Medición y Estimación del Módulo Dinámico de MAC Utilizadas en Chile

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

2. Introducción • En un diseño E-M, se utiliza la relación esfuerzo-deformación, i.e., el “módulo”, para caracterizar los materiales asfálticos • El módulo dinámico (IE*I) es utilizado para caracterizar las MAC en la nueva Guía de Diseño Empírico-Mecanicista AASHTO (MEPDG) • Como parte de un proyecto más global, la UTFSM ha comenzado a determinar IE*I, por primera vez en el país, usando el enfoque de la MEPDG • El objetivo de este trabajo, es la caracterización de 5 MAC chilenas (curvas maestras e isócronas) y la evaluación de 4 modelos para estimar IE*I

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

4. Modelos Predictivos • Estimación del IE*I Usando Ecuaciones Predictivas • El ensayo para “medir” IE*I es difícil y caro • Por lo tanto, es muy deseable un método simple pero confiable para “estimar” IE*I • El ideal es basarse en propiedades ya conocidas por medio de los ensayos rutinarios (asfalto, mezcla y agregados) • Cuatro modelos se evaluaron en este estudio: • Modelo Witczak Original (MEPDG AASHTO) • Modelo Witczak Modificado • Modelo Hirsch • Modelo Al-Khateeb

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

6. Modelos Predictivos • Modelo Witczak Modificado r3/4 r3/8 r4 r200 Va Vbeff Granulometría Propiedades Volumétricas Nota: Para desarrollar la curva maestra de IE*I de la mezcla, se requiere curva maestra de IGb*I y db del asfalto Módulo de Corte Dinámico del Bitumen IGb*I db Angulo de fase del Bitumen (asociado a IG*I)

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

8. VS Vb Va Vol. Agregado Vol. Asfalto Vol. Vacíos de Aire Modelos Predictivos • Modelo Al-Khateeb Módulo de Corte Dinámico del Bitumen IGb*I IGb*Ig Módulo de Corte Dinámico del Bitumen en Estado Vítreo Propiedades Volumétricas VMA Nota: Para desarrollar la curva maestra de IE*I de la mezcla, se requiere curva maestra de IGb*I del asfalto Va VS Vb

9. Materiales Utilizados • Mezclas Estudiadas • IV-A-12: Densamente graduada, se incluyeron 2 tipos, una con asfalto convencional y una con asfalto modificado • M-10: Microaglomerado discontinuo en caliente, utilizada como capa de rodadura • SMA: “Stone Mastic Asphalt”, se estudiaron 2 tipos, una con pellet de celulosa con asfalto y una con fibras de celulosa

10. Materiales Utilizados • Granulometrías de las Mezclas

11. Materiales Utilizados • Granulometrías de las Mezclas

12. Materiales Utilizados • Asfalto y Propiedades Volumétricas • Condiciones de Ensayo en Laboratorio • Norma: AASHTO T 62-03 • Onda de carga: “haversine” • Probetas (comp. giratorio): d = 100 mm, h = 150 mm • Temperaturas: -10, 4, 21, 37 y 54oC • Frecuencias: 0,1; 0,5; 1,0; 5; 10; y 25 Hz

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

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

15. Resultados • Comparación de Curvas Isócronas • Frecuencia de referencia: 10 Hz

16. Resultados • Comparación de Curvas Isócronas • Frecuencia de referencia: 10 Hz

17. Resultados • Comparación de Curvas Isócronas • Frecuencia de referencia: 10 Hz

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

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

20. Conclusiones • Se ha caracterizado el IE*I de 5 MAC (2 densas, 1 discontinua y 2 SMA) por primera vez en Chile: • Curvas maestras→ caracterización fundamental, pero difícil de interpretar • Curvas isócronas→ más útiles en términos del comportamiento potencial de un pavimento • Los resultados a altas temperaturas (54oC) mostraron variabilidad excesiva → usarlos con cautela • Se evaluaron 4 modelos predictivos del IE*I: • Manera más rápida y económica de estimar IE*I, con confiabilidad suficiente para el diseño E-M • Modelo Hirsch resultó el mejor evaluado: mayor precisión (R2 = 0.96) • Se propone un Fc = 2 para el Modelo Hirsch

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