa Fe ha
ajustado el concepto de diseño conocido como
Marshall modificado. En este caso se moldearon
dos probetas de 1200 gr para cada caso.
Se le conoce habitualmente como método “francés”
y se desarrolla con los mismos elementos y equipos
de la técnica Marshall tradicional en caliente. La
única diferencia radica en que la mezcla es
preparada a temperatura ambiente, con áridos
húmedos y emulsión asfáltica. Mientras que en
relación a los moldes y moldeos se puede señalar
que se realiza en un molde que posee 60 agujeros
de 2 mm para que pueda escurrir el agua de la
emulsión, y se compactan de forma estática con un
pistón hasta un rechazo de 12 TN durante 2
minutos.
36
Tabla 1 - Moldeo de probetas Marshall modificado,
dosificaciones
3.1.2. Ensayo Marshall.
El método Marshall, solo es aplicable a mezclas
asfálticas para pavimentación que contengan
agregados con un tamaño máximo de 25mm o
menor.
Dos aspectos principales del método de diseño son,
la densidad-análisis de vacíos y la prueba de
estabilidad y flujo de las muestras compactadas. La
estabilidad de la probeta de prueba es la máxima
resistencia en N(lb) que una probeta estándar
desarrollará en baño de agua a 60°C por media hora
cuando es ensayada. El valor de flujo es el
movimiento total o deformación, en unidades de
0,25mm (1/100”) que ocurre en la muestra entre
estar sin carga y el punto máximo de carga durante
la prueba de estabilidad.
Tabla 2 - resultados promedio obtenidos de las mezclas
abiertas
Tabla 3 - resultados promedio obtenidos de las mezclas
cerradas
A raíz de los resultados obtenidos de las mezclas
abiertas y cerradas se optó por la mezcla abierta
con EFLUX ya que fue la que mejores resultados
obtuvo en promedio.
Las principales ventajas observadas se pueden
sintetizar en:
Observación de mayor grado de
recubrimiento del agregado tanto previo al
curado, como en la mezcla final en
servicio.
Mayor trabajabilidad de la mezcla en
estado fresco lo que redunda en mejoras
en las actividades de manipuleo y
compactación.
Mejora en el proceso de curado y secado.
3.1.3. Moldeo de probetas con Roller Compact.
A fin de poder materializar una superficie que
represente a escala las condiciones de servicio de la
mezcla asfáltica se decide adoptar los moldes de
30x30 (cm) de lado con una altura de 3 cm, con
moldes provenientes del ensayo de Wheel tracking
test. A los efectos de generar la compactación se
utiliza el compactador dinámico Roller Compact.
Estas experiencias se han realizado con los dos
tipos de mezclas, observándose un mejor
desempeño en la mezcla asfáltica abierta con
EFLUX, como se ha señalado con anterioridad.
Dosificación final seleccionada:
Mezcla abierta con emulsión fluxada
Piedra 6:12 (AG): 38,0 %
Piedra 3:6 (AI): 28.5 %
Arena O:6 (AF): 28.5 %
Emulsión Fluxada (EFLUX): 5, 0 %
Tabla 4 - Dosificación final seleccionada
Sobre estos valores que representan el 100% se
adicionó:
Agua de pre envuelta: 3,0 %
Polvo de NFU: 1,5 %
4. Experimental en laboratorio
La parte experimental evolucionó a medida que se
han realizado diferentes pruebas:
Primeramente se realizó una baldosa de 50x50 cm a
fin de poder valorar el comportamiento de la
mezcla en servicio, y además ajustar la
metodología. Por lo tanto se procedió a realizar
una mezcla abierta con emulsión fluxada al 5% con
1,5% de NFU.
La fabricación de la MA se ejecutó en el
laboratorio, realizando un mezclado manual, y
luego llevándolo a horno con recirculación de 60° y
sometiéndose a mezclados con espátula
aproximadamente cada 10 minutos, a fin de lograr
que la emulsión rompa, observando que tiene un
color café, que es el color en estado líquido y
después del rompimiento se torna de color negro.
En el caso de volúmenes más grandes será
necesario emplear equipos mecánicos como una
mezcladora y realizar el mezclado in situ. Durante
el curado se observa una mejor trabajabilidad de la
mezcla, suponemos que es por la incorporación del
NFU, el cual permite mejorarla.
En cuanto a la selección del lugar en el cual
emplear el desarrollo de laboratorio, en forma de
baldosa, se consideró que sea un lugar soleado,
aireado y con buena base de apoyo para la mezcla
de 3 cm diseñada.
AB
IER
TA
DENSIDAD MARSHALL [gr/cm3] 2.07
DENSIDAD RICE [gr/cm3] 2.59
VACIOS [%] 20
ESTABILIDAD CORREGIDA 1.6
FLUENCIA [mm] 4.1
CE
RR
AD
A
DENSIDAD MARSHALL[gr/cm3] 2.16
DENSIDAD RICE [gr/cm3] 2.45
VACIOS [%] 7
ESTABILIDAD CORREGIDA 1.38
FLUENCIA [mm] 3.08
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
37
Es así que se eligió el lateral de la calle de entrada
del acceso de 58 de la UTN FRLP, siendo además
cercano al laboratorio para su monitoreo.
4.1 Procedimiento:
Se procede a recortar la base se suelo a efectos de
garantizar un espesor uniforme de la mezcla a
colocar.
Teniendo la zona limpia se procedió a hace un
riego de impregnación con emulsión, a fin de que
se adhiera la mezcla perfectamente con el suelo y
se impermeabilice la superficie de la base.
Luego del riego se coloca un molde de madera de
dimensiones de 50 x 50 cm interior con una altura
de 1”.
Teniendo la mezcla ya hecha la cual tuvo el
rompimiento en el laboratorio, se ha llevado al
lugar elegido para confeccionar la baldosa de
prueba y luego se procedió a compactar, utilizando
como elemento de compactación un rodillo de
hormigón con un peso de 70.5kg y una longitud de
0.45m.
La compactación se realizó pasando el rodillo sobre
un film de plástico a fin de evitar la adherencia del
material a la superficie del rodillo; haciendo
movimientos sobre toda la baldosa de izquierda a
derecha aproximadamente unas 20 veces y después
del otro sentido para tener una buena
compactación. La tarea de compactación se dio por
culminada cuando el descenso en el espesor fue
nulo, luego del número de pasadas enunciado.
4.2 Resultados vistos
La baldosa se ejecutó un fin de semana donde fue
imposible hacer una revisión del proceso de
curación de la baldosa, a pesar de que hubo lluvias,
al iniciar la semana se analizó la baldosa y se
encontró firme y sin ninguna anormalidad,
evidenciando una evolución adecuado.
La experiencia evidenció que el proceso logrado
fue acertado y con pequeños ajustes puede ser
utilizado.
Utilizando el ensayo de parche de arena Norma
NLT 335, a fin de determinar la macrotextura de la
baldosa construida
La macrotextura será la encargada de facilitar el
mejor escurrimiento del agua en superficie, siempre
que las condiciones geométricas de las obra así
también lo permitan.
El ensayo del parche de arena se muestra
visualmente en la siguiente figura:
Figura 1- Riego de liga.
Figura 2- Baldosa de prueba
Figura 3 – Macro y micro textura
Figura 4 – Ensayo parche de arena
38
Los valores deseados de altura de parche de arena
se ubican por lo general entre 0.8 y 1,2 mm.
En el caso de la baldosa prototipo, el valor de H fue
de:
H (mm) = 0.70
Es intención es aumentar ese valor a fin de
garantizar la aplicación de la mezcla para otros
usos, pero en realidad el valor obtenido se
considera apto para veredas o ciclo vías.
5. Experimental en campo - Casa de madera.
Con el objetivo de poder valorar la tecnología
desarrollada en el laboratorio y habiendo ajustado
la dosificación en una baldosa de prueba, se
procedió a realizar una vereda para la entrada a la
casa de madera. Esta casa situada en el predio de
deportes de la Regional, fue desarrollada por el
Grupo de Vivienda del Departamento de Ingeniería
Civil, considerando el uso de madera local de
sauce, y además se ha desarrollado un sistema de
alimentación de electricidad con energía eólica y
termosolar, íntegramente desarrollado en la
Regional. Es por ello que una vereda ecológica de
mezcla en frío parece ser una muy buena
alternativa para cerrar conceptualmente la idea de
sostenibilidad de toda la construcción.
Para ello se seleccionó la mezcla abierta con
EFLUX al 5% con 1,5% de NFU. La misma
mezcla que fue utilizada para la baldosa
experimental ajustando a la técnica constructiva a
efectos de poder lograr mayor macrotextura. El
procedimiento de elaboración de la mezcla fue de
manera similar a la de la baldosa con la diferencia
que fue realizada en el sitio de la construcción de la
vereda, realizando la mezcla con un trompito y la
compactación con el mismo rodillo que se utilizó
para la baldosa experimental.
Como primer paso se preparó la base en la cual se
colocaría la vereda, en este caso de decidió hacer
una base con un suelo caracterizado en el LEMaC.
Dando como resultado un suelo A-4(5). Es un suelo
típico de este grupo, limoso no plástico o
moderadamente plástico, que normalmente tiene un
75% o más de material que pasa por el tamiz Nº
200. También se incluyen en este grupo los suelos
constituidos por mezclas de suelo fino limosos y
hasta un 64% de gravas y arenas.
5.1 Procedimiento
Obtenida la caracterización del suelo base y
verificando que es apta para la vereda, se inició el
proceso de construcción del suelo base.
Teniendo la base y las dosificaciones calculadas
para la vereda en relación con la baldosa de prueba,
se procede a la elaboración de la mezcla “in situ”.
Figura 6 - Suelo base.
La maquinaria utilizada para mezclar fue un
“trompito”.
Figura 7 - Mezclado de los materiales
Se trasladaron al lugar todos los materiales, equipos
y maquinaria necesarios para la realización de la
vereda como: palas, espátulas, balanzas de más de
60kg, vasos precipitados, mezcladora (trompito),
Figura 5 – Clasificación de la macrotextura
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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compactadora, riego de liga y se delimitan los
bordes con clavaderas de madera de 1”de espesor.
Estas tienen dos funciones fundamentales:
otorgarle soporte a la mezcla hasta que esta cure
por completo; y regular el espesor.
Se inició la construcción de la vereda realizando un
riego de impregnación con emulsión, a fin de que
se adhiera la mezcla perfectamente con el suelo.
Los agregados utilizados en la mezcla no fueron
secados en estufa debido al gran volumen, además
con el objetivo de valorar la tecnología a escala
real.
Primero se introducen en el trompito los agregados
luego el NFU y por último la emulsión. Se deja
mezclar unos minutos hasta que se observe que
todos los materiales estén recubiertos con la
emulsión y esta corte. Se realizaron tres mezclados
para completar la totalidad de la vereda.
Teniendo toda la mezcla agregada dentro de la
contención, se colocó al igual que la baldosa de
prueba, una lona plástica para que el material no se
adhiriera al rodillo y poder compactar de manera
fácil. Ya finalizando, se colocó la señalización para
que no haya transito sobre la vereda hasta un nuevo
aviso.
Figura 8 - Volcado de la mezcla.
5.1.1Resultados vistos
Posterior a la construcción de la vereda se
monitoreo periódicamente con el fin de determinar
el tiempo de curado para habilitar el tránsito
peatonal.
La evolución del proceso de curado fue de
aproximadamente un mes, hasta obtener la mayor
firmeza superficial. Si bien la mezcla pudo haber
sido transitada desde los 15 días de colocada.
En la baldosa, ejecutada como elemento patrón, en
donde el proceso de curado se logró hacer a
temperatura de 60°C en laboratorio, a los 2 días se
logró valores de curado similares a los de la vereda.
En el caso de esta última, se deberá procurar un
proceso de curado por acción de mezclado y
aireado en campo con pala por lo menos durante
media hora, dejar reposar y volver a repetir esta
operación 2 veces. Las próximas experiencias
durante el año 2019, pondrán en práctica esta
recomendación, considerando una temperatura
ambiente de al menos 20°C.
Una vez terminado el proceso de curado de la
mezcla se realizó el ensayo de parche de arena al
igual que la baldosa prototipo.
En este caso el valor de H fue de 0,90[mm]. Por lo
que se ubica en textura profunda (velocidades
mayores a 120 km/h) dentro de la clasificación
antes mencionada.
6. Conclusiones.
La mezcla de granulometría abierta, con
emulsión fluxada ha demostrado ser la que
mejor recubrimiento del ligante frente al
árido utilizado.
La granulometría abierta, con tres
fracciones de áridos, emulsión fluxada y la
adición de polvo de NFU, permitió
generar una mezcla homogénea, y con
adecuados valores de macrotextura.
Se recomienda dejar la mezcla suelta en la
obra un día aireada al sol y compactarla al
siguiente día, para favorecer la
evaporación..
Figura 9 – Ensayo de parche de arena
40
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
41
Método Universal de Caracterización de Ligantes (UCL)
Becario: Regis Andres Garcia Thanner LEMaC La Plata, Argentina. [email protected]
Director: Ing. Oscar Raúl Rebollo LEMaC La Plata, Argentina. [email protected]
Área: Gestión y Diseño Vial. PID Asociado: “Sistema creado para predecir el comportamiento de geosintéticos
interpuestos en la rehabilitación de pavimentos ante cargas dinámicas repetidas”. Código: UTI4052TC.
Resumen El ensayo UCL es un método que permite evaluar el betún asfaltico dentro del conjunto que proporciona la mezcla asfáltica, y su interacción,
no solo con los agregados, sino también con el filler que tendrá la mezcla. Este método permite clasificar los distintos betunes que podrían
utilizarse en una determinada obra de pavimentación. En este ensayo se evalúa 4 propiedades funcionales que los ligante han de aportar al
comportamiento de las mezclas bituminosas, cohesión, susceptibilidad térmica, adhesividad, resistencia al envejecimiento.
Palabras clave: cohesión, adhesividad, susceptibilidad térmica, mezclas bituminosas, probetas asfálticas
1. Introducción
El objetivo de esta investigación, es visualizar el
comportamiento de un asfaltos CA-20, y la influencia que
tienen en una mezcla asfáltica, con dos clases distintas de
fillers, uno de procedencia granítico, resultante de la
trituración de piedra granítica, muy fino pasa el tamiz de 74
µm y el otro filler es cal hidráulica uno de los más utilizados
a la hora de fillerizar una mezcla asfáltica en caliente. El
método UCL evalúa cuatro propiedades funcionales que los
ligantes aportan al comportamiento de mezclas bituminosas.
La cohesión que es el poder aglutinante que confiere un
ligante a una mezcla. La susceptibilidad térmica de los
ligantes que varían sus propiedades respecto a la
temperatura y frecuencia de carga. La adhesividad que es la
resistencia a la disgregación del material (adherencia
ligante-agregado). El envejecimiento que es la rigidización
de los ligantes en la mezcla debido a la oxidación y
envejecimiento producidos por una exposición a calor, aire y
otros medios.
2. Metodología Para la confección de las probetas se consideró la
metodología de ensayo, que plantea el método con una
granulometría específica y un porcentaje de asfalto igual a
4,5%. La curva granulométrica a utilizar se muestra en la
Tabla N° 1
ASTM
(Pulgadas)
IRAM
(mm)
%Pasa
(%)
N°4 4,76 100
N°8 2,38 20
N°30 0,59 0
Tabla N°1
Este método emplea un único ensayo, el ensayo cántabro de
pérdida por desgaste, rápido y sencillo capaz de caracterizar
de forma precisa las propiedades funcionales más
importantes del ligante. Este ensayo también es capaz de
evaluar las propiedades que aportan distintos tipos de filler a
la mezcla. Para el propósito de este estudio se utilizaran
filler cal y filler graníticos, este último se obtiene de la
explotación en canteras, es un material que abunda y no
tienen mucho uso, ya que lo denominan material de
descarte.
Se moldearon probetas asfálticas separadas en tres grupos
representativos, el primer grupo está compuesto por probetas
sin contenido de filler, el segundo grupo está integrado por
probetas con filler cal y el tercer grupo está conformado por
las probetas con filler granítico. Cada probeta fue
compactada con 50 golpes por cara.
Para confeccionar las probetas con los 2 filler se tomó como
base de partida la concentración crítica, así de esta manera
poder colocar una cantidad de filler igual, el valor se
muestra en la Fórmula N°1
(1)
Donde Cv es concentración volumétrica y Cc es
concentración critica. Una vez finalizado el moldeo delas
probetas se pasó a tomar los datos individuales de cada
probeta, se obtuvieron los diámetros, alturas, pesos al aire,
pesos sumergidos y se calculó el volumen, la densidad
Marshall, la densidad Rice y el porcentaje de vacíos. Luego
cada una fue clasificada mediante un código. Las probetas 1-
2 son probetas sin filler, las 4-5 son las probetas con filler
granítico y las 7-8 son las probetas con filler calcáreo, la
Tabla N°2 muestra lo expresado y la cantidad de probetas
moldeadas para cada acondicionamiento adoptado.
42
Envejecimiento
0 días 3 días 5 días 7 días
Sumergidas
en agua a
60°C 24 hs.
Temperatura 25 oC 80 oC 80 oC 80 oC 60 oC
CA 20 - Sin
filler 2 2 2 2 2
CA 20 - filler
granítico 2 2 2 2 2
CA 20 - filler
cal 2 2 2 2 2
sub total 6 6 6 6 6
Total 30
Tabla N°2
2. 1. Experimental
Las probetas fueron acondicionadas en una cámara de
envejecimiento a 80°C por periodos de 3, 5 y 7 días, luego
se dejaron en reposo por 24 horas a temperatura ambiente y
se ensayaron luego de 6 horas a 25°C en cámara con
circulación de aire forzado, denominado Cántabro Seco. Un
juego de probetas no se sometió a envejeció y fueron
ensayadas luego de 24 horas de ser moldeadas y 6 horas a
25°C a Cántabro Seco, otro juego se acondiciona para hacer
el ensayo de Cántabro Húmedo, sumergiendo en agua a
60°C por 24hrs, luego 24 horas de reposo a temperatura
ambiente y colocadas en cámara con circulación forzada a
25°C durante 6 horas. Luego de ser ensayadas, se pesan
nuevamente y se calcula la pérdida de masa porcentual y
final mente se calculaba la masa final Promedio (%) de las
probetas del mismo grupo
(2)
(3)
3. Resultados (o Resultados y Discusión) Para la evaluación de los resultados obtenidos en las
probetas con filler cal, filler granítico y sin filler se
representaron los resultados en gráficas, mostrando en las
abscisas las distintas condiciones a los cuales fueron
expuestas las probetas y en ordenadas el porcentaje de
pérdida de masa promedio.
En el Grafico N° 1 se muestra los resultados obtenidos de la
mezcla denominada Patrón, confeccionada sin filler.
Este grafico muestra como crese la pérdida de masa a
medida que el asfalto es envejecido, siendo la menor perdida
la muestra no envejecida y va aumentando a medida que
aumenta el envejecimiento, siendo la pérdida mucho mayor
cuando son sometidas al ensayo de Cántabro Húmedo, los
porcentajes de pérdida de masa a medida que envejece la
muestra son evidenciados en el Grafico N°2, tomado como
referencia el valor de la pérdida de masa a cero días de
envejecer.
Como se observa en el Grafico N°2 el envejecimiento de la
probeta a 3 días tiene una perdida 77,2 % referida a las
probetas sin envejecer y va en aumento con la edad de
envejecimiento, siendo el mayor cuando se la somete al
ensayo de Cántabro Húmedo, llegando a ser del 250 %
respecto de la probetas sin envejecer
En el Grafico N° 3 se representa la pérdida de masa de las
probetas confeccionadas con el aporte de filler cal.
Como se ve, al igual que en el caso sin filler la condición sin
envejecer se comporta mejor que las envejecidas, pero a
diferencia de las probetas sin filler, estas no tienes tanta
disparidad a medida que se envejecen las probetas, incluso
Grafico N° 1
Grafico N° 2 Relación porcentual de pérdida de masa
referidas a las probetas sin envejecer
Grafico N°3 Probetas con filler cal
código correspondiente
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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las probetas sometidas al ensayo de Cántabro Húmedo no
presentan una diferencia con las ensayadas a Cántabro Seco,
los valores obtenidos en las probetas con el aporte de filler
cal son mucho menores que los de las probetas sin filler, lo
cual muestra la incidencia de la cal en las mezclas asfálticas.
En el grafico N°4 se muestra la relación de pérdida de masa
en porcentaje referido a las probetas sin envejecer.
Cuando comparamos los valores de pérdida de masa entre sí,
refiriéndolas a la perdida de las probetas sin envejecer,
vemos que los porcentajes van en aumento a medida que se
envejecen las muestras y como en el caso de las probetas sin
filler la mayor pérdida se da con el ensayo de Cántabro
Húmedo, pero a diferencia del caso anterior este no es tan
elevado, pudiendo ser comparado con los del ensayo de
Cántabro Seco. En el Grafico N° 5 se representa la pérdida
de masa de las probetas confeccionadas con el aporte de
filler granítico.
Cuando se utiliza el filler granítico proveniente de la
trituración de la piedra granítica, vemos que este tiene un
comportamiento mejor, incluso que la cal, a medida que se
envejece va aumentando la perdida al igual que en los casos
anteriores, pero obteniéndose perdidas muy inferiores
comparando los valores porcentuales entre los tres casos. En
cambio cuando se comparan los resultados del ensayo de
Cántabro Húmedo en los tres caso, vemos que el aporte del
filler granítico no mejora sustancialmente la adherencia,
estando solo unos puntos por debajo de la muestra sin aporte
de filler, en cambio la cal si muestra que tiene mayor
incidencia a la hora de evaluar la adherencia. Cuando
comparamos las pérdidas de masa referidas al valor
porcentual de las probetas sin envejecer, notamos que son
valores muy inferiores a las obtenidas, en el Grafico N°6 se
muestra.
Al analizar los porcentajes referidos a la condición sin
envejecer notamos que la variación es mucho menor que con
la incorporación del filler cal. En cambio cuando se realiza
el ensayo de Cántabro Húmedo el valor obtenido es mucho
mayor que el obtenido con filler cal. Ahora analizaremos el
envejecimiento por edad, comenzando por las probetas sin
envejecer tomadas como patrón, en el Grafico N°7 se
muestra la relación de las pérdidas de masa.
Grafico N° 4 Relación porcentual de pérdida de masa
referidas a las probetas sin envejecer
Grafico N°5 Probetas con filler
cal Grafico N°5 Probetas con filler granítico
Grafico N° 6 Relación porcentual de pérdida de
masa referidas a las probetas sin envejecer
Grafico N°7 Relación de pérdida de masa
probetas sin envejecer
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En la gráfica se ve que el filler granítico tiene menor pérdida
de masa que las probetas con filler cal y sin filler.
Como se puede apreciar en el grafico en este caso también
las probetas moldeadas con filler granítico tienen mejor
comportamiento que las moldeadas con cal y sin filler.
Al igual que en el envejecimiento a 3 días la probetas con
filler granítico presentan menor pérdida de masa, también se
observa como a medida que crece la edad de envejecimiento
crece la pérdida de masa en los 3 casos, siendo la de mayor
pérdida las probetas sin filler.
Como en los casos anteriores aumenta la pérdida de masa a
medida que el envejecimiento es mayor. Las probetas con
aporte de filler granítico siguen siendo las de menor pérdida
comparándolas con las que no tienen filler y las que tienen
filler cal.
Este ensayo donde se pone de manifiesto la adherencia, se
ve en el GraficoN°11 que la mezcla que peor adherencia
tiene es la que no contiene filler, superando el 50% de
pérdida de masa, y al contrario del ensayo Cántabro Seco, la
probetas moldeadas con filler granítico tienen menor
adherencia que las que fueron confeccionadas con filler cal,
siendo estas las que mejor resultados obtuvieron, casi igual
pérdida que las ensayadas a Cántabro Seco.
Grafico N°10 Relación de pérdida de masa
probetas a 7 días de envejecimiento
Grafico N°8 Relación de pérdida de masa
probetas a 3 días de envejecimiento
Grafico N°9 Relación de pérdida de masa
probetas a 5 días de envejecimiento
Grafico N°11 Relación de pérdida de masa de
probetas ensayadas a Cántabro Húmedo
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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4. Conclusiones
[1] El envejecimiento de las probetas va en aumento con la
edad, siendo las muestras que mejor comportamiento
tuvieron las moldeadas con filler granítico seguidas por las
moldeadas con filler cal.
[2] La cal es un mejorador de adherencia, en este trabajo se
muestra su muy buen comportamiento ante la exigencia del
ensayo Cántabro Húmedo.
[3] El contenido de filler, sea cal o granítico, aumenta la
cohesión en las mezclas asfálticas.
[4] A la hora de analizar la susceptibilidad térmica vemos
que las probetas con filler granítico le confieren una mejor
prestación, por encima del filler cal
[5] Es evidente que las mezclas fillerizadas tienen mejor
comportamiento en general que si no lo tuvieren, es por eso
que se recomienda fillerizar.
Agradecimientos
Quiero dar gracias al LEMaC por darme la oportunidad de
llevar al cabo este estudio y a mi tutor que me estuvo
guiando y enseñando los pasos a seguir para realizar
correctamente la investigación.
Referencias
[1] “Resistencia al envejecimiento de las mezclas
bituminosas en caliente: beneficios y limitaciones de la
incorporación de fílleres comerciales” Primera parte:
estudios en base al método UCL Hugo D. Biancheto;
Rodrigo Miró Recasens; Felix Pérez Jiménez. Buenos Aires,
año 2007
[2] “Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la
cohesión y adhesividad del mástico” Martin Sanchez,
Alejandro. Barcelona, año 2007
[3] “Metodología Para la Caracterización de Ligantes
Asfalticos Mediante el Empleo del Ensayo Cántabro” Jorge-
Rodrigo Miro Recasens. Barcelona, marzo de 1994.
[4] “Incorporación de fílleres cálcicos a las mezclas
asfálticas: beneficios y limitaciones” Hugo D. Biancheto año
2008.
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TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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AHUELLAMIENTO EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOS UTILIZANDO
GEOSINTÉTICOS.
Becaria; Atoche Ayala, Mayra Angela.
LEMaC Centro de Investigaciones Viales de la Universidad Tecnológica
Nacional; Facultad Regional La Plata. Av. 60 y 124(1900). La Plata, Buenos
Aires, Argentina.
Director; Delbono, Héctor Luis.
LEMaC Centro de Investigaciones Viales de la Universidad Tecnológica
Nacional; Facultad Regional La Plata. Av. 60 y 124(1900). La Plata, Buenos
Aires, Argentina.
Área: Tecnología de los Pavimentos Flexibles. PID Asociado: “Sistema creado para predecir el comportamiento de
geosintéticos interpuestos en la rehabilitación de pavimentos ante cargas dinámicas repetidas”. Código: UTI4052TC.
Resumen El ahuellamiento es un tipo de defecto o falla que se produce en pavimentos asfálticos, este consiste en una desnivelación
canalizada principalmente en la huella de circulación de los vehículos.
Se realizaron experiencias en laboratorio utilizando el equipo Wheel Tracking Test, implementando diferentes sistemas: con y sin
la interposición de material geosintético a diferentes niveles en el paquete del pavimento, analizando el ahuellamiento.
Se analizaron diferentes parámetros de las curvas de ahuellamiento, evidenciando que el geosintético empleado, reduce la
deformación vertical permanente que se manifiesta, prolongando de esta manera la vida útil de los pavimentos.
Palabras clave: Geosintéticos, Pavimento, Mezcla Asfáltica, Ahuellamiento.
1. Introducción
El ahuellamiento es un tipo de deterioro que se produce en
los pavimentos asfálticos, consiste en la acumulación de la
deformación vertical permanente que se produce en todas
las capas que forman la estructura del camino por el cual
transitan los vehículos.
La deformación permanente puede ser evidenciada por
diferentes motivos: puede tener origen en deformaciones de
las bases, la subrasante (Figura1) y/o de la propia mezcla
asfáltica, propiedades deficientes de los materiales;
propiedades volumétricas erróneas; tránsito; condiciones
climáticas (altas temperaturas; cargas pesadas, bajas
velocidades de circulación, etc.) (Figura 2). [1]
Figura 1.Fallas de subrasante.
Figura 2.Fallas en la capa por la mezcla asfáltica.
El presente trabajo estudia el efecto del ahuellamiento de
una capa asfáltica convencional densa del tipo CAC D19
compactada, con y sin interposición de geosintéticos.
Para esto se utiliza el equipo de rueda de carga Wheel
Tracking Test, considerando la interposición de un
geosintético a diferentes niveles de la estructura; siguiendo
los lineamientos de la Norma UNE-EN 12697-22
2. Metodología
2.1 Ensayo de rueda de cargada.
El ensayo Wheel Tracking Test, consiste en una rueda, que
gira sobre la superficie de una probeta prismática de las
siguientes dimensiones 300x300 mm y 5 mm de espesor. El
ensayo registra las deformaciones verticales sufridas por la
mezcla a lo largo de 10.000 ciclos de carga; dicho ensayo se
efectúa a 60°C.
48
La carga de la rueda es de 700N, la cual se aplica con una
frecuencia de movimiento de 26,5 ciclos por minuto. Las
características de la rueda están dadas por su diámetro 200
mm, su acho 50 mm, el espesor de la cubierta 20 mm y la
dureza de la cubierta 80 IRHD (International Rubber
Hardness Ddegrees). Bajo estas características cumple con
la Norma EN 12697-22 bajo el procedimiento B. (Figura 3).
Figura 3.Equipo de Wheel Tracking Test.
2.2 Materiales utilizados para la confección de probetas.
2.2.1 Mezcla Asfáltica.
La mezcla asfáltica utilizada como base y refuerzo de los
sistemas es un Concreto Asfáltico Convencional Denso,
tamaño máximo de agregado 19mm (3/4”), de
denominación CAC D19, según las especificaciones
Técnicas Generales de Vialidad Nacional. [2]
La Tabla 1 presenta los resultados de los ensayos de
laboratorios sobre la mezcla asfáltica, los mismos se
consiguen mediante ensayo Marshall (IRAM 6845), el cual
permite caracterizar una mezcla asfáltica. (Figura 4).
Figura 4.Probetas Marshall.
Tabla 1-Resultados y exigencias para un Concreto Asfaltico
CAC D19
ENSAYO RESULTADO EXIGENCIA
Vacíos en la muestra (%) 5,6 3-5
Relación Betún-Vacíos (%) 70,1 65-75
Estabilidad (KN) 5,69 >10
Vacíos de agregado mineral (VAM %) 18,8 >14 Relación Estabilidad-Fluencia(KN/mm) 2 2,5-4,5
2.2.2 Material Geosintético.
El material geosintético seleccionado, será una geogrilla,
ampliamente utilizado en obras viales, es caracterizado
siguiendo la normativa IRAM de Argentina el mismo se
presenta en la Tabla 2.
El resultado a tracción se obtiene de una muestra ensayada
luego de ser sometida a la colocación de la mezcla asfáltica
a 160°C sobre la geogrilla.
Tabla 2- Material Geosintético empleado.
Material DenominaciónTracción en sentido del rollo
sometida a 160° C(IRAM 78012)
Carga (KN/mm) Deformación (mm)
Geogri l la
conformada por
fibras en
pol iéster unidas
por puntos a un
geotexti l no
tejido de
propi leno, mal la
de 40x40 mm con
recubrimiento
bi tuminoso.
36,40 13,87
2.3 Confección de Probetas.
Con los materiales citados se han confeccionado serie de
probetas para ser ensayadas en el equipo de rueda de carga,
de la siguiente manera: se elaboraron distintas probetas,
variando espesor de base y de refuerzo como se indica en la
Tabla 3; compactada manualmente mediante martillo
percutor Metabo utilizado en velocidad igual a 7, simulando
un pavimento existente, un riego de liga a razón de 0,5
l/m2(Figura 5), luego se coloca el material geosintético en la
mitad de la probeta de dimensiones 150 mm de ancho por
300 mm de largo (Figura 6), por último se realiza la
compactación de una capa asfáltica como refuerzo del tipo
CAC D19 mediante el equipo manual Metabo. (Figura 7).
Figura 5.Riego de liga
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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Figura 6. Colocación de Geogrilla.
Figura 7.Compactación manual.
Figura 8.Terminación de Probeta.
Tabla 3 Sistemas de probetas diseñadas.
Sistema Identificación Referencia
1 Referencia sin GST
2 Refuerzo 2,5 con GST
3 Refuerzo 2,5 sin GST
4 Refuerzo 3,5 con GST
5 Refuerzo 4,5 sin GST
6 Refuerzo 5,5 sin GST
7 Refuerzo 5,5 con GST
Esquema de los sistemas diseñados.
3. Resultados.
3.1 Ensayo de rueda cargada (Norma UNE EN 12697-22,
procedimiento B).
Con los datos recopilados del ensayo se evalúan diferentes
parámetros, los mismo se presentan en la Tabla 4.
Tabla 4. Parámetros obtenidos de los ensayos de rueda
cargada.
Sistema d1000 d500 WTS RD PRD FEF
1 8,17 6,81 0,272 8,17 16,33 1,00
2 1,79 1,76 0,005 1,79 3,57 4,56
3 5,01 4,93 0,016 5,01 10,02 1,63
4 2,94 2,89 0,01 2,94 5,87 2,78
5 4,83 3,75 0,216 4,83 9,66 1,69
6 6,58 5,8 0,156 6,58 13,16 1,24
7 2,83 2,51 0,063 2,83 5,65 2,88
Sistema 4 y Sistema 5. 4,5
3,5
Sistema 6 y Sistema 7. 5,5
2,5
Sistema 2 y Sistema 3.
2,5
5,5
50
Figura 10. Probetas luego de ser ensayadas.
4. Análisis de resultados y Conclusiones
Se observa que a medida que el material geosintético está
más próximo a la superficie, el ahuellamiento se ve
disminuido debido al trabajo que el material aporta al
contener los desplazamientos horizontales (de corte).
En la Tabla 4 y gráficamente puede verse que para el
Sistema 2, en el cual se utilizó geogrilla con un refuerzo de
2,5 cm sobre el material, se tiene un beneficio superior en
cuanto a las demás curvas con respecto a la resistencia al
ahuellamiento.
En los esquemas de los sistemas diseñados se pueden
observar diferentes refuerzos 2,5 cm; 3,5cm; y 5,5cm sobre
el material geosintético; que fueron utilizados para la
confección de las probetas.
En los diferentes sistemas, 2 y 3; 4 y 5 o 6 y 7, la diferente
interposición en que se puso del material geosintético brindó
efectividad en la disminución del ahuellamiento, entre los
que cabe destacar los sistemas 2 y 7 como los que mejores
se comportaron presentando una profundidad de huella de
1,79 mm y 2,83 mm respectivamente.
Se puede determinar de esta manera un factor de efectividad
(FEF) entre las curvas que consideran la interposición del
material geosintético y aquel sistema considerado como
Referencia que no considera el geosintético, Sistema 1.
Dentro de los materiales geosintéticos que el mercado
ofrece, las geogrillas presentan buen beneficio en cuanto a la
reducción de las deformaciones permanentes verticales. Se
considera que el beneficio está dado por la contención
lateral que el material geosintético ofrece y que
particularmente está ligado al espesor de las fibras que
componen el material, las cuales brindan mayor rugosidad al
movimiento del flujo que se produce en la mezcla asfáltica.
5. Referencias
[1]Delbono H.L “Grillas poliméricas en sistemas anti reflejo
de fisura considerando solicitaciones dinámicas”. Tesis
doctoral. 376p. 2014
[2]Vialidad Nacional. Pliego de Especificaciones Técnicas
Generales para concretos en caliente y semi caliente del tipo
densos, semi densos y gruesos con aporte de RAP. Versión
2017.
[3]Delbono H.L “Primeras experiencias en el ahuellamiento
(roderas) y fisuración refleja, en pavimentos de hormigón
con refuerzo asfáltico, utilizando materiales geosintéticos”.
Revista Carreteras de España. Edición N° 206 pág. 72-80
ISSN 0212-6389. Marzo/Abril 2016.
AHUELLAMIENTO
SIN GEOSINTÉTICO
AHUELLAMIENTO
CON GEOSINTÉTICO
AHUELLAMIENTO
CON GEOSINTÉTICO
AHUELLAMIENTO
SIN GEOSINTÉTICO
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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EVALUACION DE UN SISTEMA DE DEMARCACION VIAL
MEDIANTE EL ENSAYO DE RUEDA CARGADA
Becario/s; Damia; Mariano Ezequiel LEMaC- Centro de Investigaciones Viales, Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La
Plata, La Plata- Argentina. [email protected]
Director/res; Mechura; Veronica Vanesa LEMaC- Centro de Investigaciones Viales, Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La
Plata, La Plata- Argentina. [email protected]
Área: Gestión y Diseño Vial. PID Asociado: “Valoración del desempeño de modelos de soluciones viales a nivel de
calzada para la conducción segura bajo condición de escasa visibilidad por niebla”. CódigoTVTUNLP0004302.
Resumen
Frente a la falta de normativa que hay a nivel nacional esta tesis propone un método práctico para evaluar la performance en
servicio de la demarcación vial. Para lograr este propósito se implementa el ensayo de rueda cargada o “Wheel tracking test”,
donde se ensayan probetas de hormigón sobre las cuales se aplica un sistema de demarcación horizontal conformado por pintura
acrílica y microesferas de vidrio, tanto incorporadas como sembradas. La evaluación de la performance se realiza por
comparación de parámetros obtenidos antes y después del ensayo. Dichos parámetros son la microtextura, retrorreflexión y
luminancia y la evaluación con microscopio. En base a los resultados obtenidos se llega a la conclusión de que el ensayo de rueda
cargada nos permite realizar una evaluación de los efectos del tránsito en las demarcaciones.
Palabras clave: Performance, pintura vial, ensayo, rueda cargada, microesfera.
1. Introducción
La señalización horizontal de un camino constituye un
elemento básico para el correcto funcionamiento del sistema
vial, pues transmite al conductor información relativa a las
normas de circulación y a las características de la vía,
advirtiendo respecto de peligros potenciales y
proporcionando orientación direccional necesaria para
continuar el recorrido, favoreciendo un trayecto ordenado y
seguro. Por ello, se cree muy importante establecer
procedimientos para valorar su calidad en servicio.
En base al estudio de las normas nacionales existentes de
pinturas de demarcación vial, se encontró que en las mismas
se tienen en cuenta ensayos relativos a las características
químicas de las pinturas, pero no se abordan metodologías
utilizando ensayos relativos al área vial, que simulen los
efectos del tránsito para determinar su durabilidad.
Con el objeto de evaluar en laboratorio la durabilidad de los
recubrimientos de demarcación vial, en el LEMaC se están
investigando las aptitudes del ensayo de “rueda cargada”
(WTT: Wheel Tracking Test).
2. Metodología y materiales
Inicialmente se utilizaron placas de mezcla asfáltica las
cuales fueron desechadas porque la deformación que
presentan las mismas al ahuellamiento incide en el ensayo,
dando valores no representativos. En esta instancia se
realizó un acondicionamiento de 12 horas a 60 °C, donde la
temperatura afectó significativamente el comportamiento de
la pintura. Por este motivo, se procedió a realizar una
evaluación de las temperaturas que alcanza la pintura en
servicio, llegando a la conclusión de que es conveniente
reducir el tiempo de acondicionamiento a 2 horas.
Si bien se hicieron pruebas sobre probetas donde se aplicó
solo pintura acrílica, tanto base solvente como acuosa, se
decidió evaluar sobre placas de hormigón con las pinturas
mencionadas y la incorporación de microesferas de
mezclado y sembrado conformando un sistema de
demarcación horizontal.
Con estas consideraciones se detalla la metodología
utilizada en esta tesis:
En primer paso se moldean placas de hormigón cuadradas
de 30 cm de lado y 5 cm de espesor.
Luego se procede a pintarlas en franjas de 10 cm ubicadas
en el tercio medio de la placa, utilizando un dispositivo que
nos permite obtener un espesor de 0.6 mm, uniforme para
todas las muestras.
Se adicionan microesferas de premezclado tipo P1 sin
tratamiento previo (según Gráfico 1) en una proporción de
300 . Una vez aplicada la pintura se siembran microesferas
tipo S2 con tratamiento TAF (tratamiento de adherencia y
flotación en aplicación en pintura con base a solvente) en
una proporción de 500 (según Gráfico 2) con un
dispositivo de tipo “salero”.
Luego de pintadas las probetas se procede a evaluar la
performance en primera instancia con los siguientes
ensayos: péndulo ingles TRRL, Retrorreflectómetro y
observación con lupa electrónica.
Para simular el desgaste en servicio se deja en
acondicionamiento a las placas de hormigón durante 2 hs
con una temperatura de 60°C. Las placas se alinean sobre el
simulador de desgaste de forma que las marcas viales sean
paralelas al movimiento relativo de la rueda.
52
Luego se procede a realizar el ensayo a una velocidad de
26,5 ciclos por minuto con una carga de 700 N a 60°C
durante 10000 ciclos y se repite la evaluación de la
performance, mediante los ensayos mencionados previo a la
simulación del desgaste
2. 1. Evaluación de performance
Ésta será evaluada por los siguientes ensayos:
2. 1. 1 Péndulo ingles TRRL: Este dispositivo mide la
resistencia al deslizamiento producida por la pérdida de
energía que sufre el equipo sobre la superficie a ensayar. La
cual nos da una idea de la microtextura.
La lectura se lee en la escala graduada que posee el
dispositivo. El ensayo se realiza según norma IRAM 1555.
Figura 1. Péndulo ingles TRRL
2. 1. 2 Retrorreflectómetro: Este dispositivo es utilizado para
medir la retrorreflexión y la luminancia (Qd).
Figura 2. Easilux Retrorreflectómetro horizontal CSET.
La retrorreflexión se produce cuando la luz procedente de
los faros de un vehículo, es refractada por la esfera, y una
parte de ella, reflejada por la superficie hundida de la esfera,
vuelve en la misma dirección de incidencia. Las mediciones
se realizan a 15 y 30 metros variando los ángulos de
observación generados. (α= ángulo de incidencia; β= ángulo
de reflexión)
Figura 3. Geometría de retrorreflexión para 30 metros [2]1
El coeficiente de luminancia en iluminación difusa
representa el brillo de una marca vial tal como es percibida
por los conductores de vehículos, en las condiciones típicas
[2] La geometría para 15 metros es α=1,5° y β=86.5°
o medias de iluminación diurna o alumbrado público. Es el
cociente entre la luminancia de una superficie L observada
en ángulo rasante e iluminación difusa y la iluminación
sobre el plano de superficie E. Se expresa en milicandelas
por metro cuadrado y por lux.
Figura 4. Geometría de iluminación difusa
2. 1. 3 Observación con lupa electrónica: se establece una
comparación por imágenes previo y post ensayo de la
distribución de microesferas en la matriz compuesta por la
pintura. Se utilizó un Estereomicroscopio SZ61.
2. 2. Materiales
Los materiales utilizados para llevar a cabo las
demarcaciones son los siguientes:
2. 2. 1 Sustrato:
Como sustrato se utilizó hormigón compuesto por un
cemento CPC 40, agregado grueso de tipo piedra partida
granítica con tamaño máximo de 9,5 mm, arena silícea y de
trituración.
Todas las superficies utilizadas como placas presentan una
rugosidad RG1, según norma UNE EN 13036-1.
2. 2. 2 Material base:
Los diferentes materiales utilizados como base para la
demarcación horizontal son:
Materiales de aplicación en caliente o
Termoplásticos: En general estos materiales
son sólidos y flexibles a temperatura ambiente, se
aplican en estado fundido a una temperatura entre
180 y 210 ºC, lo cual conduce a una viscosidad
adecuada para su aplicación. El proceso de fusión
de estos materiales en el momento de su aplicación
es de vital importancia: deben tener una eficaz
agitación para una correcta homogeneización de los
componentes, particularmente los pigmentos. Al
enfriarse en forma inmediata, permite rápidamente
la liberación al tránsito.
Los materiales termoplásticos carecen de
disolventes y es el calor el que fluidifica el
producto para permitir su aplicación, una vez
realizada se vuelven sólidos de manera inmediata,
permitiendo la apertura al tráfico en unos pocos
segundos, lo que constituye su característica más
singular y otra de sus ventajas de empleo.
Materiales de aplicación a temperatura ambiente:
Existen distintos tipos, entre ellas podemos
mencionar las resinas alquídicas modificadas con
caucho clorado y acrílicas base solventes y acuosa.
Existen también pinturas denominadas plástico en
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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frío que son multicomponentes a base de resinas
metacrílicas.
Cada uno de estos materiales presenta sus ventajas y
desventajas pero para el análisis se decidió realizar una
comparación con las pinturas acrílicas base solvente y base
acuosa debido a que son las están teniendo un mayor
desarrollo y, se considera que la tendencia es el empleo de
las mismas. Sin embargo, cabe aclarar que en Argentina
continua teniendo un elevado uso el material termoplástico.
Las pinturas incluyen, generalmente, una cantidad
dosificada de microesferas de vidrio que poseen una curva
de granulometría específica que aseguran su permanencia en
la marca vial durante toda su vida útil, dado que el desgaste
natural de la marca vial las expone superficialmente de
manera continua. Por otro lado, sobre la superficie recién
extendida, se proyectan microesferas de vidrio para asegurar
la visibilidad nocturna.
2. 2. 3 Microesferas de vidrio: Es una partícula de vidrio
transparente y esférica que, mediante la retrorreflexión de
los haces de luz incidentes de los faros de un vehículo hacia
su conductor proporciona visibilidad nocturna a las marcas
viales. En este ámbito se usan dos tipos: una incorporada en
la pintura y la otra se siembra sobre la superficie.
2. 2. 3. 1 Clasificación:
Premezcla (P): se establecen 3 tipos según su
granulometría de acuerdo a norma IRAM. Se
aplicara en una proporción de 300
Gráfico 1. Granulometría de premezclado
Según esta clasificación granulométrica las microesferas de
premezcla utilizadas en esta tesis son del tipo P1.
Siembra(S): se establecen 5 tipos de microesferas
según su granulometría de acuerdo a norma IRAM.
Serán aplicadas en una proporción de 500 de
superficie a cubrir.
Gráfico 2. Granulometría de sembrado
Además según el tratamiento se clasifican en:
a) Carácter vacio para microesferas sin tratamiento.
b) TAF: tratamiento de adherencia y flotación en
aplicación en pintura con base a solvente.
c) TRM: adherencia en aplicación en termoplásticos
d) PBA: adherencia y flotación en aplicación en
pintura con base acuosa
e) PBC: adherencia y flotación en aplicación en
pintura bicomponente.
Según la clasificación granulométrica las microesferas de
sembrado son tipo S2 con tratamiento TAF.
3. Resultados El análisis de los resultados se va a hacer conforme a lo que
establece la norma española UNE-EN 1436:2009+A1
“Materiales para señalización vial horizontal”
3. 1 Resultados péndulo ingles TRRL (SRT): esta norma
establece la siguiente clasificación:
Blanco Clase Valor de SRT
S0
prestación no
determinada
S1 SRT≥45
S2 SRT≥50
S3 SRT≥55
S4 SRT≥60
S5 SRT≥65
Color de marca vial
Hormigón de cemento
Tabla 1. Clasificación UNE 1436
En base a esta clasificación y los resultados obtenidos del
ensayo se obtuvo la Tabla 2
Muestra Antes de
ensayo
Clasificación
según UNE
1436
Después de
ensayo
Clasificación según
UNE 1436
Variación
porcentualPintura
1 42,8 S0 35 S0 18,22 solvente
2 42,6 S0 42 S0 1,41 solvente
3 64,4 S4 50 S2 22,36 acuosa
4 51,6 S2 46 S1 10,85 acuosa
5 46,4 S1 41 S0 11,64 solvente
6 50,2 S2 38,8 S0 22,71 solvente Tabla 2. Comparación de valores de SRT
De acuerdo a la tabla 2 se realizo el siguiente gráfico:
54
Gráfico 3. Análisis de resultados
3. 2 Resultados retrorreflexión (Rl): luego de analizar la
normativa internacional y de ver ensayos realizados en otras
partes del mundo se llegó a la conclusión de que la medida
de retrorreflexión es conveniente realizarla a 30 metros,
teniendo en cuenta que la altura de los focos es a 0,65
metros y la altura del conductor es de 1,20 metros.
Teniendo en cuenta esto; la clasificación que establece la
norma para este ensayo es:
Blanco Clase Valor de Rl
R0
prestación no
determinada
R2 Rl≥100
R3 Rl≥150
R4 Rl≥200
R5 Rl≥300
Color de marca vial
Hormigón de cemento
Tabla 3. Clasificación UNE 1436
En base a esta clasificación y los resultados obtenidos del
ensayo se obtuvo la Tabla 4
Muestra Antes de
ensayo
Clasificación
según UNE 1436
Después de
ensayo
Clasificación
según UNE
Variación
porcentualComportamiento
1 196,3 R3 271 R4 27,58 aumenta
2 253,5 R4 317,25 R5 20,09 aumenta
3 219,5 R4 276 R4 20,47 aumenta
4 282 R4 290,5 R4 2,93 aumenta
5 265,3 R4 215 R4 18,97 disminuye
6 345 R5 226 R4 34,49 disminuye Tabla 4. Comparación de valores de RL30
3. 3 Resultados de iluminación difusa (Qd): la clasificación
que establece la norma para este ensayo es: Color de
marca vial Blanco Clase Valor de Qd
Q0 prestación no determinada
Q3 Qd≥130
Q4 Qd≥160
Q5 Qd≥200
Hormigón de cemento
Tabla 5. Clasificación UNE 1436
En base a esta clasificación y los resultados obtenidos del
ensayo se obtuvo la Tabla 6
Muestra Antes de
ensayo
Clasificación
según UNE
1436
Después de
ensayo
Clasificación
según UNE
1436
Variación
porcentual
1 210,5 Q5 179 Q4 14,96
2 188 Q4 195,25 Q4 3,86
3 256,5 Q5 126 Q0 50,88
4 217,5 Q5 120,5 Q0 44,60
5 232 Q5 210 Q5 9,48
6 217,666667 Q5 209 Q5 3,98 Tabla 6. Comparación de valores de Qd
3. 4 Observación con lupa electrónica: en la observación con
lupa electrónica se va a hacer referencia a fotos antes y
después del ensayo de dos muestras, una con base solvente y
otra con base acuosa.
3. 4.1 Base solvente (muestras 1, 2, 5 y 6):
Figura 5. Antes de ensayo
Figura 6. Después de ensayo
3. 4.2 Base acuosa (muestras 3 y 4):
Figura 7. Antes de ensayo
Figura 8. Después de ensayo
4. Análisis de resultados y conclusiones
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
55
Frente a la disparidad de resultados se descartan las
muestras 1 y 2 ya que fueron pintadas de forma distinta al
resto de las muestras analizadas.
Teniendo en cuenta esta aclaración. Las conclusiones
obtenidas son:
Analizando la resistencia al deslizamiento se
observa que en todos los casos hay una
disminución de la misma. En el caso de las placas
pintadas con base acuosa luego del ensayo se
mantienen por encima del límite establecido por
norma, mientras que las base solvente no
experimentan este comportamiento.
Se observa, en la Figura 8, que las microesferas en
la pintura con base acuosa no son cubiertas por la
pintura luego del ensayo, a diferencia del
comportamiento con las pinturas de base solvente,
según la Figura 6. Teniendo en cuenta esto, se
justifica el aumento de la retrorreflexión en las
muestras de base acuosa lo que otorga una mayor
vida útil de la marca.
El coeficiente de iluminación difusa (Qd)
disminuye en todos los casos, pero se observa que
la variación porcentual es mayor en las pinturas de
base acuosa.
Para tener una conclusión global es necesario
realizar más ensayos, pero en esta etapa inicial de
evaluación se observa que el ensayo de rueda
cargada sirve para realizar una evaluación de los
vehículos sobre las demarcaciones viales,
recomendando en una próxima instancia realizar
una comparativa con los parámetros de
performance en servicio.
Agradecimientos
Se agradece por la colaboración para realizar esta tesis a
todos los integrantes del LEMaC.
Referencias
[1] José Andrés Coves García Análisis de la Visibilidad y la
Resistencia al Deslizamiento de las Marcas Viales
Retrorreflectantes en Carretera convencional (2015)
[2] AENOR Norma española: UNE-EN 1436:2009+A1
(2009)
[3] Gobierno de España, Ministerio de fomento Guía para el
proyecto y ejecución de obras de señalización horizontal
(2012)
[4]AENOR Norma española: UNE EN 13036-1 (2010)
[5]Lic. Olga Haydeé Fernández Chávez Propuestas de
mejoras y estandarización de la señalización horizontal en
Argentina
[6]Helio Moreira, Roberto Menegon Señalizacion
Horizontal (2003)
56
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
57
RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA
Becario/s; Matías Fregossi
UTN FRLP, La Plata, Argentina. [email protected]
Director: Enrique Fensel
UTN FRLP, La Plata, Argentina. [email protected]
Área: Tecnología de los Pavimentos Flexibles. PID Asociado: “Utilización de diferentes Polímeros como modificadores de Cementos Asfálticos y su incidencia en el desempeño de Mezclas Asfálticas Densas y Semidensas”.
Código:TVIFILP0004366TC.
Resumen Dentro de esta tesis de investigación el trabajo ha sido focalizado en la comparación de las resistencias valoradas a Tracción Indirecta de
probetas Marshall y testigos extraídos sobre probetas moldeadas para el ensayo de Wheel Tracking Test (WTT). Como objetivo principal se ha
planteado llevar a cabo este análisis teniendo en cuenta los distintos métodos de compactación que se utilizan en ambos tipos de probetas, y
cómo influye esto en el valor de Tracción Indirecta alcanzado y a su vez, tratando de correlacionar estos valores de Tracción Indirecta con los
obtenidos en el ensayo de WTT.
Palabras clave: Tracción, Densidad, Compactación, WTT.
1. Introducción
Las mezclas asfálticas cuando se encuentran en operación
sufren un deterioro debido al paso de cargas y a los agentes
climáticos. Por ello es necesario conocer los parámetros que
caracterizan a las mezclas con las cuales trabajamos, para
definir sus propiedades mecánicas y límites de fallas.
El ensayo ideal sería aquel que fuera capaz de inducir un
estado tensional similar al que se produce en la realidad.
Roque y Buttlar esquematizan en la figura 1, el estado de
tensiones provocado por una carga simple en la estructura de
un pavimento donde se distinguen cuatro casos:
Caso 1: Compresión triaxial en la superficie inmediata bajo
la rueda.
Caso 2: Tracción longitudinal y transversal combinada con
compresión vertical en la parte inferior de la capa bajo la
rueda.
Caso 3: Tracción longitudinal o transversal en la superficie a
una cierta distancia de la carga.
Caso 4: Compresión longitudinal o transversal en el fondo
de la capa bituminosa a una cierta distancia de la carga
Existen ensayos que representan cada uno de estos estados
tensionales, pero no hay ninguno que represente los cuatro a
la vez. De todas maneras no es necesario representar los
cuatro, ya que la experiencia determina que la zona más
crítica de tensiones de tracción se produce en la fibra
inferior de la capa asfáltica bajo la carga aplicada.
El ensayo de tracción indirecta reproduce el estado de
tensión de tracción crítica en la fibra inferior de la capa
asfáltica. Además se destaca por ser un método simple y
representativo, que permite caracterizar las propiedades de
la mezcla, imitando la respuesta de un pavimento flexible y
evaluando la carga máxima que soporta la capa de mezcla
asfáltica antes de romper por las tensiones de tracción
Figura 1. Esquema de Tensiones.
2. Normas
Existen diferentes normas, que recurren a valorar la tracción
indirecta, utilizan este ensayo para evaluar otras
características de la mezcla, como por ejemplo la
sensibilidad al agua de una mezcla. Algunas de las normas
existentes son: UNE-EN 12697-23/04 (Determinación de la
resistencia a la tracción indirecta de probetas bituminosas),
UNE EN 12697-12 (Determinación de la sensibilidad al
agua de las probetas de mezcla bituminosa), NLT 346/90
(Resistencia a compresión diametral de mezclas asfálticas,
“ensayo brasileño”), AASHTO T 283-89 (Resistencia al
daño inducido por humedad de la mezcla bituminosa
compactada para SuperPave), ASTM D4867 (Efecto de la
Humedad en Mezclas Asfálticas para Pavimentación).
El trabajo realizado ha seguido los lineamientos indicados
por la norma UNE-EN 12697-23/04.
58
2.1. Equipamiento y Acondicionamiento.
2.1.1. Aparatos de Ensayo
a) Prensa: Prensa de ensayo tipo Marshall, que tenga una
capacidad mínima recomendada de 28 kN y que permita la
aplicación de cargas sobre las probetas de ensayo a una
velocidad de deformación constante de (50±2) mm/min,
después de un período de tiempo transitorio inferior al 20%
del tiempo de carga. La velocidad de deformación se debe
mantener. Es importante tener que cuenta que para ensayos a
baja temperatura (5°C), probablemente la prensa anterior
nombrada no permita obtener una carga suficiente, y se
necesite una prensa Marshall de 40 kN, u otros tipos más
potentes. La utilizada en los ensayos de este trabajo es una
prensa automática de
b) Bastidor de ensayo (figura 2): Bastidor de ensayo
equipado con bandas de carga de acero templado, que
dispongan de una superficie cóncava con un radio de
curvatura que se corresponda con el radio nominal de la
probeta. La anchura de la banda de carga es de 12,7±0,2
(mm) para probetas de diámetro 100±3 (mm)
Figura 2. Bastidor
1. Bastidor.
2. Bandas de carga.
3. Probeta.
c) Aparato de medida: La prensa automática nos indica la
carga registrada a través de un display, como así también la
deformación vertical, proporcionada por dos LVDT.
2.1.2. Preparación de las probetas
Para cada muestra a ensayar, se deben tener al menos tres
probetas. Deben ser visualmente examinadas para asegurar
que son simétricas y la superficie curva es regular. Además
deben ser medidas, tanto su altura como su diámetro, de
acuerdo con la norma EN 12697-29.
2.1.3. Acondicionamiento térmico.
Para obtener una línea de rotura “correcta” a tracción
indirecta, la norma recomienda una temperatura de ensayo
de 5°C. Las probetas han sido almacenadas a dicha
temperatura, en cámara de aire, por al menos dos horas.
2.2. Procedimiento de ensayo
Se toma la probeta acondicionada y se la coloca en el
bastidor de ensayo. La máquina de ensayo debe estar situada
en un local cuya temperatura esté comprendida entre 15°C y
25°C. Se debe alinear la probeta sobre la banda de la cara
inferior, de forma tal que la carga se pueda aplicar
diametralmente. A continuación se inicia la compresión de
forma continua y sin saltos bruscos, a velocidad de
deformación constante hasta que se alcance la carga
máxima. Se debe registrar la carga máxima P, y se continúa
aplicando carga hasta que se produzca la rotura de la
probeta. Se registra el tipo de rotura, figura 3, de acuerdo
con las siguientes categorías:
a) Rotura limpia por tracción: la probeta se rompe
de forma limpia a lo largo de una línea diametral, con la
posible excepción de pequeñas secciones triangulares
próximas a las bandas de carga.
b) Deformación: las probetas no presentan una línea
de rotura claramente visible.
c) Combinación: las probetas presentan una línea de
rotura limitada y áreas deformadas más grandes, próximas a
las bandas de carga.
Figura 3. Tipos de rotura.
A continuación, se debe abrir la probeta por la línea de la
rotura y se inspecciona visualmente el aspecto de las
superficies con el objeto de detectar la posible presencia de
áridos agrietados o rotos, y se anota si los áridos,
especialmente en la superficie de rotura, están rotos o
intactos.
El ensayo se debe terminar antes que hayan transcurrido 2
minutos después de sacar la probeta del medio de
acondicionamiento.
Finalmente para cada probeta se calcula la resistencia a
tracción indirecta ITS, a través de la siguiente fórmula:
ITS = (2 P)/(π D H) (1)
y calculando después el valor medio de los valores
obtenidos.
Donde:
ITS: resistencia a tracción indirecta, Expresada en
gigapascales, redondeada a tres cifras significativas.
P: carga máx. en kN, redondeada a tres cifras significativas.
D: diámetro de la probeta en mm, con un decimal.
H: altura de la probeta en mm, con un decimal.
Los valores obtenidos se aceptan, si la diferencia de los
valores a tracción indirecta obtenidos individualmente sobre
las probetas (resultados parciales), no difieren más del 17%
del valor medio.
3. Metodología A lo largo de todo el período de trabajo, se han llevado a
cabo varios pastones de mezcla asfáltica, con los cuales se
han moldeado probetas Marshall y probetas Wheel
Tracking.
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
59
Las probetas y testigos para los ensayos de tracción se han
acondicionado a 5°C ± 2 durante dos horas, y éste se ha
llevado a cabo en una prensa Marshall Automática.
Todos los pastones fueron realizados con los mismos
materiales y con la misma dosificación. Pese a esto desde un
comienzo se notaba que los resultados obtenidos (analizando
densidades y resistencia a tracción) eran dispares, y en
algunos casos muy diferentes unos de otros. Analizando y
buscando cuál era la causa de este inconveniente, se llegó a
la conclusión que el árido de la fracción 0:6 poseía una gran
cantidad de polvo, que podría llegar a influir sobre los
valores obtenidos en la mezcla asfáltica. Se procedió a
unificar esta fracción de árido y se llevó a cabo un cuarteo
extremando la metodología para que las fracciones sean
representativas. Además se verificó la curva granulométrica
de la fracción, encontrándose esta luego del cuarteo, en los
parámetros correspondientes. Los pastones realizados
posteriormente presentaron valores de las densidades algo
diferentes. Mientras que los valores de las densidades de las
probetas Marshall en general son uniformes, los testigos de
WTT presentan una gran variación.
4. Característica de la mezcla asfáltica
El tipo de mezcla utilizado es un CAC-D19, compuesta por
un cemento asfáltico CA-20, y áridos de tipo granítico
provenientes de una cantera ubicada en Olavarría, provincia
de Buenos Aires. La dosificación de la mezcla asfáltica
utilizada es la que se observa en la Tabla 1, con una
temperatura de mezclado de 155°C, y 145°C para la
compactación.
Tabla 1. Dosificación
3.1. Compactación
Las probetas Marshall han sido compactadas con pisón
normalizado, 75 golpes por cara a la temperatura antes
mencionada. Las probetas de Wheel Tracking han sido
compactadas con Roller Compact, 24 ciclos en una
dirección.
Luego de las probetas cuadradas para Wheel Tracking se ha
procedido a la extracción de testigos con la broca de 103,4
mm de diámetro, para el análisis y comparación con las
probetas Marshall.
Debe prestarse especial atención, tanto para las probetas
Marshall, como para las de Wheel Tracking, en la
temperatura de compactación, ya que puede presentarse una
importante reducción en la resistencia a tracción si
disminuye la temperatura de compactación.
5. Cálculos
En la Tabla 2 puede observarse un resumen de los datos
promedios obtenidos, referidos a las densidades y a los
valores de la resistencia a tracción indirecta de las probetas y
testigos, además de los valores hallados en el ensayo de
WTT.
Densidad
(gr/cm³)
Resistencia a
Trac. (kg/cm²)
WTS
(mm/10³
ciclos) PRD (%)
DNV 4/9/17
(Testigos) 2.352 31.63 0.182 8.25
DNV 25/8/17 P° 2.429 27.52 - -
DNV 11/9/17
(Testigos) 2.376 30.4 0.254 10.36
DNV 25/8/17 P° 2.429 27.5 - -
DNV 2/8/17
(Testigos) 2.486 20.0 0.290 10.16
DNV 3/8/17 P° 2.448 44.9 - -
DNV 2018
(Testigos) 2.383 35.5 - -
DNV 2018 P° 2.426 44.3 - -
Serie 2
Serie 3
Serie 4
Serie 1
Ensayo WTT
Tabla 2. Resumen de los datos obtenidos
WTS: Pendiente Media de Ahuellamiento.
PRD: Profundidad de Ahuellamiento Media Proporcional.
6. Resultados y Discusión
Analizando las series 1 y 2, de testigos con sus
correspondientes probetas Marshall, podemos observar que
los testigos de las probetas para WTT, poseen una densidad
promedio menor que las probetas Marshall, y una resistencia
a la tracción indirecta promedio mayor que la de ellas.
La serie 3 de testigos y probetas Marshall, presentan una
variación, siendo la densidad promedio de las probetas
menor, y un valor de resistencia a la tracción indirecta
mayor (más del doble) que los testigos.
La serie 4, contradice todas las anteriores, en las que un
menor valor de densidad se correspondía con un valor
superior de resistencia a tracción. Ya que las probetas
Marshall poseen una densidad promedio mayor que los
testigos, y un valor promedio de resistencia a la tracción
también mayor.
Esto nos lleva a concluir que, tomando todas las variables
mencionadas, estas relaciones entre los testigos y las
probetas Marshall no siguen un comportamiento uniforme,
por lo que no se puede establecer ciertamente cuál va a ser la
relación que las vincula tomando como eje la resistencia a la
tracción, por lo menos en lo actuado hasta ahora.
Dada que la génesis de los testigos es la misma que las de
las probetas de WTT y tomando estrictamente los valores
hallados en estos casos en la Tracción Indirecta y
relacionándolo con la Pendiente Media de Ahuellamiento se
puede decir que a valores mayores de Tracción Indirecta le
corresponde una Pendiente Media de Ahuellamiento menor
en el ensayo de WTT, valor menor buscado y que favorece
al desempeño de las mezclas asfálticas, lo cual resulta
atrayente para seguir esta línea de investigación, pensando
en que tener los distintos valores comparativos de Tracción
Indirecta al realizar un diseño de una mezcla asfáltica nos
puede facilitar tener una idea acabada de cuál será la que
mejor se comporte cuando se la someta al ensayo de
60
deformación permanente, exigencia establecida por Vialidad
Nacional para que se ejerza su control .
Esta investigación continúa abierta, con el propósito de
analizar nuevas mezclas con igual granulometría pero con
distintos tipos de ligantes asfálticos, por lo que se espera que
ampliando el universo de datos estadísticos, se pueda
concluir con establecer relaciones ciertas entre los valores
obtenidos mediante el ensayo de Tracción Indirecta y los
obtenidos en los parámetros característicos del ensayo de
Wheel Tracking Test.
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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FISURACIÓN DE MORTEROS, LADRILLOS Y REVOQUES POR
CRECIMIENTO DE LAS RAÍCES DE PLANTAS MURÍCOLAS
Becario/s: M. Pena LEMaC, La Plata y Argentina. [email protected] Director/res: V. Gabriela Rosato; M. Edgardo Rosato
LEMaC, La Plata, Arg. [email protected]
Área: Estructuras y Materiales de Construcción PID Asociado: “Fisuración de morteros,
ladrillos y revoques por crecimiento de las raíces de plantas murícolas”. Código:
UTI3782TC.
Resumen Se ensayaron muestras de morteros de cal antiguo a flexión, compresión, absorción y retención de agua, y porosimetrá por intrusión de Hg y se
repitieron utilizando probetas de mezclas de cal aérea e hidráulica, comparando los resultados. Estos datos permitieron inferir la
susceptibilidad de estos materiales a microorganismos y la resistencia al crecimiento de raíces de plantas.
Palabras clave: Morteros, cal, porosidad, retención de H₂O, deterioro biológico.
Keywords: mortar, lime, porosity, water retention, biodeterioration.
1. Introducción
En este proyecto se buscó analizar la predisposición de los
morteros de cal como revoques frente al crecimiento de
microorganismos y vegetales (“bioreceptividad” [1]).
Partimos de la base de un mortero de antiguo proveniente de
una edificación de 70 años en condiciones de abandono, de
la ciudad de La Plata, utilizando a ésta como referencia para
las comparaciones.
2. Metodología Se procedió a la elaboración de distintos morteros de cales,
que fueron sometidos a varios ensayos para comparar los
resultados con los obtenidos de la muestra antigua
previamente analizada.
2. 1. Experimental
Para el desarrollo de este ensayo se realizaron morteros de
cales, los cuales se elaboraron, en el siguiente orden y con
las siguientes dosificaciones:
- MCA I, con la siguiente dosificación: una parte
de cal (cal aérea con agua), una parte de arena silícea, una
parte de arena gruesa, y una parte de polvo de ladrillo.
- MCA II, con la siguiente dosificación: dos partes
de cal (cal aérea con agua), dos partes de arena silícea, una 1
parte de arena gruesa, y una parte de polvo de ladrillo.
- MCH, con la siguiente dosificación: un volumen
de cal (cal hidráulica), un cuarto de volumen de cemento,
cuatro volúmenes de arena silícea, y un volumen de agua.
A todos los morteros se los ensayó a:
- Flexión y compresión
- Porosimetría con mercurio
- Retención y absorción de agua
- Cultivo de microorganismos
3. Resultados
Los resultados obtenidos de los ensayos de flexión,
compresión, porosimetría por intrusión de mercurio
realizados se muestran en las respectivas tablas.
Morteros P (KN) F (Mpa) Fm (Mpa)
MCI (a) 0,1 0,23
0,47 MCI (b) 0,3 0,70
MCI (c) 0,2 0,47
MCH (T7) 0,4 0,94
0,78 MCH (T8) 0,3 0,70
MCH (T9) 0,3 0,70
Tabla 1. Resistencia a la flexión
Morteros P (KN) F (Mpa) Fm (Mpa)
MCI (a) 1,5 0,94
0,948
1,5 0,94
MCI (b) 1,4 0,87
1,7 1,06
MCI (c) 1,5 0,94
1,5 0,94
MCH (T7) 5,8 3,62
3,58
5,6 3,50
MCH (T8) 5,9 3,68
5,7 3,56
MCH (T9) 5,8 3,62
5,6 3,50
Tabla 2. Resistencia a la compresión
62
Grafica 1. Porosimetría por intrusión de Mercurio
En esta grafica se puede observar la distribución de los
tamaños de poros.
MA MCA I MCA II MCH
Peso Inicial (g) 139,1 207,5 218,5 544,1
Tie
mp
o (
%)
0 hs 100 100 100 100
1 hr 96,4 97,5 98,0 89,7
2hs 92,5 96,7 94,9 80,7
3 hs 88,0 90,9 86,3 76,4
6 hs 69,3 81,1 61,9 70,4
12 hs 36,4 50,5 58,1 55,6
24 hs 18,7 18,3 33,2 39,9
48 hs 12,0 5,1 26,2 23,2
72 hs 9,5 4,9 26,2 17,7
1 semana 8,2 4,6 26,1 10,6
10 días 8,5 3,9 26,1 9,7
Peso Seco (g) 116,4 193,0 182,2 488,3
Agua Absorbida 22,725 14,5 36,3 55,79
Tabla 4. Retención y absorción de líquidos
En la siguiente gráfica visualizaremos los resultados
obtenidos de las observaciones del ensayo de retención y
absorción de líquidos de los distintos morteros.
0
20
40
60
80
100
120
0 hs 1 hr 2hs 3 hs 6 hs 12 hs 24 hs 48 hs 72 hs 1
semana
10 días
Tiempo
Pe
so (
%)
MA MCA IMCA II MCH
Figura 2. Retención y absorción de líquidos.
4. Conclusiones
Tras la realización de cada uno de los respectivos ensayos a
cada uno de los morteros, con su posterior análisis y
comparación con la muestra de mortero antiguo, se llegaron
a las siguientes conclusiones:
- El mortero realizado de cal aérea es más
semejante al mortero antiguo tomado como referencia.
- Los morteros de cal hidráulica tuvieron mayor
resistencia que los de cal aérea.
- El mortero antiguo tiene escaso porcentaje de
volumen de poros por encima de los 10.000 nm, lo que
dificulta el crecimiento de microorganismos.
- En cuanto a la retención de agua, a las 24 hs ya
hay una pérdida importante, que se estabiliza a las 72 hs.
Esta falta de agua dificulta la colonización de
microorganismos y plantas.
- Los morteros de cal aérea, en especial la primera
elaboración de morteros, la resistencia a la flexión se acerca
al valor de la presión osmótica de la raíz (-0.1 MPa a -
0.51MPa).
Agradecimientos
A la universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional L
a Plata por la beca otorgada y por el financiamiento de los
ensayos de porosimetria por intrusión de mercurio; al Ing.
Marcelo Barreda por la ayuda con los ensayos mecánicos y a
la restauradora Rosana Lofeudo por facilitarnos la
dosificación de materiales utilizada para la preparación de
revoques antiguos.
Referencias
- Norma IRAM Experimental 1622:2002
- Guía de Metodologías y Procedimientos para uso
vial desarrollados en el LEMaC
- Guillite, O. (1995) Bioreceotivity: a new concept
for building ecology Studies. The Science of the Total
Environment 167: 215-220
- Prunell S. B., Rosato V. G., Sota J. D. 2012.
Adiciones en el cemento Portland y su relación con el
biodeterioro. V Congreso Internacional de la Asociación
Argentina de Tecnología del Hormigón, 19ª Reunión
Técnica “Ing. Oscar R. Batic” y 4° Concurso Nacional de
alumnos, Bahía Blanca, 7-9 de Noviembre de 2012. ISBN
978-987-21660-6-9 pp. 15-21
- Azcón-Bieto, Joaquín; Talón, Manuel (2000)
Fundamentos de fisiología vegetal. Mc.Graw-Hill-
Interamericana y Edicions Universitat de Barcelona.
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
63
MEDICICIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO EN HORMIGONES DE
APERTURA TEMPRANA
Becaria: M. Sequeira
UTN-FRLP, LEMaC, La Plata Argentina. [email protected].
Directora: A. López
UTN-FRLP LEMaC y CICPBA-LEMIT, La Plata, Argentina.
Co-Director: M. Barreda
UTN-FRLP, La Plata, Argentina. [email protected]
Área: Tecnología de los Pavimentos Rígidos y Estructura. PID Asociado: “Hormigones de apertura rápido al tránsito
(Fast-Track) para rehabilitación de pavimentos”. Código: UTN-4125.
Resumen El hormigón Fast-Track está diseñado especialmente para permitir una adecuada colocación y desarrollar excelente resistencia mecánica a
edades tempranas y así, rápidamente, permitir la habilitación del pavimento. El tiempo de fraguado es un parámetro importante para este tipo
de mezcla, comienza a medirse a partir del contacto del cemento con el agua de mezclado y evalúa la transformación del hormigón del estado
fluido-viscoso a sólido, tal proceso es continuo y gradual. Según normativa argentina IRAM 1662 el tiempo de fraguado inicial es el instante en
que el hormigón alcanza una resistencia a la penetración de 3,4 MPa, en cambio el tiempo de fraguado final es considerado cuando la
resistencia a la penetración es de 27,4 MPa. El Objetivo del trabajo es aplicar la metodología según la normativa en dos mezclas de
comportamiento extremos. Uno que mostró importante retardo del tiempo de fraguado y otro que aceleró noblemente estos tiempos. La
actividad permitió adquirir conocimientos y desarrollar experiencia para ejecutar el ensayo con aptitud y repetibilidad.
Palabras clave: Hormigón de apertura temprana, tiempo de fraguado.
1. Introducción
La técnica del hormigón Fast-Track nació para satisfacer la
necesidad de acelerar la liberación del tránsito con la mayor
rapidez posible. Las principales aplicaciones son en
pavimentos de hormigón de aeropuertos, caminos y calles
urbanas; reparación de losas en instalaciones de servicios
(línea de gas, fibra óptica, agua, etc) tanto en las nuevas
construcciones como en los trabajos de reparación, refuerzos
y reconstrucciones. Se utiliza también en capas de
recubrimiento de hormigón sobre pavimentos asfálticos
nuevos y reconstrucciones de pavimentos deteriorados [1].
Las especificaciones tradicionales prevén tiempos de espera
comprendidos entre 5 y 14 días aproximadamente, necesario
para que el hormigón alcance suficiente resistencia y
disponer del pavimento para el servicio, en cambio este tipo
de hormigón tiene la ventaja de disminuir el intervalo para
liberar a 6 y 24 horas. Además, posee una vida útil promedio
de 30 años; reduce el tiempo de interrupción del tránsito y
proporciona mayor seguridad para el personal de obra
porque hay menor tiempo laboral [1].
La mezcla está compuesta por cemento ARI (Alta
Resistencia Inicial) que desarrolla alto calor de hidratación,
aditivos acelerantes, aditivos fluidificantes y
superfluidificantes, mejorando considerablemente la
resistencia. El tamaño máximo nominal del agregado varía
entre 20 y 25 mm y el de cemento entre 350 y 500 Kg /m3.
La relación agua/cemento es inferior a 0,42 en consecuencia
se obtiene hormigones de baja permeabilidad, menor
porosidad y así mayor durabilidad [1].
La fabricación de Hormigón Fast-Track no requiere equipos
especiales y necesita una adecuada planificación debido al
escaso tiempo exigido para su colocación y habilitación [1].
El proceso por el cual se endurece el hormigón transita
distintas etapas. Una es la del estado fresco. Otra es la del
fraguado y representa la rigidización de la pasta fresca, o
más precisamente, cuando el hormigón en estado fluido-
viscoso adquiere un nivel de rigidez especificado. Antes de
alcanzar el tiempo de fraguado inicial resulta todavía posible
alterar el hormigón y volverlo a mezclar sin llegar a
perjudicarlo, la aplicación posterior de una nueva vibración
puede dar buenos resultados pero a medida que continua la
reacción entre el cemento y el agua la masa pierde
plasticidad, este es el tiempo límite de vibración ya que aun
en estado fluido-viscoso no puede ser revibrado sin provocar
discontinuidades en la masa de tipo irreversible, que
reducirán la calidad del material endurecido. A su vez se
subdivide arbitrariamente en dos etapas: tiempo de fraguado
inicial, es decir el fin de la etapa fresca o donde finaliza el
periodo “durmiente” en el proceso de hidratación del C3S, y
tiempo de fraguado final o inicio del estado endurecido del
hormigón, vinculado al instante donde finaliza el estado de
aceleración de la hidratación C3S. En general, el tiempo
inicial ocurre entre 2 y 6 horas después del mezclado y el
tiempo final ocurre entre las 4 y 12 horas.
64
Finalmente, sucede el endurecimiento que es producido en
el momento del fraguado final, aquí el hormigón se ha
vuelto rígido y en vez de fluir se fractura si es muy elevado
cualquier esfuerzo transmitido, en ese momento comienza el
endurecimiento el cual es indicativo de que se desarrolla una
resistencia benéfica y cuantificable (Ver Figura 1) [2].
Los factores principales que intervienen en el tiempo de
fraguado son la composición del cemento, la relación entre
el agua y el material cementante, la temperatura y los
aditivos. Cuando la finura del cemento es mayor, este se
hidrata más rápidamente y por ende el tiempo de fraguado se
reduce. A mayor relación a/c, mayor tiempo de fraguado. El
tiempo de fraguado disminuye a temperatura ambiente
elevada, porque acelera la velocidad de hidratación, a su vez
en el seno de la masa se están produciendo reacciones
exotérmicas que conllevan aumento de la temperatura y así
liberan más calor. Dependiendo del tipo de aditivo, estos
retardan o aceleran químicamente las reacciones [3-4].
El conocimiento de la velocidad de la hidratación y la
cantidad de calor liberado es útil para el planeamiento de la
construcción. La reacción inicial deber ser suficientemente
lenta para poder transportar y colocar el hormigón, en
cambio, una vez que el hormigón ha sido colocado es
deseable un endurecimiento rápido [4].
Es importante tener en cuenta si se presenta el falso
fraguado, el cual se evidencia por la pérdida considerable de
plasticidad y sucede inmediatamente después del mezclado
sin ninguna evolución de calor. La principal causa de este
proceso, es la presencia de yeso mate producido cuando la
temperatura de la molienda es demasiado alta.
Posteriormente, cuando se agrega agua al cemento, el yeso
inmediatamente empieza a hidratarse para formar yeso y se
endurece. Para mantener la temperatura por debajo del punto
de deshidratación del yeso, el Clinker deberá enfriarse antes
de la molienda. La plasticidad se puede recuperar con un
nuevo mezclado sin la adición de agua, lo que sucede es que
se rompen los cristales y se restablece la trabajabilidad [5-6].
El Objetivo del trabajo es aplicar la metodología según la
normativa IRAM 1662 en dos mezclas de comportamiento
extremos.
Figura 1. Etapas de endurecimiento del hormigón (Extraído de [2]
2. Metodología La Norma IRAM 1662 se utiliza para determinar el tiempo
de fraguado (TF) de hormigones y morteros de cemento
portland por medio de la resistencia a la penetración. El
campo de aplicación tiene como alcance determinar los
efectos sobre el tiempo de fraguado y sobre las
características del endurecimiento del hormigón de variables
tales como temperatura, cemento, proporción de las mezclas,
adiciones y aditivos. El instrumental necesario para realizar
el ensayo incluye el siguiente equipamiento: a) un recipiente
indeformable que contiene la mezcla a evaluar; b) un
aparato para la aplicación de la carga (Penetrómetro); c) una
varilla de acero para compactar la muestra en el recipiente o
una mesa vibradora; d) un elemento para retirar el agua
exudada en el momento previo a realizar el ensayo y e) una
cuña para inclinar la base y lograr que se acumule el agua
que será retirada. La Figura 2 muestra el instrumental con el
cual se han realizados los ensayos.
La muestra colocada en el recipiente estanco e indeformable
resulta del tamizado que pasa por el tamiz N° 4.
Durante el procedimiento de ensayo es muy importante
registrar el momento en el que agua y cemento toman
contacto, ahí queda indicado el momento 0 h. Para comenzar
el ensayo se elige la aguja de mayor diámetro y se aplica la
fuerza vertical hasta lograr una profundidad de 25 mm. Es
muy importante demorar sólo 10 segundos en esta actividad.
Algunas consideraciones del ensayo especifican que la
distancia entre impresiones sea dos veces la aguja en uso y
no menos de 15 mm y exige que si los hormigones no tienen
aditivo hay que comenzar 3 h y 4 h después del mezclado
(mediciones cada hora) y si los hormigones tienen aditivos,
comenzar 1 h y 2 h después del mezclado (mediciones cada
media hora) [2].
Figura 2. Instante de ejecución del ensayo de TF.
Según normativa IRAM 1662 el tiempo de fraguado inicial
es el instante en que el hormigón alcanza una resistencia a la
penetración de 3,4 MPa, en cambio el tiempo de fraguado
final es considerado cuando la resistencia a la penetración es
de 27,4 MPa. Dicha resistencia se obtiene de la razón entre
la carga y la superficie que la genera penetrar en la mezcla
25 mm. La marca que se visualiza en las divisiones que
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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están sobre el vástago y las puntas o agujas (645 mm2, 484
mm2, 323 mm
2, 215 mm
2; 161 mm
2, 129 mm
2, 65 mm
2, 32
mm2, 16 mm
2) deben ser registradas. Además, es necesario
saber cuándo cambiar la aguja en el ensayo, este cambio se
efectúa si la medición del penetrómetro, en nuestro caso un
vástago, no alcanza alguna división o es superado, entonces
se cambia la aguja por la del tamaño menor siguiente a la
que se estaba utilizando. Es muy importante que el mismo
operario realice todas las mediciones ya que es un ensayo
que depende de la fuerza que éste aplique.
Teniendo como datos la división registrada y el área de la
aguja se utiliza la siguiente ecuación (1):
(1)
Se calcula la resistencia a la penetración correspondiente a
cada intervalo de tiempo transcurrido y se determina la
curva que relaciona la evolución de la resistencia a la
penetración en función del tiempo transcurrido en forma
gráfica y analítica. Los resultados aquí obtenidos
corresponden solamente al método gráfico.
Para trazar la curva se ubica la resistencia [MPa] sobre el eje
de ordenada y el tiempo [h] sobre el eje de abscisa y se traza
una curva uniforme y continua a través de los puntos. Para
determinar el tiempo inicial (Ti) y el tiempo final (Tf) se
intercepta la línea de ordenadas que corresponde a 3,4 MPa
(Ti) y 27,4 MPa (Tf) con la curva y desde esos puntos de
desciende a hacia el eje de abscisa para determinarlos [2].
2. 1. Desarrollo Experimental
Se reprodujeron dos morteros correspondientes a
dosificaciones de hormigones. El primero de una relación
agua/cemento igual a 0,35 y el segundo de una relación
igual a 0,45. Los morteros fueron identificados como M1 y
M2, respectivamente. Éstos se corresponden con los
hormigones H1 y H2 (ver Tabla 1).
Se utilizaron dos cementos: un cemento portland normal de
alta resistencia inicial C1 (CPN50 ARI) y un cemento
portland compuesto C2 (CPC40). El agregado fino estuvo
conformado por una combinación de arena silícea (A1) y de
arena granítica triturada (A2). En el caso de la arena silícea
la densidad fue igual a 2,65 g/cm3 y la arena de trituración
igual a 2,70 g/cm3, ambas de absorción 0,3% (IRAM 1520).
Los aditivos estudiados fueron el S1, aditivo
superfluidificante (Viscocrete 6) y S2 aditivo acelerante o
acelerador de fraguado (Sika Precast).
A Cem.
Agregados Aditivos
Mezcla A1 A2 P* S1 S2
Kg/m3
H1/M1 158 4501 328 461 1000 2,7 9,0
H2/M2 163 3652 417 585 855 4,9
A: Agua
P: Piedra partida granítica 6:12. Densidad 2,67.
* Utilizada en el hormigón base
1: cemento portland normal de alta resistencia inicial;
2: cemento portland compuesto.
Tabla 1. Proporción de los materiales.
3. Resultados
La Figura 3 muestra un buen ajuste de las curvas de
fraguado correspondientes a los morteros M1 y M2. La
curva M1 se desplaza a la izquierda indicando que la etapa
en estado fresco es muy breve, todo lo opuesto con la curva
M2 que se encuentra ubicada muy a la derecha, si bien la
etapa en estado fresco es mayor lo que permite disponer de
mayor tiempo para el transporte y manipuleo fue en
detrimento de la homogeneidad de la mezcla ya que el
volumen de agua extraído cuando se acondicionaba la
superficie para hacer el ensayo fue considerable. La
distancia entre las curvas también verifica el beneficio de
utilizar cemento portland normal de alta resistencia inicial y
acelerante combinado con superfluidifcante si se requiere
rápida habilitación. Este comportamiento infiere que la
resistencia mecánica a edades temprana podría ser la
necesaria para lograr habilitaciones rápidas de pavimentos.
Finalmente, la mezcla M1 es de menor relación
agua/cemento que la mezcla M2, es de esperar que el tiempo
de fraguado sea menor-
Figura 3. Tiempo de Fraguado: Método gráfico. Curvas M1 y M2.
La Tabla 2 resume el tiempo inicial (Ti) y tiempo final (Tf)
para cada mortero obtenidos gráficamente.
Tabla 2. Tiempo inicial y Tiempo final según Figura 3
MEZCLA Ti
[h]
Tf
[h]
M1 1:15 2:00
M2 5:25 7:10
4. Conclusiones
Este trabajo muestra la metodología especificada en la
Norma IRAM 1662: “Hormigones y morteros
Determinación del tiempo de fraguado. Método de
resistencia a la penetración” y los resultados fueron
obtenidos según el método gráfico que considera tiempo de
fraguado inicial al instante en que el hormigón alcanza una
resistencia a la penetración de 3,4 MPa y el tiempo de
fraguado final cuando la resistencia es de 27,4 MPa.
La realización del ensayo permitió visualizar las diferencias
obtenidas en mezclas con distinta relación agua/cemento,
66
distintos tipos de cementos y cómo influyó el uso de
acelerante y superfluidificantes.
Cuantificar este parámetro puede optimizar dosificaciones y
buscar alternativas para el cliente en diferentes aplicaciones,
así como poder evaluar aditivos y determinar la factibilidad
de que pueda ser transportado largas distancias sin que
pierda las propiedades.
El tiempo inicial de fraguado es un parámetro de
importancia para el proveedor, con el fin de conocer cuánto
tiempo tiene para transportar al hormigón y cuanto tiempo
disponible existe en obra para su descarga, no sólo por
demoras si no por imprevistos. En muchas obras se expresa
contundentemente “el hormigón fragua a los 90 minutos” y
existen muy pocas posibilidades de que esto suceda, o
ninguna para el hormigón elaborado convencional. Es
sabido que todas las tareas indicadas para descargar,
compactar y terminar el hormigón de las estructuras deben
realizarse antes de que inicie el fragüe. Si no se determina el
tiempo inicial de fragüe establece el tiempo de 90 minutos, a
través de este ensayo es útil demostrar que el tiempo de
fragüe puede resultar menor para hormigones fast-track y
mayor para convencionales.
El mortero M1 (con cemento CPN) tuvo un comportamiento
que alertó sobre el menor tiempo inicial en cambio el M2 no
funcionó como hormigón Fast-Track.
Referencias[1] N. D. Battista, J.F. Taranto. “Hormigones de
apertura temprana al tránsito para rehabilitación de
pavimentos”. Anales UTN-FRLP, Depto. Ingeniería Civil
Exposición de Tesis de Becarios de Investigación 2016,
(2016), 15-20.
[2] D. A. Bascoy, G. Fornasier. “Hormigón en estado
fresco” en Ese material llamado hormigón, N.G. Maldonado
y M. F. Carrasco Eds, AATH (ed.), 1ra. edición (2012).
[3] IRAM 1662:1968. Hormigones y morteros.
Determinación del tiempo de fraguado. Método de
resistencia a la penetración.
[4] S. H. Kosmatka, B Kerkhoff, W. C. Panarese, J. Tanesi,
“Fundamentos del Concreto” en Boletín PCA 2004, 1ra.
edición (2004).
[5] S. H. Kosmatka, B Kerkhoff, W. C. Panarese, J. Tanesi,
“Cementos Portland, cementos adicionados y otros
cementos hidráulicos” en Boletín PCA 2004, 1ra. edición
(2004).
[6] B Mather, C. Ozyildirim. En Cartilla del concreto, R.
Martínez Ed, IMCYC (ed.) 1ra. edición (2004).
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Análisis metodológico de deflectometría de un paquete estructural con
geosintético, utilizando el light weigt deflectometer (LWD)
Becario: Walter Leonardo López
LEMaC Centro de Investigaciones Viales, Universidad Tecnológica Nacional;
Facultad Regional La Plata. Av. 60 y 124(1900). La Plata, Buenos Aires,
Argentina.
Director: Dr. Ing. Delbono, Héctor Luis.
LEMaC Centro De Investigaciones Viales, Universidad Tecnológica Nacional;
Facultad Regional La Plata. Av. 60 y 124(1900). La Plata, Buenos Aires,
Argentina.
Área: Tecnología de los pavimentos flexibles
Resumen
La pavimentación asfáltica urbana generalmente contempla un paquete estructural multicapas. Dicha estructura se materializa
sobre subrasante de diversa aptitud vial. Además, según sea la cota de rasante, existen secciones con apertura de caja,
reconformación de la superficie o terraplenamiento.
En este sentido se diseña un paquete con y sin la incorporación de materiales geosintéticos y se analiza el comportamiento de
estos a través de un deflectómetro de impacto ligero (LWD)
A través de materiales geosintéticos se busca reforzar las capas que conforman la estructura ante deformaciones producidas por
las cargas sobre las mismas. Para evidenciar lo dicho se utiliza un geotextil no tejido y una geogrilla de ciertas características y
propiedades. Se realiza un tramo de prueba ´´in situ´´ con distintos espesores de capa sobre el material geosintético y se realiza
el ensayo de carga.
La metodología de estudio del presente trabajo contempla el ensayo sobre pistas de prueba con distintos espesores de capa sobre
el material geosintético, realizando la comparativa con la pista sin geosintético. Encontrándose ventajas en los tramos con
geogrilla, obteniéndose mayor respuesta sobre la capa de menos espesor, y con el suelo menos húmedo.
Palabras clave: Geosintéticos, paquete estructural del pavimento, deflectómetro, LWD
1. Introducción.
Los pavimentos flexibles están conformados por una carpeta
asfáltica, apoyada generalmente sobre capas no rígidas
denominadas bases y sub-bases (Figura 1).
Las capas de bases y subbases tienen un espesor mínimo de
30 cm, resistiendo las cargas que el tránsito transmite,
distribuyendo estas al cuerpo del terraplén. Las bases y sub
bases forman parte de las estructuras del pavimento, estas se
construyen sobre la capa subrasante y se constituyen por
material graduado que puede ser mejorado con cal, cemento.
Figura 1. Esquema de paquete estructural
Los geotextiles (Figura 2) son materiales que forman parte
de los geosintéticos, en términos globales se utilizan para
mejorar y hacer posible la ejecución de ciertos proyectos de
construcción de ingeniería civil y geotécnica. Este material
busca dar soluciones de separación, drenaje en suelos,
refuerzo y filtración. La mayoría de los geotextiles están
fabricados con fibras, filamentos o hilos en base a polímeros
de polipropileno.
Figura 2. Geotextil No Tejido
Las geogrillas (Figura 3) están especialmente diseñadas para
la estabilización y refuerzo del suelo. Están producidas por
un método de extrusión y posteriormente estirada de forma
bi-axial para incrementar sus características a la tracción,
68
además tienen un elevado módulo y una óptima resistencia a
los daños por construcción durante la instalación.
Figura 3. Geogrilla o Geomalla
Cuando a estos materiales se los coloca en capas granulares
o suelos finos, se busca que cumplan con las siguientes
funciones:
SEPARACIÓN: La función de separación se refiere a la
separación de dos suelos diferentes. La responsabilidad
primaria del geosintético es prevenir el entremezclado de los
dos suelos durante la vida de diseño de la estructura. Los
geotextiles son comúnmente usados para esta función
cuando se construyen debajo de una sección de pavimento
del camino.
DRENAJE: los líquidos son transportados dentro del plano
del geosintético. El fluido entra al compuesto a través del
geotextil y es llevado en los canales del núcleo a un punto
deseado en la aplicación.
REFUERZO: en la función de refuerzo, el geotextil está
sometido a una carga de tensión sostenida o una carga de
tensión no sostenida. Los materiales de suelo y rocas se
destacan por su característica de soportar fuerzas de
compresión y su baja capacidad relativa de soportar fuerzas
de tracción. Es por ello que el geosintético, en este caso la
geogrilla, trabaja por tracción.
En el presente trabajo se estudia el módulo resiliente en
campo, el cual determina cuanto puede resistir un suelo,
mediante la aplicación de cargas sobre el mismo; estás
cargas generan deformación elástica (recuperable) y plástica
(permanente). El módulo resiliente evalúa la deformación
permanente, determinando la deformación final puede llegar
a tener el suelo.
Uno de los instrumentos que permiten la obtención de los
módulos resilientes en campo, sobre una traza existente, son
los deflectómetros de impacto. Un deflectómetro de impacto
es un equipo que mide las deformaciones verticales
generadas por una carga de impacto aplicada sobre una
superficie especifica. El equipo utilizado en este trabajo es
un LWD capaz de aplicar una carga de 10 kg y 15 kg
distribuida sobre un plato de carga de 30 cm de diámetro,
midiendo la deformación vertical producida (Figura 4).
Figura 4. Equipo LWD del LEMaC
El presente trabajo analiza el mecanismo resistente de las
capas cuando se utiliza una geogrilla y un geotextil no
tejido, comparándolos con una zona de referencia que no
considera geosintético.
2. Metodología.
Se inicia el estudio sobre una pista de ensayo donde se
realiza la apertura de caja; mediante retroexcavadora
(Figura 5), en 15 metros de longitud, por 2 metros de ancho
y 0.40 metros de profundidad.
Figura 5. Apertura de caja
La pista se divide en tres tramos, cada uno de 5 metros de
longitud. Se determina las densidades mediante densímetro
nuclear marca Troxler 3440 (Figura 6).
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
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Figura 6. Determinación de densidades y humedad
Sobre la subrasante en cada tramo. Previo a ensayar con el
LWD se coloca arena para regularizar la superficie, donde se
asentará la placa de carga (Figura 7). Se ensaya con el LWD
en las proximidades de la determinación de las densidades,
con diferente carga de 10 kg y 15 kg respectivamente.
Figura 7. Asentamiento del plato de carga
Luego de ejecutar los ensayos sobre la subrasante se procede
a colocar los geosintéticos de dimensiones 1.5 x 1.5 metros
sobre la misma en los tres tramos de la pista, dejando un
sector sin colocar ningún material para tomarlo como
referencia (Figura 8).
Luego se procede a colocar suelo seleccionado en todos los
tramos (Figura 9), colocando distintos espesores de capa, es
decir, el tramo 3 posee una capa de 10 cm, el tramo 2 una
capa de 15 cm, y el tramo 1 una capa de 20 cm. Se compacta
con rodillo de uso manual (Figura 10), obteniendo una
superficie regular. Por último, se realiza nuevamente el
ensayo LWD y se determinan las densidades en los mismos
puntos previos, sobre la superficie compactada de suelo
seleccionado. El ensayo se realizó en dos instancias
diferentes en el tiempo, sobre superficie del suelo húmedo y
superficie del suelo seca.
Figura 8. Colocación de los materiales geosintéticos
Figura 9. Colocación suelo seleccionado
Figura 10 Compactación con rodillo
Luego de los ensayos de campo se realizaron los siguientes
cálculos en gabinete, según la propuesta del LEMaC.
70
Paso 1: se corrigen las lecturas obtenidas con LWD a las
obtenibles con un deflectómetro de impacto de referencia
(FWD), utilizando las siguientes expresiones en función de
la masa utilizada.
Mr calc = A.Mr lwd
d0 calc = B. d0 lwd
A; B = coeficientes de correlación (se tomó 1).
Paso 2: se dio un valor en forma iterativa al módulo
combinado de las distintas capas de la estructura del paquete
estructural (Ep) hasta equilibrar con la deflexión del FWD
(d0fwd) mediante la siguiente ecuación.
Donde:
a = radio del plato de carga = 15cm
p = presión del contacto de referencia (40 KN) = 1,13 MPa
Paso 3: se efectuó el cálculo del SNef mediante la siguiente
expresión.
SNef = 0,0024.D.(Ep.1000)1/3
Donde:
D = espesor total desde subrasante hasta superficie de
pavimento (cm)
Ep = módulo combinado (Mpa).
2. 1. Resultados
Tabla 1, resultados de LWD sobre la subrasante.
Tramo 3
Capa Peso (Kg) Mr (MPa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef
Sobre Subrasante 10 5.5 4.1 4.57 -8.720 3.60 3.66
15 5.8 5.8 6.16 -2.77 3.28 3.55
Tramo 2
Capa Peso (Kg) Mr (MPa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef
Sobre Subrasante 10 5 4.4 4.18 -10.90 3.58 3.66
15 5.2 6.5 5.58 -4.52 3.26 3.55
Tramo 1
Capa Peso (Kg) Mr (MPa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef
Sobre Subrasante 10 5.5 4.1 4.57 -8.81 3.60 3.66
15 5.7 5.9 6.07 -3.12 3.27 3.56
Nota: Los resultados de Mr y do sobre la resultante son similares en los tres tramos
Segunda etapa.
Tabla 2. Resultados de LWD (suelo seco)
Tramo 3
Capa Peso (Kg) Mr (Mpa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef
sin GST 10 6.0 3.7 4.96 -6.85 3.61 3.67
15 8.4 4.0 8.55 0.90 3.31 3.56
con GTX 10 13.5 2.5 10.14 -1.16 3.71 3.70
15 12.0 2.8 11.48 2.49 3.35 3.56
con GR 10 17.4 1.3 12.39 2.35 3.73 3.71
15 15.1 2.2 13.66 2.94 3.34 3.58
DS = 1.72; H= 33.3%
Tramo 2
Capa Peso (Kg) Mr (Mpa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef
sin GST 10 6.7 3.3 5.49 -4.80 3.63 3.67
15 7.5 4.5 7.75 0.06 3.30 3.56
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
71
con GTX 10 12.0 1.9 9.19 1.02 3.69 3.70
15 10.9 3.1 10.64 2.19 3.34 3.56
con GR 10 11.7 1.9 9.0 0.86 3.69 3.70
15 12.0 2.8 11.48 2.49 3.35 3.56
DS = 1.78; H = 34.4%
Tramo 1
Capa Peso (Kg) Mr (Mpa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef
sin GST 10 7.3 3.1 5.94 -3.66 3.65 3.67
15 8.0 4.2 8.20 0.51 8.25 2.13
con GTX 10 11.3 2.0 8.74 0.65 3.70 3.69
15 11.2 3.0 10.87 2.26 3.34 3.60
con GR 10 12.0 1.9 9.19 1.03 3.69 3.70
15 12.0 2.8 11.48 2.48 3.35 3.56
DS =1,69; H = 27,3 %
Promedio segunda etapa
Capa Peso (Kg) Mr (Mpa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef
sin GST 10 6.7 3.4 5.46 -5.10 3.63 3.67
15 8.0 4.2 8.17 0.49 4.95 3.08
con GTX 10 12.3 2.1 9.36 0.18 3.70 3.70
15 11.4 3.0 11.00 2.31 3.34 3.57
10 13.7 1.7 10.19 1.41 3.70 3.70
con GR 10 13.0 2.6 12.21 2.64 3.35 3.57
DS = 1,73; H = 31,7%
Tercera etapa. Tabla 3, resultados de LWD (suelo húmedo)
Tramo 3
Capa Peso (Kg) Mr (Mpa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef
sin GST 10 9.2 2.4 7.31 -0.88 3.66 3.69
15 8.3 4.0 8.47 0.83 3.31 3.57
con GTX 10 10.1 2.2 7.93 -0.08 3.67 3.69
15 10.0 3.3 9.91 1.84 3.33 3.56
con GR 10 11.7 1.9 9.00 0.87 3.70 3.70
15 11.8 2.8 11.33 2.45 3.30 3.56
DS = 1.20; H = 49.2
Tramo 2
Capa Peso (Kg) Mr (Mpa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef
sin GST 10 6.4 3.5 5.26 -5.70 3.62 3.67
15 6.6 5.1 6.92 -1.18 3.29 3.56
con GTX 10 6.4 3.5 5.26 -5.52 3.61 3.68
15 6.7 5.0 7.02 -1.00 3.29 3.56
con GR 10 8.0 2.8 6.45 -2.30 4.4 3.92
72
15 8.6 4.0 8.73 0.99 3.7 3.71
DS = 1,21; H=46,9%
Tramo 1
Capa Peso (Kg) Mr (Mpa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef
sin GST 10 6.3 3.6 5.19 -5.98 3.62 3.67
15 6.3 5.3 6.64 -1.74 3.28 3.56
con GTX 10 7.7 2.9 6.23 -2.77 3.64 3.69
15 7.5 4.5 7.76 -0.03 3.30 3.56
con GR 10 8.7 2.6 6.95 2.56 4.20 3.86
15 9.3 3.6 9.33 3.62 3.60 3.67
DS = 1,12; H = 53,7%
Promedio tercer etapa
Capa Peso (Kg) Mr (Mpa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef
sin GST 10 7.3 3.2 5.92 -4.19 3.63 3.68
15 7.1 4.8 7.34 -0.70 3.29 3.56
con GTX 10 8.1 2.9 6.47 -2.79 3.64 3.69
15 8.1 4.3 8.23 0.27 3.31 3.77
con GR 10 9.5 2.4 7.47 0.38 4.1 3.83
15 9.9 3.5 9.80 2.36 3.7 3.65
Ds =1.18; H = 49.93%
3. Análisis y conclusiones
A menor humedad del suelo se evidencia un incremento del
Mr con menor deformación, para los diferentes tramos.
El mejor resultado del Mr, en promedio, se alcanzó sobre el
tramo donde se colocó geogrilla y una capa de 10 cm sobre
el mismo, obteniéndose un incremento de Mr del 50% y la
mitad de deformación que el sistema de referencia. Mientras
que para el tramo con geotextil no tejido se obtuvo in
incremento de Mr del 46% y una deformación menor que la
referencia.
Podemos concluir que la incorporación de un material
geosintético ayuda efectivamente a incrementar la respuesta
de un paquete estructural de acuerdo a los resultados
logrados en campo y correlacionados en gabinete,
obteniéndose un valor de aporte estructural (SN) mayor para
el caso de la geogrilla.
4. Referencias.
1. LEMaC. “Guía de metodologías y procedimientos para
uso vial desarrollados en el LEMaC - Centro de
Investigaciones Viales (edición 2016)”, Editorial
edUTecNe (ISBN 978-987-1896-51-6), UTN Facultad
Regional La Plata. 2016.
2. Julián Rivera, et al. Empleo del Light Weight
Deflectometer para establecer el Número estructural
efectivo en vías a ser pavimentadas. Revista
Construyendo caminos. Año 3. Edición n°11. 2011.
3. Julián Rivera, et al. Diseño de pavimentos urbanos por
retro cálculo según guía AASHTO 93 mediante la
utilización del deflectómetro liviano de impacto.
Revista Universidad Costa Rica ISSN 1409-4045.2010.
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
73
PRIMERAS EXPERIENCIAS A FATIGA SOBRE MEZCLA ASFÁLTICA,
IMPLEMENTANDO ENSAYO DE LA SEMI PROBETA
Becario/s; Juan Francisco Tidoni Díaz
LEMaC, Centro de Investigaciones Viales. UTN FRLP, Av. 60 y 124, La Plata,
Buenos Aires, Argentina. [email protected]
Director/res; Dr. Ing. Delbono Héctor Luis
LEMaC, Centro de Investigaciones Viales. UTN FRLP, Av. 60 y 124, La Plata,
Buenos Aires, Argentina. [email protected]
Área: Tecnología de los Pavimentos Flexibles PID Asociado: “Utilización de polímeros con modificadores de
cementos asfálticos y su incidencia en el desempeño de mezclas asfálticas densas y semi densas. Código: IFILP4366
Resumen
La fisuración de los pavimentos asfálticos es una de las causas más frecuentes de deterioro. Debido a las características
reológicas de las mezclas asfálticas, su comportamiento a la fisuración es complejo de analizar, ya que el material se comporta
de manera diferente frente a las solicitaciones climáticas y el tránsito.
El presente trabajo de investigación tiene por objetivo determinar la resistencia a fatiga de una mezcla asfáltica convencional del
tipo CAC D19, a través de la implementación del ensayo SCB (Viga Semicircular Simplemente Apoyada)
Se logró desarrollar el método, mediante la compactación de la probeta con el compactador giratorio de YPF, obteniéndose los
primeros resultados, los cuales se encuentran dentro de los rangos esperados, quedando a futuro ensayar más probetas para
poder realizar un análisis más profundo y con diferentes mezclas asfálticas.
Palabras clave: Mezcla asfáltica, Ensayo SCB, Resistencia a fatiga. Energía de fractura
1. Introducción
Las mezclas asfálticas están compuestas por la unión de
agregados pétreos (gruesos y finos) y un ligante asfaltico.
Los daños en las mezclas asfálticas son variables y sus
causas son especialmente por el flujo vehicular y
condiciones medioambientales (temperatura, humedad,
rayos UV, precipitaciones), las cuales aceleran el deterioro
de la estructura del pavimento.
Ante estos problemas, se implementó en el LEMaC, el
ensayo SCB (Semi Circular Bending), un ensayo de
procedimiento rápido y confiable, cuyo objetivo principal es
medir la energía de fractura a baja temperatura y la
tenacidad de la mezcla asfáltica.
2. Metodología
Se comienza con la fabricación de una probeta, de
dimensiones 150mmØ y 115 +/- 5mm de altura.
La probeta es compactada, con un compactador giratorio,
bajo las siguientes condiciones de moldeo:
Presión de compactación durante los primeros 5
giros: 600Kpa +/- 60Kpa
Nº de giros: 95
Presión compactación después de los primeros 5
giros: 600Kpa +/- 18Kpa
Cantidad de mezcla 4500g
Velocidad de base giratoria: V:30 +/- 0.5 RPM
Temperatura de moldeo (Compactación: 145ºC)
(Mezclado: 155ºC)
2.1 Materiales
2.1.1 Obtención de la Mezcla
La mezcla se fabricó empleando áridos de la cantera Piatti, y
asfalto del tipo CA-20 proporcionado por YPF. La
dosificación se presenta en la Tabla 1.
Tabla 1
2.2 Moldeo de la Probeta
Materiales Dosificación
Total (%) Peso total de la dosificación (g)
MATERIAL 1 06:20 30,56 1528,00
MATERIAL 2 00:06 53,48 2674,00
MATERIAL 3 CAL 2,20 109,83
MATERIAL 4 06:12 9,26 463,18
ASFALTO CA-20 4,50 225,00
Totales en % 100 5000
Foto 4cm x 4cm
74
Para la obtención de la probeta se utilizó el compactador
giratorio de YPF (Figura 1), bajo la normativa AASHTO
T312-ASTM D 6925.
Figura 1. Compactador Giratorio de YPF
Esto requiere una cantidad aproximadamente de 4800g,
respetando la condición de moldeo expresadas
anteriormente.
Una vez obtenida la probeta de 150mmØ y de 115mm +/-
5mm de altura, se procedió a cortar en el centro, obteniendo
una probeta de 25mm o 50mm (+/- 2mm), por un diámetro
de 150mm. Luego se cortó al centro de la probeta,
obteniendo 2 partes iguales, (Figura
2).
Figura 2. Obtención de la probeta central
En su cara plana, se realizó una entalladura de unos 5mm en
la mitad de la semi probeta, cuyo objetivo es inducir el plano
de falla durante el ensayo.
2.3 Ejecución de ensayo
Se acondiciona la probeta previamente a 20ºC durante 2Hs.
Se coloca la probeta centrada y simplemente apoyada sobre
una estructura diseñada que consiste en 2 rodillos, cubiertos
con un material reductor de fricción, separados una distancia
de 120 mm (Igual al 80% de la longitud del diámetro)
(Figura 3).
Figura 3. Probeta a ser ensayada
Se ejecuta el ensayo, aplicando una fuerza constante en el
centro de la luz de la muestra, a una velocidad de
0.05 mm/min , y a una temperatura establecida de 20ºC,
hasta llegar a falla.
Se determina como una prueba valida, si la grieta termina
en una zona +/- 15mm (= 10% del diámetro de la probeta),
desde el centro de la franja de carga. Si la grieta termina
fuera de esta área, se debe ensayar una probeta extra,
(Figura 4).
Figura 4. Aceptación del ensayo
Dónde:
1. Ensayo rechazado
2. Área de aprobación
3. Ensayo aprobado.
En nuestro caso, los resultado fueron válidos (Figura 5 y
Figura 6), por lo que podemos establecer una curva de
Carga-Desplazamiento, registrado por un software, del cual
obtenemos una Carga Máxima y el Desplazamiento a Carga
Máxima, variables para estudiar el comportamiento de la
mezcla asfáltica ensayada.
TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018
75
Figura 5. Probeta 1
Figura 6. Probeta 2
2.4 Parámetros a estudiar
2.4.1 Tenacidad de Fractura
Se define como la energía disipada en el proceso de
ablandamiento, multiplicado por un factor de fragilidad
(Corresponde al desplazamiento realizado desde la Carga
máxima, hasta que la carga desciende a la mitad de su valor
máximo).
Este índice tiene como finalidad, ver la capacidad de la
mezcla de mantener unidos sus componentes una vez que ha
alcanzo su resistencia máxima. Se calcula de la siguiente
manera:
Dónde:
It: Índice de tenacidad (adimensional)
Wd: Trabajo realizado en el proceso de fisuración,
área bajo la curva carga-desplazamiento (kN-mm)
WF: Trabajo hasta la carga máxima (kN-mm)
∆Fmax: Desplazamiento a F max (mm).
∆mdp: Desplazamiento a F max post pico (mm)
h: Espesor de la probeta (mm)
l : Ancho de la probeta (mm)
2.4.2 Energía de Fractura
La energía de fractura se calcula dividiendo el trabajo de
fractura (área bajo la curva vs. curva de desplazamiento de
carga), por el ligamento (el producto de la longitud del
ligamento y el grosor de la muestra) de la muestra SCB
antes de la prueba.
Donde:
Gf: Energía de Fractura (J/m
2)
Wf: Trabajo de Fractura (J)
Alig: Área del ligamento (m2)
2.4.3 Trabajo de Fractura
El trabajo de fractura se calcula como el área bajo la curva
de carga vs. Desplazamiento de la línea de carga (P-u). El
trabajo se detiene cuando la carga cae por debajo de 0.5KN.
El trabajo total de la fractura Wf, se calcula como la suma
del área bajo la curva P-u obtenida experimentalmente (W)
y el área bajo la cola extrapolada de la curva (Cola W)
Figura 7. Trabajo de fractura
3. Discusión y Resultados
Se obtuvieron los resultados de carga y deformación
mediante software de ensayo, las curvas se presentan en la
Figura 8, luego se realizaron los cálculos de energía
disipada y tenacidad de fractura, determinándose el índice
de tenacidad como se presenta en la Tabla 2.
Fuerza
Max.
Def. a
Fmax
Energia a
Fmax
Indice de
tenacidad
Energia
Disipada
Tabajo
Disipado
(N) (mm) (N.mm) (It) (J/m2) (Kn.mm)
1 3141,2 1,6 3065,3 0,082 0,423 4822,89
2 2799,7 2,0 2945,3 0,055 0,439 4402,46
Probeta
Tabla 2. Resultados
76
Figura 8.Curvas obtenidas del software de ensayo
4. Análisis y conclusiones
Se logró moldear la probeta, la cual requiere un
equipamiento especial para su posterior ensayo según la
normativa y obtener las primeras experiencias en la
ejecución del ensayo SCB.
Se presenta la implementación de un ensayo práctico para
determinar la resistencia a la fisuración de mezclas
asfálticas, a través del cálculo de la energía disipada en el
proceso de fisuración.
El ensayo puede aplicarse sobre probetas moldeadas en
laboratorio u obtenidas sobre testigos.
Debido a los pocos resultados no puede establecerse una
conclusión sobre los valores alcanzados. Queda a futuro
ensayar diferentes tipos de mezclas a diferentes
temperaturas y comparar entre ambas los resultados
obtenidos.
5. Referencias
Gabriel Nsengiyumva. Development of Semi-
Circular Bending (SCB). Tesis para optar el titulo
de ingeniero. Año 2015.
Bituminous mixtures- Test methods for hot mix
asphalt (BS EN 12697-44:2010)
Método AASHTO. Determining the fracture energy
of asphalt mixtures using the Semi Circular Ben
geometry (SCB). Suministrado como ejemplo
solamente.
Luis Alberto Paredes Chérrez, et al.
Comportamiento de mesclas asfálticas densas a
partir del ensayo de viga semicircular simplemente
apoyada. Año 2013.
Li X., Braham A., Marasteanu M., Buttlar W. and
Williams R. (2008). Effect of Factors Affecting
Fracture. Energy of Asphalt Concrete at Low
Temperature. Third EATA conference 2008,
European Asphalt Technology Association, 397-
416.