Evaluación de la adherencia entre capas asfálticas con
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UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES Facultad de Ingeniería Maestría en Ingeniería del Transporte – Orientación Vial “EVALUACIÓN DE LA ADHERENCIA ENTRE CAPAS ASFÁLTICAS CON INTERCAPA DE GEOSINTÉTICO” Ing. Luis Agustín RICCI Director de Tesis: Ing. Norberto Cerutti Co-Director de Tesis: Mg. Ing. Gerardo Botasso MAGÍSTER EN INGENIERÍA DEL TRANSPORTE – ORIENTACIÓN VIAL “Dubitare di se stesso è il primo segno dell'intelligenza” “Dudar de si mismo es la primera señal de inteligencia”. Ugo Ojetti Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] PRÓLOGO 1-194 PRÓLOGO El lector encontrará en esta Tesis respuestas a preguntas que uno habitualmente se realiza a la hora de comprender como funciona la estructura de un camino. En general se asume que la respuesta de la misma es monolítica frente al estado de solicitación del tránsito. ¿Y en verdad es así?. ¿Existe en la interfase de las capas la continuidad necesaria que garantice esa condición? Esta incógnita cobra mayor significación cuando se trata de capas de rodadura, ya que las mismas despliegan el mayor estado tensional en el paquete estructural y en general dado su aporte resultan ser las de menor espesor en comparación con las capas granulares no ligadas, generándose así esfuerzos muy cercanos a las condiciones de admisibilidad, si no se cumplen los supuestos de continuidad que utilizáramos como condiciones de borde. Si a su vez sumamos la idea que presenta la Tesis de considerar qué sucede cuando se plantea la necesidad de un refuerzo o de una rehabilitación en dónde por textura, tiempo y diferentes materiales se genera un plano de mayor discontinuidad, resulta aun mas relevante la respuesta a esta pregunta. En las actividades centrales de mantenimiento se observa a su vez, una búsqueda por devolver a la estructura a reforzar la impermeabilidad deseada y neutralizar la propagación de fisuras presentes en las capas existentes hacia las capas nuevas. Así aparece como casi inevitable recurrir al uso de geosintéticos en sus distintas versiones de conformación y de materiales. En estas condiciones: ¿se suma una nueva dificultad para garantizar la continuidad de las capas adyacentes? El autor presenta respuestas a estos interrogantes, teniendo fundamentación en una profunda búsqueda bibliográfica, que destaca la mayoría de las técnicas de experimentación que se conocen en diferentes centros de investigación y reparticiones federales viales que las aplican en el mundo. En verdad el lector podrá encontrar una valoración de tales métodos, siendo esto una significativa síntesis, que expresa por otro lado, el espíritu característico de sus trabajos. Se observa que la experimentación generada entorno al método LCB, elegido para medir los esfuerzos de adherencia entre capas, expresa una continuidad de trabajo que el Autor posee en el área disciplinar en la que se desempeña. Se destaca esto, a fin de resaltar, que la Tesis no es una primera aproximación al tema; entiendo que el lector podrá disfrutar de ello, en las síntesis conceptuales a las cuales se arriba. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] PRÓLOGO 2-194 Por otro lado la fundamentación conceptual se presenta asociada a la experimentación realizada. Esto permitirá al lector hacer triangulaciones continuas sin necesidad de volver a la lectura de un bloque teórico aislado. Creo que esto es muy meritorio ya que hace mucho mas atractiva la propuesta documental. Por último, observo en el trabajo diario del Ing Luis Ricci, una profunda vocación de superación y de una búsqueda continua hacia la plena compresión de los interrogantes que plantea la ingeniería vial. Descarto que en el futuro aparecerá mas producción asociada a revistas y congresos en donde se debatirán nuevos aspectos relacionados a la problemática planteada Ahora si terminando, no queda mas por decir que, como profesor, consejero y amigo del Ing. Luis Ricci, que la obra que se apresta a leer, representa el esfuerzo de un ser humano integro y eso no es poco.... Gerardo Botasso La Plata, 28 de marzo de 2011. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] AGRADECIMIENTO 3-194 AGRADECIMIENTO A mi Director de Tesis Ing. Norberto Cerutti, por su apoyo, por compartir sus conocimientos y experiencias conmigo, por sus correcciones a la presente Tesis y por sobre todas las cosas por su calidad humana. A mi Codirector de Tesis Mg. Ing. Gerardo Botasso, por ser un referente a lo largo de mi carrera de grado y de posgrado, por haberme mostrado las bondades de nuestra querida profesión y la especialidad en la Ingeniería Vial, por haberme dado tantas oportunidades de trabajo, por haberme abierto las puertas del LEMaC en distintas instancias y por sus aportes invaluables a esta Tesis. A todos mis compañeros del LEMaC, Jefes de Área, Técnicos, Integrantes, Becarios y aquellos que alguna vez pertenecieron al Centro y compartieron su tiempo y conocimiento conmigo, dado que sin su ayuda la elaboración de esta Tesis habría sido una tarea extremadamente ardua. En especial a la Ingeniera Soengas por sus correcciones y a tantos otros profesionales que se detuvieron a leer la presente Tesis y emitir sus aportes. A la Fundación YPF, dado que ha subvencionado mediante una beca el cursado de la Maestría por lo que se agradece tan valioso aporte. A todas aquellas personas externas al LEMaC, de entidades públicas y empresas privadas que de alguna u otra manera aportaron materiales, experiencias, comentarios, sugerencias y correcciones a la presente Tesis. A mis amigos y a mi novia, porque a lo largo de los años me han sabido acompañar en el camino de la vida, y entendieron mis ausencias consecuencias de la pasión que despertó en mi la Ingeniería. Por último pero no menos importante, a mi familia, por su apoyo en mi carrera, y porque sin ellos nada de esto sería posible. A todos y cada uno de ellos mi más sincero agradecimiento. Luis Agustín Ricci Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ÍNDICE 4-194 ÍNDICE Prólogo Pág. 001 Agradecimiento Pág. 003 Índice Pág. 004 1. Introducción Pág. 005 2. La falla por adherencia en pavimentos flexibles Pág. 011 3. La valoración de la adherencia Pág. 016 4. Los productos geosintéticos Pág. 032 5. La emulsión como riego de liga Pág. 085 6. La mezcla asfáltica Pág. 107 7. El desarrollo del equipamiento Pág. 120 8. El moldeo experimental Pág. 130 9. Ensayos de Laboratorio Pág. 147 10. Conclusiones Pág. 172 Bibliografía Pág. 183 Listado de tablas Pág. 187 Listado de ecuaciones Pág. 189 Listado de figuras Pág. 190 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] INTRODUCCIÓN 5-194 1. INTRODUCCIÓN 1.1 PLANTEO DEL PROBLEMA Muchas veces se han utilizado productos Geosintéticos en tareas de pavimentación y repavimentación asfáltica. Dentro de estos materiales se pueden reconocer los Geotextiles, utilizados como retardadores de la fisuración refleja o como barreras de humedad entre dos capas asfálticas; y las Geogrillas empleadas como refuerzo o como controladoras de la fisuración refleja. Ahora bien, innumerables veces se ha planteado el tema de la adherencia entre capas asfálticas cuando se ejecutan los recapados o las pavimentaciones con sistemas multicapas. Sin embargo, en el ámbito nacional, poco se sabe del comportamiento de la adherencia entre las capas asfálticas cuando entre ellas se intercala un producto Geosintético. Es por ello que se ha decidido orientar la investigación y la elaboración de la presente tesis a analizar dicha cuestión. 1.2 MARCO TEORICO Y JUSTIFICACIÓN 1.2.1 Los productos Geosintéticos Los productos Geosintéticos se han venido utilizando en las últimas tres décadas. En el ámbito nacional se conoce a estos materiales como aquellos productos en los que, por lo menos, uno de sus componentes tiene un polímero sintético o natural como material básico, y se presenta en forma de fieltro, manto, lámina o estructura tridimensional, usada en contacto con el suelo o con otros materiales dentro del campo de la Geotecnia o de la Ingeniería Civil. Los Geosintéticos pueden ser manufacturados a partir de procedimientos de extrusión (Geoplásticos), con tecnología textil (Geotextiles) y productos formados por ambas tecnologías: textil y plástica. Existen varios campos de aplicación de los Geosintéticos dentro del mundo de la construcción y la edificación: obras viales, obras hidráulicas, sistemas de control de erosión, aplicaciones medioambientales, entre otras. Dentro de este grupo de materiales se encuentran diferentes productos en función de determinadas características: Geotextil, Geomebrana, Geogrilla, Geored, Geocelda, Geomanta y Geocompuestos. En el campo Vial los de mayor utilización y de relevancia actual han sido los Geotextiles y las Geogrillas. Se conoce como Geotextil al fieltro o manto fabricado con fibras sintéticas, cuyas funciones se basan en la capacidad de filtración y en sus altas resistencias mecánicas, siendo éstas: separar, Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] INTRODUCCIÓN 6-194 filtrar, drenar, reforzar y proteger. El Geotextil es un material textil permeable, a base de polímero (natural o sintético), pudiendo ser no tejido (de fibra cortada o filamento continuo) o tejido, usado en contacto con el suelo o con otros materiales. Las Geogrillas son Geosintéticos formados por una red regular de elementos integralmente conectados, con aberturas mayores que 6,35 mm, para permitir el ínter trabado con los materiales circundantes para funcionar, principalmente, como refuerzo. Dentro de la Ingeniería Vial, la rehabilitación de pavimentos y la construcción de pavimentos asfálticos multicapa se han nutrido sustancialmente del uso de estos productos Geosintéticos. El buen comportamiento en la utilización de estos materiales depende de muchas variables (propiedades intrínsecas, funciones que cumplen, modo de aplicación, materiales que vincula, características ambientales del entorno de aplicación, etc.) dentro de las cuales no se debe dejar de lado la adherencia lograda entre las distintas partes del sistema. Algunos autores aseguran que, desde el punto de vista general, la incorporación de productos Geosintéticos entre las capas asfálticas mejora la resistencia al deslizamiento entre las mismas; y otros que, genera un plano de deslizamiento que atenta contra la continuidad. 1.2.2 Las mezclas asfálticas en pavimentación y repavimentación y los riegos de liga Las mezclas asfálticas son materiales de probada satisfacción cuando se constituyen en carpetas de rodamiento o bases asfálticas en paquetes estructurales de caminos. La calidad de rodadura brindada y su rápida habilitación al tránsito, pueden inclinar la balanza en la elección de los contratistas y usuarios a la hora de pavimentar y repavimentar caminos. Tanto en pavimentos nuevos construidos en distintas capas, como en repavimentaciones asfálticas de superficies deterioradas, es sabido que la adherencia lograda entre los distintos sustratos o capas del sistema, es determinante para que la estructura trabaje como tal, o sólo una parte quedará sometida a la acción de las cargas rodantes. Los riegos de liga son aquellas aplicaciones de asfalto sobre una capa que debe cubrirse con concreto asfáltico, destinados a lograr la adherencia entre la superficie vieja o previa y la pavimentación asfáltica superpuesta. Un adecuado riego de liga debe cumplir con dos requerimientos esenciales. En primera instancia debe ser liviano y debe, como segunda condición, poder esparcirse en toda la superficie del área a pavimentar. La tendencia actual de los fabricantes de productos bituminosos ha sido ir sustituyendo los antiguos asfaltos diluidos, empleados en esta aplicación, por las nuevas emulsiones asfálticas, modificadas para poder ser utilizadas en los riegos de adherencia. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] INTRODUCCIÓN 7-194 Los riegos de adherencia deben asegurar que las capas del pavimento funcionen de manera solidaria. El diseño estructural de los pavimentos flexibles considera que el conjunto de capas actúa en forma solidaria frente a las cargas de tránsito. La falta de adherencia entre capas genera una reducción en la vida útil de los pavimentos y la presencia de fallas prematuras, por cuanto la estructura se ve limitada a las capas superiores no adheridas con consecuencias económicas considerables. 1.2.3 La interacción entre productos Geosintéticos y las capas asfálticas. La necesidad de la adherencia Tanto los productos Geosintéticos mencionados como las distintas capas asfálticas según su función, pueden ser partes constituyentes de un sistema denominado pavimento, tanto en obra nueva como en un refuerzo. Este sistema debe actuar solidariamente y la relación íntima que tiene sus componentes lleva a que su comportamiento satisfactorio no sea sólo derivado del comportamiento individual de cada parte constituyente sino también de esta relación. Lograr la adherencia entre las capas asfálticas y los productos Geosintéticos es, en parte, responsable de un comportamiento monolítico del paquete estructural utilizado en pavimentos. Por ello se la considera él factor fundamental en lograr el éxito de los pavimentos constituidos por varias capas asfálticas y Geosintéticos. En un sistema multicapa, los movimientos relativos entre las capas componentes son un origen importante de fisuras. Cuando la adherencia entre capas asfálticas no es buena, la carpeta de rodamiento suele fisurarse de manera temprana, ante las solicitaciones del tránsito. Esta falta de vínculo se traduce también, en una mala o nula distribución de tensiones en el espesor total del pavimento. En refuerzos asfálticos la adherencia resulta de vital importancia para que éste cumpla con su función. Cuando se incorpora un producto Geosintético varios factores deben ser tenidos en cuenta para lograr una óptima adherencia. Que los coeficientes de dilatación térmica entre mezcla y Geosintético no sean apreciablemente diferentes. Que el módulo de elasticidad del Geosintético sea similar al módulo de la mezcla asfáltica. Y, que se materialice de manera óptima el contacto entre el Geosintético y la mezcla asfáltica. La incorporación de los productos Geosintéticos en pavimentos asfálticos no es utilizada, en la actualidad, con el objeto de mejorar la adherencia entre capas. No obstante ello, al ser materiales con características afines a los productos bituminosos pueden tener ciertos efectos Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] INTRODUCCIÓN 8-194 en la adherencia entre distintas capas asfálticas. Este fenómeno debe ser considerado y evaluado, y así se efectúa en la presente Tesis. Si bien la valoración de adherencia entre capas asfálticas ha sido estudiada, no se le ha dado la suficiente importancia a como beneficia o perjudica a la adherencia entre capas la adición de un Geosintético entre ellas. 1.3 ANTECEDENTES 1.3.1. La experiencia de refuerzo con Geosintéticos La utilización de productos Geosintéticos en el mundo se ha ido incrementando desde la década del ’70 hasta la actualidad. Los Geotextiles han sido los materiales pioneros dentro de los Geosintéticos. Su origen como filtro y separación tuvo lugar en Holanda y Estados Unidos. En Argentina los Geotextiles y las Geomembranas sintéticas aparecieron en los años ’70 pero consolidaron su utilización en las últimas dos décadas. De acuerdo a la función para la cual han sido diseñados surgieron, derivados de éstos, otros productos con un grado de especificidad mas elevado. En efecto la función de refuerzo originalmente cubierta por el Geotextil ha dado origen a las Geogrillas cuya respuesta y aplicación específica les permiten optimizar su desempeño en obra. Entre las obras viales mas importantes dentro del país, en donde se han utilizado Geotextiles y Geogrillas como refuerzo entre capas asfálticas, se puede mencionar: Repavimentación asfáltica de la Ruta Nacional Nº 12. Tramo Ramada Paso / Itatí (Pr. km 1076 a km 1096) Corrientes Repavimentación de la Autopista Ricchieri Repavimentación del Acceso Norte a Buenos Aires. Tramo I (Avenida Gral. Paz entre Acceso Norte y Oeste), y Tramo II (Acceso Norte desde Avenida Márquez hasta bifurcación Rutas Nacionales Nº 8 y Nº 9) Ampliación de la pista principal del Aeropuerto de Ezeiza También su uso es notorio en pavimentación urbana como refuerzo de subrasante (sobre todo en zonas de suelos de baja capacidad portante), o como elemento retardador de fisuras reflejas: Av. 44 entre Av. 13 y Av. 31, ciudad de La Plata Calle 14 entre 68 y 71, ciudad de La Plata Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] INTRODUCCIÓN 9-194 1.3.2. La experiencia en Geosintéticos. La experiencia en el país con Geosintéticos ha tenido un nuevo auge en los últimos años, impulsado en gran medida por distintas entidades reunidas en el Sub Comité de Geosintéticos del IRAM. La elaboración de normas para la caracterización y aceptación de estos materiales les ha dado un sustento racional donde descansa la tranquilidad de muchos usuarios que desean ver respaldada su decisión al optar por la utilización de los mismos. A partir del año 2000 distintas entidades dedicadas a la investigación encararon la labor de llevar adelante los ensayos necesarios para la caracterización de estos materiales. 1.3.3. La valoración de adherencia entre capas La valoración de la adherencia entre capas ha sido un tema abordado en los últimos años, dentro del ámbito nacional. Numerosos investigadores en el país han estudiado el problema evaluando la adherencia entre capas asfálticas y/o entre capas asfálticas y pavimentos de hormigón. Sin embargo no se ha considerado, hasta el momento y en la bibliografía estudiada, la inclusión de productos Geosintéticos como componente del paquete estructural. Existen numerosos ensayos para la valoración de la adherencia. Sin embargo los distintos investigadores de la temática no se han puesto de acuerdo, hasta el momento, cual utilizar para evaluar la calidad de la adherencia o liga entre capas. Entre los principales ensayos tendientes a controlar la adherencia entre capas, que se ha podido constatar en la bibliografía, se encuentran: Ensayo de corte sobre testigos Ensayo de tracción sobre testigos Ensayo de torsión sobre testigos Ensayo in situ (proyecto MTQ) Ensayo de corte sobre probetas (LCB Laboratorio de Caminos de Barcelona) El ensayo de amplia aplicación en el ámbito nacional ha sido el desarrollado por el Ing. Francesio y publicado en los anales de la décimo sexta Reunión del Asfalto en el año 1969. El mismo consta de la adaptación del equipo Marshall para brindar un esfuerzo cortante semejante al provisto en el ensayo LCB (Laboratorio de Caminos de Barcelona). El ensayo LCB consiste en aplicar sobre una probeta cilíndrica un esfuerzo de corte por flexión. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] INTRODUCCIÓN 1.4 10-194 OBJETIVOS DE LA TESIS Por lo antes expuesto se plantea estudiar el comportamiento de la adherencia entre capas asfálticas cuando se intercala entre ellas un producto Geosintético (Geotextil y/o Geogrilla), considerando como patrón la adherencia entre capas asfálticas sin ningún material intercalado entre ellas, y variando condiciones como riego de adherencia y tipo de Geosintético. Se vislumbran también como objetivos específicos y complementarios al objetivo general: Conocer las bondades o dificultades de la utilización de Geosintéticos en repavimentación asfáltica en lo concerniente a adherencia entre capas. Aportar el conocimiento de la técnica de medición de la adherencia, a los fines de que sea incorporado en las metodologías de control de calidad de pavimentos. Identificar las condiciones optimas de aplicación de productos Geosintéticos en cuanto a la adherencia del paquete estructural se refiere. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA FALLA POR ADHERENCIA EN PAVIMENTOS FLEXIBLES 11-194 2. LA FALLA POR ADHERENCIA EN PAVIMENTOS FLEXIBLES Los pavimentos flexibles basan su comportamiento en la capacidad de deformación ante la solicitación de las cargas del tránsito y las cargas térmicas. Para absorber tales cargas estos pavimentos se constituyen en varias capas, las cuales poseen propiedades resistentes diferentes, disminuyendo su calidad a medida que aumenta la profundidad dentro del paquete estructural. (1) El pavimento asfáltico es entonces, por naturaleza, un sistema multicapa en que sus partes componentes deben estar adheridas entre sí para brindar una solidaridad resistente. En un esquema tal, los movimientos relativos entre las capas componentes son un origen importante de fisuras. Cuando la adherencia entre capas asfálticas no es buena, la carpeta de rodamiento suele fisurarse de manera temprana, ante las solicitaciones del tránsito. Esta falta de vínculo se traduce también, en una mala o nula distribución de tensiones en el espesor total del pavimento. (2) Sistema efectivamente adherido Sistema sin adherir Figura 01. Resistencia de elementos multicapas adheridos y sin adherir. El concepto de sistema multicapa sometido a una solicitación de flexión, puede asimilarse al de una viga multilaminada, donde su resistencia se incrementa en función de su altura y considerando una adherencia total entre sus partes componentes. Si la viga estaría formada por varias capas de espesor delgado colocadas simplemente apoyadas unas sobre otras sería menos resistente que una viga monolítica de igual altura total, o la misma viga de delgadas capas pero adheridas fehacientemente entre ellas. Esto puede demostrarse con la teoría básica de flexión que dice que la tensión debida a flexión en cualquier sección es directamente proporcional al momento flector “M”, e inversamente proporcional al módulo de resistencia de la sección “W”. Es sabido también que para elementos de sección rectangular, como puede considerarse una muestra de estudio de un pavimento, el módulo Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA FALLA POR ADHERENCIA EN PAVIMENTOS FLEXIBLES 12-194 resistente es directamente proporcional al cuadrado de su altura, con lo cual se evidencia la importancia de poseer espesores de capa considerables y netamente adheridos entre sí. max M W M bh 2 6 Ecuación 01. Tensión o esfuerzo debido a la flexión en secciones rectangulares de materiales homogéneos. Ahondemos más en este concepto y en la comprensión del mecanismo de resistencia a la flexión. Ante una viga sometida a flexión simple, los esfuerzos presentados en una sección de la misma se ven representados en la figura 2. Se aprecia que la mitad superior de la sección estará sometida a esfuerzos de compresión, no obstante ello, la semi parte inferior lo estará a tracción. Por la condición de equilibrio de fuerzas en el eje X en toda la sección, las fuerzas de compresión quedan equilibradas con las de tracción. Ahora bien, si se analizase solo una de las láminas de la sección, por ejemplo la delimitada por abcd, el esfuerzo de compresión resultante en la misma sólo sería equilibrado por un esfuerzo cortante y de sentido opuesto a la compresión desarrollado en el plano dce. Este esfuerzo cortante se ve materializado por la adherencia en los sistemas multicapas, es allí entonces donde reside su importancia. Figura 02. Esquema de fuerzas de compresión y tracción en viga sometida a flexión. Como la fuerza de compresión total aumenta hasta el eje neutro, es allí donde se requiere una resistencia de adherencia de mayor importancia para contrarrestar su efecto. (3) De esta manera queda demostrado que ante solicitaciones de flexión la adherencia entre las partes componentes de un paquete estructural es de suma importancia. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA FALLA POR ADHERENCIA EN PAVIMENTOS FLEXIBLES 13-194 La falla por adherencia en pavimentos se ve manifestada por corrimientos, o corrugaciones. Según el Manual de Identificación de Fallas de la Federal Highway Administration los corrimientos o shoving son desplazamientos longitudinales localizados en áreas de la superficie del pavimento; generalmente causados por el frenado brusco de los vehículos o las aceleraciones repentinas que suelen darse en pendientes, curvas o intersecciones. Como consecuencia de ese desplazamiento longitudinal viene aparejado un desplazamiento vertical, ya que la mezcla que se desliza tiende a acumularse en una instancia posterior. La manera de cuantificar esta falla es midiendo la superficie afectada y expresándola en metros cuadrados. (4) Figura 03. Falla del tipo Shoving o corrimiento. Figura 04. Falla del tipo Shoving o corrimiento fotografiada. El Manual Centroamericano de Mantenimiento de Carreteras define al termino Corrimiento o Shoving como: “Distorsiones de la superficie del pavimento por desplazamiento de la mezcla asfáltica, a veces acompañados por levantamientos de material formando "cordones", principalmente laterales, o bien por desplazamiento de la capa asfáltica sobre la superficie subyacente, generalmente acompañada de un levantamiento hacia el eje de la carretera. Típicamente puede identificarse a través de la señalización horizontal del pavimento, observando demarcación de los carriles, por efecto de corrimiento.” Asegura también que una Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA FALLA POR ADHERENCIA EN PAVIMENTOS FLEXIBLES 14-194 de las principales causas es la inadecuada ejecución del riego de liga, dando como resultado la escasa adherencia entre la capa asfáltica de rodadura y su inmediata inferior. El corrimiento puede venir acompañado de otro tipo de falla identificada como Fisuras en Arco las cuales también se deben a una deficiencia de la adherencia entre las capas del pavimento. También hace alusión a la falla por Corrugación o Corrugation como: “Serie de ondulaciones, constituidas por crestas y depresiones, perpendiculares a la dirección del tránsito, las cuales se suceden muy próximas unas de otras, a intervalos aproximadamente regulares, en general menor de 1.0 metro entre ellas, a lo largo del pavimento”. (5) Tránsito Figura 05. Falla del tipo Shoving o corrimiento, esquema y fotografía. Tránsito Figura 06. Falla del tipo Corrugation o corrugación fotografiada, esquema y fotografía. Tránsito Figura 07. Falla del tipo fisuras en arco, esquema y fotografía. Estas tipologías de fallas es muy común observarlas en zonas donde el pavimento está sometido a altas exigencias de frenado, aceleraciones y movimientos de vehículos girando; y se deben en gran parte a la falta de adherencia de la carpeta de rodamiento con los sustratos inferiores. Estas fallas también pueden deberse a fallas en las técnicas de colocación y en defectos de la mezcla empleada. En recapados asfálticos, el reflejo temprano de las fisuras existentes en la nueva capa de mezcla de refuerzo, denota una baja o nula adherencia entre las capas resistentes. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA FALLA POR ADHERENCIA EN PAVIMENTOS FLEXIBLES 15-194 Ante situaciones de deterioros de pavimentos, o en casos especiales de construcciones nuevas suelen utilizarse, intercalado en el paquete estructural, materiales Geosintéticos como pueden ser los Geotextiles de repavimentación o las Geogrillas. Usualmente los Geotextiles son empleados como retardadores de la fisuración refleja, o como barreras de humedad cuando se encuentran saturados en asfalto. Las Geogrillas cumplen la función de refuerzo y transmisión de cargas entre planos de una fisura como así también la función de retardar la propagación de dicha falla hacia estratos superiores del paquete estructural. La necesidad de tratar las fallas y de solucionar el problema de la propagación de fisuras en recapados asfálticos, muchas veces trae aparejado el uso de materiales geosintéticos entre capas de rodaduras. Aparecen así factores que condicionan los mecanismos de adherencia entre capas. Los principales factores que pueden alterar la adherencia entre capas son: El tipo de superficies a unir, la textura de cada superficie, la capacidad de retención asfáltica de productos de interfase como los Geotextiles, uniformidad en la aplicación de riegos de adherencia. No cabe duda que la incorporación de un elemento tal como los mencionados productos Geosintéticos entre las capas de un paquete estructural, alterarán las condiciones de monolitismo de la estructura y se verá afectada la tan preciada adherencia que se desea lograr, trayendo aparejado esta última circunstancia, resultados indeseables en cuanto al comportamiento de los pavimentos construidos o rehabilitados. La investigación de la adherencia entre las capas asfálticas de un pavimento donde se incorporó un Geosintético, ve así justificada su razón de ser. La búsqueda de un Control de Calidad normalizado, y la cuantificación de este fenómeno mediante algún parámetro medible, permiten llegar a conclusiones o aseveraciones realmente fundamentadas, mas allá de las posturas detractoras o defensoras de las soluciones planteadas que generalmente pueden estar influenciadas por determinados intereses. Cabe entonces plantearse las siguientes dudas que podrán ser contestadas en el transcurso de la presente investigación, ¿La incorporación de un producto Geosintético en el paquete estructural de un pavimento, influye en la adherencia entre capas asfálticas? De existir esta alteración en la adherencia, ¿es perjudicial o es beneficiosa? ¿En cuánto altera la adherencia de las capas asfálticas la incorporación de un Geosintético? ¿Existe la posibilidad de optimizar la adherencia de un paquete estructural cuando en él fue incorporado un Geosintético? ¿Qué condiciones constructivas son las óptimas para lograr una buena adherencia entre capas asfálticas cuando se les intercalo un Geosintético? ¿Todos los Geosintéticos alteran la adherencia de las capas asfálticas de la misma manera? ¿De que depende una mayor o menor alteración? ¿Esta alteración está relacionada con algún parámetro del Geosintético? Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 16-194 3. LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA La valoración de la adherencia entre capas de un pavimento ha sido un tema abordado en los últimos años, dentro del ámbito nacional. Muchos investigadores en el país han estudiado el problema evaluando la adherencia entre capas asfálticas y/o entre capas asfálticas y pavimentos de hormigón. Sin embargo no se ha considerado, hasta el momento y en la bibliografía estudiada, la inclusión de productos Geosintéticos como componente del paquete estructural. Al hablar de adherencia entre sustratos es válido remitirse a la Normativa vigente en Argentina al respecto, con tal de obtener un vocabulario común y entendible para las distintas disciplinas. Es por ello que se transcriben a continuación los párrafos pertenecientes a la Norma IRAM 45001 “Adhesivos – Definiciones”: “Adhesión: Estado en el cual dos superficies se mantiene unidas por: a) Fuerzas de atracción físico-química; b) Fuerzas de entrelazado mecánico.” Por otro lado la American Society for Testing and Materials (ASTM), en su norma “ASTM D90706 Standard Terminology of Adhesives”, define a la adhesión como, el estado en el cual dos superficies se mantienen unidas por fuerzas interfaciales, las cuales pueden constituirse de fuerzas de valencia, acción de ínter trabado, o ambas. En el caso de los pavimentos bituminosos, la adhesión es la responsable del vínculo entre las partes componentes del paquete estructural. Su parte formada por la atracción físico-química está representada por el efecto de pegado del material bituminoso (actualmente se emplea emulsión asfáltica) utilizada como riego de liga. La parte formada por el entrelazado mecánico está materializada por la rugosidad de las superficies de los sustratos adheridos, depende del coeficiente de fricción entre los materiales y aumenta con la aplicación de una fuerza normal al plano de debilidad. (6) Algunos autores suelen discriminar dos componentes dentro de las fuerzas de entrelazado mecánico; ellos son: la adherencia por fricción y la adherencia mecánica. La primera de ellas (adherencia por fricción) es netamente la fricción y su factor fundamental es la microtextura de los materiales componentes de la unión. La segunda (adherencia mecánica) es la resultante entre las salientes de las dos superficies, como sería el caso del fresado en los pavimentos, y su factor fundamental es la macrotextura. (6) Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 17-194 En cuanto a la valoración de la adherencia, se puede decir que cuando existe adhesión los elementos pueden ser ensayados, es decir existe una mínima resistencia que permite que los elementos adheridos no se despeguen por su propio peso. ADHESIÓN FUERZAS DE ATRACCIÓN FÍSICO – QUÍMICA (LIGANTE ASFÁLTICO) FUERZAS DE ENTRELAZADO MECÁNICO ADHERENCIA POR FRICCIÓN (MICROTEXTURA) ADHERENCIA MECÁNICA (MACROTEXTURA) Figura 08. Componentes de la adhesión. Algunos ejemplos de estas fuerzas que se pueden dar en la Ingeniería Vial son, las fuerzas de atracción físico química que se dan entre los agregados pétreos y las emulsiones asfálticas, la adherencia por fricción que se da por la aspereza de los áridos, esta aspereza es la responsable del contacto directo entre neumático y calzada, y la adherencia mecánica que se da en el fresado de una capa envejecida con respecto a la colocación de una capa de refuerzo. “Adherencia: Fuerza unitaria aplicada como tensión, compresión, corte, etc., requerida para romper un ensamble, ocurriendo la falla en o cerca del plano de la unión.” A esta definición vale aclararle que la fuerza unitaria se calcula por unidad de área del plano que se desea evaluar. Una fuerza por unidad de área da como resultado una tensión que podrá ser cortante, de tracción, o de torsión según sea el esfuerzo aplicado al espécimen evaluado. “Adherendo: Cuerpo unido a otro por un adhesivo.” Para paquetes estructurales de pavimentos los adherendos son los sustratos o capas asfálticas que deben estar íntimamente unidas. “Adhesivo Estructural: Aquel capaz de soportar y transmitir cargas elevadas para mantener una estructura sometida a tensiones.” Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 18-194 El adhesivo por excelencia en pavimentos asfálticos es el riego de liga, la tendencia actual es utilizar emulsiones catiónicas para su ejecución. Un producto Geotextil embebido en asfalto también puede ser considerado como un adhesivo siempre y cuando cumpla con su función específica de unir aunque su incorporación en los paquetes estructurales no persiga dicha finalidad. En la mayor capacidad de retención asfáltica que poseen los Geotextiles, reside el hecho de considerarlos como posibles agentes que propician la adherencia. “Interface: Es una junta adhesiva, región de medidas finitas que se extiende desde un punto en el adherendo donde las propiedades puntuales comienzan a diferenciarse de las propiedades globales, a través de la interfase y dentro del adhesivo hasta el punto donde las propiedades puntuales igualan las propiedades globales del adhesivo.” Por su definición resulta un tanto impreciso delimitar con exactitud la región abarcada por una interfase, sin embargo y en el sentido práctico suele utilizarse como tal, a aquella zona dentro de los 10 mm alrededor del plano de unión en sí. 3.1 LA EXPERIENCIA DE OTROS AUTORES Existen numerosos ensayos para la valoración de la adherencia. Sin embargo los distintos investigadores de la temática no se han puesto de acuerdo, hasta el momento, en cual utilizar para evaluar la calidad de la adherencia o liga entre capas. (7) Entre los principales ensayos tendientes a controlar la adherencia entre capas, que se ha podido constatar en la bibliografía, se encuentran: Ensayo de corte sobre testigos Ensayo de tracción sobre testigos Ensayo de torsión sobre testigos Ensayo in situ (proyecto MTQ Ministère des Transports du Québec) Ensayo de corte sobre probetas (LCB Laboratorio de Caminos de Barcelona) Ensayo de arrancamiento (Pull – Off Test Method) Ensayo de cizallamiento oblicuo (Slant Shear Test) Método de ensayo de Grzybowska Método de repique (impact – echo method) Método de cizallamiento (Wedge Splitting Test) Método de tracción directa (Pure Tension) Método de Iowa 406 (Test Collar) Ensayo de cizallamiento de Ancona (Ancona Shear Testing) Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 19-194 Dependiendo del tipo de esfuerzo aplicado será la tensión obtenida. Teniendo en cuenta esta consideración, los anteriores ensayos, pueden ser clasificados entonces en: Ensayos por esfuerzos de corte Ensayos por esfuerzo de tracción Ensayos por esfuerzo de torsión Ensayos no destructivos (E.N.D.) La Tabla 01 refleja la clasificación antes mencionada. Tipo de Ensayo Esquema Esfuerzo Ensayo de corte sobre testigos Ensayo de corte sobre probetas (LCB) Ensayo de cizallamiento oblicuo (Slant Shear Test) Corte Método de ensayo de Grzybowska Método de cizallamiento (Wedge Splitting Test) Método de Iowa 406 (Test Collar) Ensayo de cizallamiento de Ancona (Ancona Shear Testing) Ensayo de tracción sobre testigos Ensayo in situ (proyecto MTQ) Ensayo de arrancamiento (Pull – Off Test Method) Tracción Método de tracción directa (Pure Tension) Ensayo de torsión sobre testigos Torsión E.N.D. Método de repique (impact – echo method) Sin esquema Tabla 01. Clasificación de los ensayos según los esfuerzos sometidos. El ensayo precursor en el ámbito nacional ha sido el desarrollado por el Ing. Francesio y publicado en los anales de la décimo sexta Reunión del Asfalto en el año 1969. (8) El mismo Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 20-194 consta de la adaptación del equipo Marshall para brindar un esfuerzo cortante semejante al provisto en el ensayo LCB (Laboratorio de Caminos de Barcelona). El ensayo LCB consiste en aplicar sobre una probeta cilíndrica un esfuerzo de corte por flexión. (9) (10) 3.1.1 Ensayo de corte desarrollo por el Ing. Francesio El ensayo desarrollado por el Ing. Francesio consta de solicitar a un espécimen de ensayo al corte simple o directo con la aplicación de una presión normal nula. El mismo da como resultado una resistencia tangencial inicial o reducida ya que cuantifica la porción físico química de la adhesión. Los especimenes de ensayo están confeccionados por dos capas, cada una correspondiente a distintos estratos del paquete estructural de un pavimento, entremedio de las cuales se coloca una dotación variable del riego de liga. Dicha probeta se solicita al corte directo mediante la utilización de la prensa del ensayo Marshall como se observa en la figura 09. La velocidad de avance del ensayo es de 50 mm/min y la temperatura de 35ºC. La ecuación de tensión tangencial que se apega al mencionado ensayo es la mostrada en la ecuación 02. P P A d 2 4 Ecuación 02. Tensión tangencial o esfuerzo debido al corte directo en el ensayo de Francesio sobre especimenes circulares. Como conclusiones relevantes de este autor se pueden mencionar: la importancia de la cuantificación de la adherencia entre capas de un pavimento, la dificultad de correlacionar resultados obtenidos sobre especimenes de laboratorio y especimenes de obra, las ventajas de los tramos experimentales, el exceso en los riegos de liga puede traer aparejado resultados no deseables llegando incluso a no ser necesario en determinados casos particulares y las ventajas de la utilización de emulsiones asfálticas como riego de liga. (8) Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 21-194 SIST. DE FIJACIÓN PLACA DE CARGA MOLDE PLACA DE APOYO SEMIPROBETA INFERIOR SEMIPROBETA SUPERIOR Figura 09. Esquema de solicitación del Ensayo de Francesio. 3.1.2 Ensayo de corte sobre testigos Este ensayo fue desarrollado en Suiza como resultado de las investigaciones planteadas por la IBEF (International Bitumen Emulsion Federation) en el año 1999. El mismo sigue los lineamientos de la norma SN 671 961 y consta de solicitar a un testigo o núcleo calado del pavimento al corte simple o directo. Los testigos, cuyo diámetro será de 150 mm, están confeccionados por dos capas, cada una correspondiente a distintos estratos del paquete estructural de un pavimento, entremedio de las cuales se coloca una dotación variable del riego de liga. La capa superior es sometida a un esfuerzo de corte el cual deberá ser superior a 15 KN para las capas de rodamiento y de 12 KN para las de base. El ensayo ha permitido establecer dosajes mínimos. (11) Figura 10. Sistema de mordazas para el ensayo de corte sobre testigos. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 22-194 3.1.3 Ensayo de tracción sobre testigos Este ensayo surge por investigaciones desarrolladas en Austria. El mismo se efectúa sobre testigos (núcleos) calados del pavimento, al cual se adosan placas metálicas en ambos extremos y se lo somete a un esfuerzo de tracción. La normativa que lo regula estipula límites de resistencia mínima que deben ser cumplidos. En el caso de utilizar capas de adherencia de ligantes modificadas con polímeros, la resistencia mínima exigida será de 1,5 N/mm 2. Si la capa de adherencia está constituida por un ligante no modificado, el límite mínimo exigible será de 1,0 N/mm2. Por cada intervalo de 0,1 N/mm2 inferior a estos límites se contemplan descuentos al pago de la obra ejecutada. (12) Figura 11. Ensayo de tracción sobre testigos. El documento que rige el proceder del ensayo es, RVS 11.065 Testing Procedures, Bonding of Asphalt Courses. Standards and Specifications for Roads Construction. Austrian Research Society for Transport and Roads. Vienna, 1986. 3.1.4 Ensayo de torsión sobre testigos Esta prueba ha sido desarrollada en Gran Bretaña y sirve para ensayar tanto testigos calados del pavimento como probetas confeccionadas en laboratorio. El diámetro del espécimen de ensayo debe ser de 100 mm. El ensayo consiste en unir una placa metálica a la capa más fina mediante la cual se la somete a un esfuerzo de torsión. Se registra la carga necesaria para producir la separación de las dos capas en estudio, dicha carga puede ser utilizada para calcular Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 23-194 la tensión o esfuerzo de torsión necesario. Aún no han sido desarrolladas especificaciones para este ensayo ni valores de referencia. 3.1.5 Ensayo in situ (proyecto MTQ) Existe un ensayo netamente in situ conocido como proyecto MTQ. Sus siglas hacen referencia al lugar de origen en Québec Canadá, y se lo conoce como proyecto porque al momento de esta investigación sigue en desarrollo. Las particularidades de este ensayo son que se puede ejecutar con un equipo móvil y que puede realizarse sin dañar el pavimento. El esfuerzo al que se encuentra sometida la superficie a evaluar es el de tracción. Figura 12. Equipo para el ensayo in situ proyecto MTQ. 3.1.6 Ensayo de corte sobre probetas (LCB Laboratorio de Caminos de Barcelona) El ensayo LCB consiste en aplicar sobre una probeta cilíndrica o núcleo calado del pavimento un esfuerzo de corte por flexión; (9) (10) de tal manera, que se pueda determinar la resistencia a las tensiones tangenciales dada por la siguiente ecuación: P P 2 2 d 2 A 4 Ecuación 03. Tensión tangencial o esfuerzo debido al corte por flexión en el ensayo LCB sobre especimenes circulares. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 24-194 Donde: = Resistencia a las tensiones tangenciales [kg/cm2] P = Carga aplicada [kg] A = Área transversal de la probeta o núcleo [cm2] Como se aprecia en el esquema, la carga netamente aplicada sobre el plano de unión de las capas del pavimento corresponde a la reacción del apoyo derecho y su valor es la mitad de la carga aplicada por la máquina de ensayo (P/2). Figura 13. Esquema de ensayo LCB y distribución de cargas. La aplicación de las cargas se puede materializar mediante el empleo de una prensa Marshall convencional y el sistema de apoyos mostrado en el esquema. La mencionada prensa es una maquina con velocidad de avance controlada, la cual se ha establecido en 1,27 mm/min. Este equipo se ha difundido en la mayoría de las reparticiones viales, por lo que, su adaptación para la concreción de los ensayos del tipo LCB es de fácil adopción para la mayoría de las citadas instituciones. La temperatura ambiente es un factor influyente en estas determinaciones, es recomendable efectuar ensayos con temperaturas del orden de los 20 ºC a 25 ºC; pudiéndose implementarse el mismo con el embebido o sin el embebido de las muestras. 3.1.7 Ensayo de arrancamiento (Pull – Off Test Method) Este ensayo tiene sus orígenes en el año 1970 en la Universidad de Queens en Belfast y es muy utilizado para determinar la resistencia de adherencia in situ mediante un esfuerzo de tracción. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 25-194 La norma ASTM D4541-02 establece que este método de ensayo cubre un procedimiento para evaluar el esfuerzo de pull-off (comúnmente conocido como adhesión) de una capa en sustratos rígidos como el metal, hormigón o madera. La prueba permite determinar tanto la fuerza perpendicular máxima (en tracción) que una superficie puede soportar antes de que un tapón de material se separe, o si la superficie se mantienen intactas en una fuerza determinada (pasa / falla). Este método de ensayo maximiza la tracción en comparación con el esfuerzo cortante aplicado por otros métodos, y los resultados pueden no ser comparables. Este método de prueba utiliza una clase de aparatos portátiles conocidos como probadores de adhesión pull-off. Son capaces de aplicar una carga concéntrica, pero se puede determinar la adherencia sólo de un lado del sistema multicapa. Las mediciones están limitadas por la fortaleza de los vínculos de adhesión entre el aparato de carga y la superficie de la muestra o las fuerzas cohesivas del adhesivo. Figura 14. Equipo portátil de medición Pull – Off Test Method. 3.1.8 Ensayo de cizallamiento oblicuo (Slant Shear Test) Este método de ensayo sirve para determinar la resistencia de la unión generalmente entre dos substratos de hormigón, unidos con algún adhesivo a evaluar, como pueden ser las resinas epoxi. Ha surgido como los avances en las investigaciones de refuerzos estructurales pero puede ser utilizado para medir adherencia entre dos sustratos cualesquiera. Consiste en evaluar la adhesión mediante un esfuerzo de corte o cizallamiento inclinado, como el que se presenta en la figura. Las probetas, cilíndricas o prismáticas, son confeccionadas de tal manera que se les genera un corte a través de un plano inclinado 30º con respecto a la vertical en el cual se aplica el adhesivo a evaluar. De esa manera el esfuerzo de compresión aplicado por la máquina de ensayo, se descompone en el plano a evaluar, en un esfuerzo de compresión y un esfuerzo de corte. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 26-194 Normas como la inglesa BS 6319 o la norte americana ASTM C882 / C882M, rigen las condiciones con que debe ser efectuado el ensayo. (14) (15). Este ensayo a diferencia de los de corte directo o de corte por flexión, le aplica una parte de la carga como esfuerzo normal al plano de deslizamiento. Este esfuerzo normal produce un aumento de la carga necesaria para producir el deslizamiento y eventualmente una desviación del valor a ser medido. Figura 15. Diagrama de Ensayo y Muestras del Slant Shear Test. 3.1.9 Método de ensayo de Grzybowska Este ensayo fue desarrollado en la Politechnika Krakowska (Universidad Politécnica de Cracovia) y publicado por Grzybowska, a quien debe su nombre, en la Segunda Conferencia Internacional del RILEM sobre Fisuración Refleja en Pavimentos. (16) El método fue especialmente diseñado para evaluar la adherencia que existe entre Geotextiles, empleados como retardadores de fisuras, y las capas de mezcla asfáltica del pavimento. Las muestras que originalmente fueran confeccionadas en forma de vigas, son cortadas en forma prismática con dimensiones que oscilan entre los 68 mm y los 80 mm de lado. Los especímenes son colocados en una máquina de ensayo con su eje desviado 45 º de la vertical y se los somete a compresión, generándose un estado tensional similar al mencionado en el Slant Shear Test. Algunos autores aseveran que los resultados obtenidos mediante este ensayo están fuertemente influenciados por la variación de temperatura. A 50 ºC los valores de resistencia de adherencia caen un 60 % en comparación con los obtenidos en ensayos realizados a 20 ºC. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 27-194 3.1.10 Método de repique (impact – echo method) El método de repique basa su funcionamiento en la propagación de las ondas a través de los sólidos, consiste en aplicar un golpe o impacto a través de un implemento metálico sobre la superficie del pavimento a evaluar y recibir las ondas de propagación a través de un transductor electrónico (17). La velocidad de propagación de las ondas, su amplitud y su reflección se ven fuertemente influenciada por la presencia de defectos, interfaces o huecos presentes en la masa a evaluar. Algunos autores (18) han sabido interpretar los resultados de este ensayo aplicado sobre refuerzos de pavimentos, detectando en cierta medida aquellas zonas donde la adherencia no se ha visto efectivamente materializada. Con este ensayo no es posible estimar la fuerza de adhesión y su principal ventaja reside en ser un ensayo no destructivo. La interpretación de los resultados obtenidos es compleja, por lo que su difusión como ensayo de control de calidad se ve un tanto desalentada. Figura 16. Equipamiento para el ensayo in situ por el método de repique. 3.1.11 Método de cizallamiento (Wedge Splitting Test) Este ensayo consiste en aplicar una fuerza vertical, mediante una cuña, entre dos capas adheridas. La fuerza realmente aplicada por la máquina de ensayo se descompone en una componente vertical y una horizontal. Esta segunda componente somete a la probeta a un esfuerzo que intenta despegar las partes componentes de la misma. La superficie realmente sometida al ensayo de adherencia, como así también la componente de fuerza actuante para desunir las partes, son de difícil determinación lo cual desalienta su utilización. Este es el primero de los ensayos recopilados en la bibliografía que menciona la existencia de un Geosintético como elemento entre capas a ser evaluado. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 28-194 Figura 17. Esquema de ensayo Wedge Splitting Test. 3.1.12 Método de tracción directa (Pure Tension) Este ensayo tiene las mismas características que el ensayo descripto en 3.1.3 Ensayo de tracción sobre testigos. Los núcleos calados del pavimento deben tener un diámetro nominal de 70 mm, luego sus caras son aserradas de manera de quedar planas y paralelas entre sí. Sobre las caras de los núcleos se pegan placas de acero, a través de las cuales, se somete al núcleo a un esfuerzo de tracción directa. Este ensayo es muy susceptible a la temperatura y la velocidad de aplicación de carga, por lo tanto es importante que se registren tales valores en las planillas de ensayo. Los autores que han investigado sobre este método aseguran que los valores obtenidos a través de este ensayo son más críticos que los que se obtiene de un ensayo de corte directo, por lo tanto se lo considera como un ensayo demasiado severo que no hace comparable sus resultados. Ciertos autores mencionan que las dificultades de este tipo de ensayo residen en que se obtienen planos de rotura irregulares y que el ajuste de las mordazas debe estar debidamente efectuado. (19) 3.1.13 Método de Iowa 406 (Test Collar) Los orígenes de este ensayo datan del año 1956, donde se lo utilizó para determinar la adherencia existente entre hormigón nuevo y hormigón envejecido. El ensayo consiste en someter a un espécimen de ensayo a un esfuerzo de corte. El mismo está regido por la norma Test Method No. Iowa 406-C “Method of Test for Determining the Shearing Strength of Bonded Concrete”. (20) El espécimen cilíndrico es encamisado mediante dos aros o collares, de ahí que deriva su nombre el ensayo, quedando un aro alrededor de la capa de base y otro alrededor de la capa superior. Colocado el espécimen y los dos aros a su alrededor en posición de ensayo, los aros son sometidos a desplazamiento en direcciones opuestas, de tal manera de hacer efectivo el esfuerzo de cizallamiento o corte. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 29-194 Se calcula la tensión de corte en base al cociente entre la carga máxima necesaria para el dislocamiento de la probeta y su sección transversal. Figura 18. Mordazas del ensayo Iowa 406. 3.1.14 Ensayo de cizallamiento de Ancona (Ancona Shear Testing Research and Analysis) El ensayo ASTRA (Ancona Shear Testing Research and Analysis) utiliza un dispositivo de caja de corte directo que permite aplicar tanto una carga vertical normal como una carga de corte horizontal en la interfaz de un espécimen de ensayo de dos capas. Durante el ensayo se registran los desplazamientos verticales y horizontales, junto con las cargas que los producen. Se utilizan especímenes de ensayo cilíndricos con un diámetro nominal de 100 mm, los cuales son colocados dentro de la caja de corte directo, y el conjunto se ubica sobre una mesa móvil. La carga vertical aplicada corresponde a un esfuerzo de 0,2 MPa, luego de aplicada la misma se procede a generar un desplazamiento de la mesa inferior a razón de 2,5 mm/min el cual genera un esfuerzo de corte en la interfase. (21) Figura 19. Esquema de Ensayo de cizallamiento de Ancona. El equipamiento necesario para la ejecución de este ensayo posee una complejidad importante con lo cual su aplicación en etapas de control en obra sería de difícil implementación. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 3.2 30-194 LA PREFERENCIA DEL ENSAYO LCB A raíz del análisis pormenorizado de las distintas técnicas de valoración de adherencia mostrado precedentemente, se ha decidido continuar en la investigación implementando en primera instancia un ensayo que genere un esfuerzo cortante. La decisión se ve apoyada en el hecho de que los esfuerzos cortantes son solicitaciones que pueden darse de manera real entre las capas de un pavimento, acompañado por otras solicitaciones en menor medida, ante cargas como el tránsito o las contracciones y dilataciones térmicas. En contraposición los ensayos que generan esfuerzos puros de tracción o torsión, son modelizaciones que representan en un grado menor las solicitaciones dadas en el pavimento. Los ensayos que generan esfuerzos cortantes registran un valor de adherencia que tiene en cuenta los aportes de las fuerzas de atracción físico – químicas y las fuerzas de entrelazado mecánico, generando una valoración más integral del mecanismo resistente de los sistemas multicapas que constituyen los pavimentos. Los Ensayos No Destructivos como el Método de Repique, son apropiados para la valoración en obra, pero la alta complejidad en la lectura e interpretación de los valores arrojados por los equipos de ensayo hace que sean desechados como un ensayo de control continuo y rutinario de adherencia. Reduciendo el espectro de tipologías de ensayo a aquellos de esfuerzo cortante queda por resolver cual de los mecanismos, instrumentos y procedimientos son adaptables en mejor medida al instrumental presente en cualquier entidad u organismo de control e investigación vial, teniendo en cuenta la coyuntura en la región de Argentina. El ensayo LCB se ha destacado del resto porque brinda una serie de ventajas que prevalecen ante sus desventajas. Ventajas: 1. El ensayo LCB permite evaluar la adherencia de los distintos tratamientos o elementos que se den a la intercapa de unión entre el sustrato y la capa de rodamiento de un pavimento. 2. El ensayo LCB es aplicable tanto a probetas confeccionadas en laboratorio como a núcleos calados del pavimento. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA VALORACIÓN DE LA ADHERENCIA 31-194 3. El ensayo LCB permite que la aplicación de las cargas se materialice mediante el empleo de una prensa Marshall convencional, equipo con velocidad de avance controlada, la cual se ha establecido en 1,27 mm/min. Esta prensa es de uso ampliamente difundido en reparticiones viales, laboratorios de ensayos, centros de investigaciones que obran en el ámbito de la República Argentina como así también en la esfera internacional. 4. El sistema de apoyos requerido para la ubicación de la probeta o núcleo a ser ensayo consta de dos apoyos simples, los cuales no requieren ajustes como los sistemas de mordaza o las fijaciones de otros equipos de corte. 5. Para la situación más rudimentaria de ensayos al pie de obra, el equipo LCB permite arrojar valores de carga última y deformación correspondiente, registrados con aros dinamométricos y flexímetros. Para un desarrollo más específico puede dotarse al equipo de un registro continuo de cargas y deformaciones a través de celdas de carga y LVDT. Desventajas: 1. El ensayo LCB es sensible a variables como la velocidad de carga y la temperatura de ensayo, dichas variables deben ser registradas y en estudios comparativos deben mantenerse constantes para poseer resultados comparables. 2. Cuando la adhesión es baja o muy baja los elementos no pueden ser ensayados, ya que se despegan por su propio peso. 3. El ensayo LCB presenta cierta dispersión que es necesario cuantificar y/o acotar. A la luz de lo expuesto se ha decidido continuar con el estudio del comportamiento de la adherencia entre capas asfálticas cuando se intercala entre ellas un producto geosintético (geotextil y/o geogrilla) utilizando como principal elemento cuantificador al resultado obtenido del ensayo de adherencia LCB. Se considerará como patrón la adherencia entre capas asfálticas sin ningún material intercalado entre ellas, y se variarán las condiciones como dotación del riego de adherencia y tipo de geosintético. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 32-194 4. LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS La utilización de productos Geosintéticos se ha ido afianzando en los últimos 30 años. En el ámbito nacional se conoce a estos materiales como aquellos que se presentan en forma de fieltro, manto, lámina o estructura tridimensional, los cuales se colocan en contacto con el suelo o con otros materiales formando parte de obras de Geotecnia o de Ingeniería Civil. En estos productos, al menos uno de sus componentes posee como materia prima polímeros sintéticos o naturales. La Norma IRAM 78001 Terminología, define a un Geosintético como: “Producto elaborado con materiales poliméricos, utilizados en los suelos, rocas u otros materiales relacionados con la ingeniería geotécnica, como una parte integrante de un proyecto, estructura o sistema”. (22) La utilización de los geosintéticos en la Ingeniería Civil se ha visto incrementada de una forma sostenida en los últimos años. Por esta razón, estos materiales están tomando cada vez un protagonismo más importante en la construcción. Esta importancia no sólo se debe al aumento que este rubro representa en el presupuesto total de las obras, sino también a la importancia de las responsabilidades técnicas para las cuales son diseñados. Estos productos presentan una serie de ventajas que son la principal causa del aumento del empleo en todo el mundo a lo largo de las tres últimas décadas. Entre estas ventajas cabe destacar: facilidad de puesta en obra, es un producto económico, permite ahorros de tiempos de ejecución, posibilita soluciones medioambientales correctas, empleo de mano de obra no calificada y utilización de materiales de calidad verificable. Las obras viales, las obras hidráulicas, los sistemas de control de erosión, y algunas aplicaciones medioambientales como pueden ser los rellenos sanitarios, son por lo menos los campos de aplicación de los Geosintéticos, más relevantes. Los productos Geosintéticos poseen diversas aplicaciones dentro del campo de la Ingeniería Vial, entre las cuales se destacan la separación de suelos de las distintas capas constitutivas, la rehabilitación de pavimentos y la construcción de pavimentos asfálticos multicapa. Una clasificación actualizada de los geosintéticos después del desarrollo de los mismos durante los últimos años, se puede realizar de la siguiente manera: Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 33-194 GEOTEXTILES La Norma IRAM 78001 Terminología, define a un geotextil como: “Geosintético permeable constituido únicamente por fibras o filamentos”. (22) Una definición un poco más extensa podría ser: Fieltro o manto, fabricado con fibras sintéticas cuyas funciones se basan en la capacidad de filtración y en sus altas resistencias mecánicas, siendo éstas: separar, filtrar, drenar, reforzar y proteger. Pueden fabricarse de diferentes formas y sus aplicaciones abarcan prácticamente todos los campos de la ingeniería civil, el riego y la edificación donde esté en contacto con el terreno. A su vez los Geotextiles se dividen en dos grandes familias, derivadas de su proceso de fabricación, es así que se encuentran los geotextiles tejidos y los geotextiles no tejidos. GEOMEMBRANAS Láminas impermeables, cuya función principal es evitar el paso de líquidos y que se emplean en sistemas de impermeabilización tales como: túneles, rellenos sanitarios, depósitos, almacenamiento de agua ó cubiertas planas de edificación. Estas pueden ser de de distintos materiales poliméricos o asfálticos como ser: PVC (policloruro de vinilo), HDPE (polietileno de alta densidad), PP (polipropileno), asfálticas, etc. PRODUCTOS RELACIONADOS Son aquellos que por si solos ó adosados a un geotextil cumplen funciones tales como: refuerzo, drenaje en el plano, control de erosión, etc. Pueden ser: GEOMALLAS o GEOGRILLAS: para refuerzo GEORED o GEOESPACIADOR: (estructura alveolar) para drenaje GEOCELDAS: para control de la erosión GEOMANTAS: para control de erosión GEOCOMPUESTOS Están compuestos por un geotextil y un producto relacionado u otro geotextil. Dependiendo del tipo de producto relacionado empleado, estos pueden ser: GEOCOMPUESTO DRENANTE: Formado por geotextiles y estructuras alveolares. Cuya función principal es drenar en el plano del mismo. Dependiendo de la Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 34-194 utilización que vayan a tener, éstos pueden ser: para muros, para superficies horizontales ó taludes, para zanjas, etc. GEOCOMPUESTOS DE REFUERZO: Formados por un geotextil y una geomalla (geogrilla). Se utilizan en muros de contención ó como refuerzo en base de terraplenes para prevenir fallas en taludes. GEOCOMPUESTOS FILTRANTES EN OBRA HIDRAULICA: Formados por dos geotextiles, uno de protección contra el punzonamiento y otro de filtro. Se utilizan cuando hay grandes bloques de escollera que lo pueden perforar. Su función es de protección en taludes y fondo de encauzamientos, dejando una libre circulación de agua y evitando la migración de finos de los taludes y fondo del encauzamiento. GEOSINTÉTICOS GEOTEXTILES GEOMEMBRANAS GEOGRILLA o GEOMALLA PRODUCTOS RELACIONADOS GEORED GEOCELDA GEOCOMPUESTOS GEOMANTA Figura 20. Clasificación de los Geosintéticos. 4.1 DESCRIPCIÓN BASICA DE LOS DIFERENTES TIPOS DE GEOSINTÉTICOS El Autor de la presente Tesis ha colaborado en la autoría del libro “Geosintéticos desde la Fabricación a su Aplicación en Obra” editado por la UTN - LEMaC en conjunto con el INTI - CIT, en dónde se puede observar en forma más detallada la descripción de los distintos Geosintéticos. Los geosintéticos comprenden productos manufacturados a partir de procedimientos principalmente de extrusión (geoplásticos), productos que incluyen en su fabricación tecnología textil (geotextiles) y productos formados por ambas tecnologías: textil y plástica. El término genérico geosintético designa un producto en el que, por lo menos, uno de sus componentes es Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 35-194 a base de polímero sintético o natural, y se presenta en forma de fieltro, manto, lámina o estructura tridimensional, usada en contacto con el suelo o con otros materiales dentro del campo de la geotecnia o de la ingeniería civil. Dentro de este grupo de textiles técnicos, nos podemos encontrar con diferentes productos en función de determinadas características: 4.1.1 Geotextiles Los geotextiles son materiales, concretamente textiles técnicos, que forman parte de los geosintéticos, que se utilizan para mejorar y hacer posible la ejecución de ciertos proyectos de construcción de ingeniería civil y geotécnica. El prefijo geo- en este tipo de productos implica un uso final en el suelo y/o en obras de ingeniería civil. Dentro de la definición de geotextiles se incluyen los productos fabricados mediante tecnología textil usados en ingeniería civil para dar estabilidad, soporte, separación, drenaje en suelos o estructuras enterradas, filtro, protección, refuerzo y control de la erosión de superficies. Los geotextiles son también empleados en otros sectores como la edificación y jardinería, aunque más de las tres cuartas partes de la producción mundial son empleadas en obras de geotecnia. El Geotextil es un material textil (tejido) permeable, a base de polímero (natural o sintético), pudiendo ser no tejido (de fibra cortada o filamento continuo) o tejido, usado en contacto con el suelo o con otros materiales. Geotextil no tejido de filamento continuo (23) (24): Geotextil producido por el entrecruzamiento de uno o muchos hilos, filamentos u otros elementos. Geotextil no tejido de fibra cortada (25): Geotextil que se presenta en forma de manto o fieltro manufacturado de fibras u otros elementos orientadas(os) direccionalmente o al azar y ligadas(os) de forma mecánica, térmica o química. Geotextil tejido (26): Geotextil producido por el entrelazamiento, normalmente en ángulo recto (urdimbre y trama) de uno o muchos hilos, fibras, filamentos u otros elementos. Son en realidad textiles en el sentido tradicional, pero están constituidos en su mayoría por fibras sintéticas en lugar de las naturales como el algodón, la lana o la seda. De esta manera se supera el problema de la biodegradación. La principal propiedad que poseen es la permeabilidad normal al plano y a través del mismo, pero con un grado muy variable de rangos. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 36-194 Existen por lo menos 80 áreas específicas de aplicación que han sido desarrolladas, sin embargo, los geotextiles se utilizan por lo menos para una de estas cinco funciones: Separación, Refuerzo, Filtración, Drenaje y Barrera líquida (cuando esta impregnado, por ejemplo en asfalto). La mayoría de los geotextiles están fabricados con fibras, filamentos o hilos, en base a polímeros de polipropileno o poliéster, los cuales conforman el entramado, que puede ser tejido o no tejido. Geotextil No tejido Filamento continuo Agujado Geotextil No tejido Filamento continuo Termosoldado Geotextil No tejido Fibra corta / larga Agujado Geotextil Tejido Figura 21. Clasificación de los Geotextiles. 4.1.2 Geomembranas Material de muy baja permeabilidad que se presenta en forma de lámina manufacturada usada en el campo de la geotecnia y de la edificación con el fin de reducir o prevenir el flujo o el paso de fluidos y/o vapor a través de la construcción. Estos materiales son láminas delgadas impermeables de caucho o material plástico usados principalmente para recubrir y tapar las instalaciones de almacenaje de sólidos o líquidos. La principal función es siempre como barrera de líquido o vapor. El rango de aplicaciones es muy grande y se han desarrollado al menos 30 aplicaciones individuales en construcciones. Las geomembranas son usualmente fabricadas como láminas poliméricas continuas muy flexibles, pero también pueden estar constituidas de geotextiles impregnados con asfalto o sprays de elastómeros o bien con geocompuestos de asfalto. Las geomembranas poliméricas no son totalmente impermeables (ningún material lo es), pero son relativamente impermeables comparada con geotextiles o suelos, aún considerando los suelos arcillosos. Los valores típicos de la permeabilidad de las geomembranas, como medida de los ensayos de transmisión de vapor de agua, están en el rango de 0.5x10 -10 a 0.5x10-13 cm/seg. Su función principal es siempre ser una barrera de líquido o vapor. La gran mayoría de las geomembranas son láminas delgadas formadas por materiales flexibles poliméricos termoplásticos. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 37-194 Según su frecuencia de uso y dependiendo de su principal materia prima constitutiva, las geomembranas se pueden clasificar en: Las ampliamente usadas: Policloruro de vinilo (PVC) Polietileno reforzado clorosulfonado (CSPE-R) Polietileno de alta densidad (HDPE) Polietileno de muy baja densidad (VLDPE) Las menos usadas: Mezcla de polímeros cruzados de etileno reforzado (EIA-R) Polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) Polietileno clorado reforzado (CPE-R) Relativamente nuevos: Polipropileno (flexible) (PP) Mezcla elastomérica completamente con uniones cruzadas (FCEA) Figura 22. Ejemplo de aplicación de Geomembrana. 4.1.3 Geogrillas o Geomallas Estructura plana a base de polímero constituida por una malla abierta y regular de elementos resistentes a la tracción, pudiendo estar fabricados por láminas perforadas o tejidos ligados por procesos térmicos o de encolado, en la cual las aberturas tienen dimensiones superiores a las de los constituyentes, usado en contacto con el suelo o con otros materiales. En lugar de ser tejidos de mallas apretadas, no tejidos o tejidos de punto; las geogrillas son plásticos con una configuración de mallas abiertas, es decir que las geogrillas tienen aberturas Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 38-194 grandes. Las geogrillas pueden ser estiradas para mejorar sus características mecánicas (láminas perforadas) o directamente fabricadas por los métodos textiles tradicionales (tejidos). Existen numerosas áreas de aplicación, sin embargo, su función casi exclusiva es como material de refuerzo. Los geotextiles y las geogrillas compiten por su utilización en varias aplicaciones de refuerzo. También son diseñados por métodos similares, pero difieren en su construcción, apariencia y colocación. Las geogrillas son materiales tipo rejillas con espacios de cuadrícula de gran tamaño, con medidas entre 1 y 10 cm de abertura. Pueden ser manufacturadas a partir de diferentes materiales, y los métodos de fabricación pueden ser variables. 4.1.3.1 Geogrillas Perforadas Existen dos tipos de geogrillas, las orientadas uni y biaxialmente, cada tipo comienza como una lámina de geomembrana que tiene un modelo controlado y uniforme de agujeros pre punzonados. La lámina pre punzonada es luego enviada a un tren de rodillos de estiraje, este estiraje causa una deformación y elongación en la dirección del movimiento. En los productos deformados uni axialmente los agujeros circulares punzonados de las láminas de polietileno de alta densidad se convierten en elipses estiradas. Esto causa en el polímero que su estructura molecular sea altamente estirada en un estado donde la resistencia a la tracción y el módulo aumentan significativamente comparándolas con el material original, mientras que decrece la fluencia por tracción. En los productos deformados biaxialmente las grillas son punzonadas en láminas de polipropileno, en las cuales para formar aberturas rectangulares (casi cuadradas) se logra: longitudinalmente usando rodillos y transversalmente usando estiradores. De esta manera se incrementan en forma similar las propiedades mecánicas en los productos biaxiales. Los productos uni axialmente desarrollados son utilizados donde es conocida la dirección principal de los esfuerzos, y los productos biaxiales son utilizados donde los esfuerzos son esencialmente aleatorios. Los métodos de fabricación de las geogrillas (geomallas) tejidas pueden ser: Fibras compuestas de poliéster de alta densidad contenidas en polipropileno, donde la estructura es ligada por el contacto del polipropileno. La estructura es formada por un proceso de entrelazado de fibras de poliéster de alta densidad, las cuales son tejidas en las uniones. El producto es luego recubierto con látex en el proceso final. Tejidos de hilados de poliéster de alta tenacidad enredado en las uniones y luego recubierto con PVC o algún acabado bituminoso. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 39-194 Hilado de fibra de vidrio unidas en las intersecciones y luego recubiertas usando varios polímeros. 4.1.3.2 Geogrilla (Geomalla) uni-direccional Geomallas manufacturadas por un proceso de extrusión uni direccional a base de polímeros de polietileno de alta densidad (HDPE). Esta tecnología elabora productos con altas propiedades técnicas que permiten su uso en aplicaciones estructurales. Estos tipos de geomallas son químicamente inertes, tienen gran resistencia a la tracción y alto módulo. Son específicamente producidas para reforzar el suelo. El suelo y el agregado, o la mezcla asfáltica colocados sobre una geomalla, se traban en las aberturas de la misma, lo que confina el material y limita sus desplazamientos laterales aumentando la resistencia al corte. La compactación del suelo, o mezcla asfáltica, produce un inter trabado suelo-geomalla por lo que se obtiene un alto nivel de resistencia a la tracción. La estructura compuesta suelo-geomalla actúa por tanto como si tuviera una resistencia intrínseca a la tracción. La geomalla produce una especie de trabazón en materiales que de otra forma serían no-cohesivos. La estructura suelo-geomalla combina la resistencia a la compresión del suelo con la resistencia a la tracción de la geomalla. Se obtiene entonces un material con mayor rigidez y estabilidad que el suelo por si solo. La capacidad de la geomalla para absorber esfuerzos y distribuirlos aumenta la resistencia de la masa reforzada a cargas estáticas y dinámicas. Por lo tanto las geomallas constituyen una innovadora y ventajosa solución desde un punto de vista técnico y económico para todas las aplicaciones que requieren mejorar las características de suelos granulares, cohesivos o no consolidados. Figura 23. Geogrilla uni-direccional y geogrilla bi-direccional. 4.1.3.3 Geogrilla (Geomalla) bi-direccional Este tipo de geomallas están especialmente diseñadas para la estabilización y refuerzo del suelo. Están fabricadas a base de polipropileno (PP), producidas por un método de extrusión y posteriormente estiradas de forma bi-axial para incrementar sus características de resistencia a la tracción, además tienen un elevado módulo a la tracción y una óptima resistencia a los Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 40-194 daños por construcción durante la instalación. La trabazón del material granular entre sus aperturas, permite un efectivo confinamiento y refuerzo del suelo. 4.1.4 Geored o Geoespaciadores Estructura tridimensional permeable constituida de filamentos, fibras y/u otros elementos (sintéticos o naturales) a base de polímeros, ligados por medios mecánicos, térmicos o químicos y/o por cualquier otro medio, usada en contacto con el suelo o con otros materiales, por ejemplo, para mantener partículas, raíces y pequeñas plantas en el suelo. Las georedes, también llamadas geoespaciadores, constituyen un segmento especializado dentro del área de los geosintéticos. Generalmente están formados por una extrusión continua, formando una malla con ángulos agudos unos de otros. Cuando la malla es abierta, con aberturas relativamente grandes, forman una configuración tipo red. Su función de diseño está completamente dentro del área de drenaje, donde son usados para conducir fluidos de todo tipo. Los diferentes tipos de Georedes son: Georedes de hilados sólidos extruídos, este es el tipo más común de geored. Georedes de hilados esponjosos extruidos, este tipo tiene en general espesores mayores, por lo tanto permite un mayor flujo de agua. Georedes de hilados envainados, en los cuales las intersecciones verticales son perpendiculares, por lo tanto la resistencia normal es mayor. Las georedes mencionadas están formadas por polietileno con una densidad de 0.933 a 0.939 g/cm3. Luego se mezcla con 2.0 a 2.5 % de carbono negro y 0.25 a 0.75 % de aditivos lo cual sirve como antioxidante y lubricante. Con la adición del carbono negro y los aditivos (aproximadamente 3.0 %) la densidad final del compuesto esta un poco por encima de 0.941 g/cm3, esta densidad final es el límite inferior de los polietilenos de alta densidad (HDPE). Figura 24. Geored. Las georedes como la de la figura, están compuestas por una estructura de tres dimensiones de capas y filamentos paralelos entretejidos que crean canales de gran capacidad de flujo. Son Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 41-194 producidos por extrusión de polietileno de alta densidad (HDPE) y son resistentes a agentes químicos y biológicos que normalmente presentan el suelo y los desechos. También son estabilizadas para resistir contra la degradación de rayos UV. Tienen una estructura de forma romboidal y disponible en espesores entre 3 y 13 mm y con masa por unidad de área entre 450 y 2500 g/m². 7.1.5 Geocelda Estructura tridimensional permeable a base de polímeros (sintéticos o naturales), con forma de matriz de celdas huecas, constituida por bandas de geotextiles o geomembranas ligadas alternativamente y usada en contacto con el suelo o con otros materiales. Figura 25. Geocelda. Estas geoceldas tienen estructuras en forma de panal con espesores entre 75 y 150 mm, hechas mediante un proceso de extrusión de polietileno (PE) totalmente continuo. La estructura se abre como acordeón y por lo tanto puede ser transportada y almacenada con un mínimo de espacio, y posteriormente abierta durante la instalación creando una serie de celdas interconectadas (los diámetros que pueden alojarse en sus aberturas varían entre 100 y 300 mm). Una vez expandidos a su máxima extensión y rellenados con suelo (o grava) la estructura se vuelve inextensible y de comportamiento monolítico, proporcionando un confinamiento efectivo para suelos no consolidados y previniendo su movimiento aún en taludes pronunciados, o bien ante fuerzas de erosión tales como las ocasionadas por corrientes hidráulicas. La estructura celular es por tanto particularmente útil en suelos áridos y rocosos, o impermeables donde la vegetación es prácticamente inexistente. Las conexiones de las celdas, tienen una abertura por donde drena el agua por lo que están hidráulicamente interconectadas. La estructura compuesta suelo - geocelda tiene gran permeabilidad facilitando la absorción del agua durante las precipitaciones de lluvia por lo que disminuye el escurrimiento, y consecuentemente la erosión. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 42-194 7.1.6 Geomantas Las geomantas son estructuras planas a base de polímeros (naturales o sintéticos) constituidas por una red densa y regular cuyos elementos están ligados por nudos o por procesos térmicos, y cuyas aberturas tienen dimensiones superiores a las de sus constituyentes, usado en contacto con el suelo o con otros materiales. Las geomantas tridimensionales están diseñadas para la protección y vegetación de taludes sujetos a erosión superficial y cuando existe un estrato de suelo orgánico. Tienen un espesor aproximado de 20 mm y son fabricadas al juntar diversas mallas bi orientadas y extruídas de polipropileno (PP). El proceso molecular de estirado, tanto en la dirección longitudinal como transversal, aumenta las propiedades mecánicas de la base de polímeros obteniéndose alta resistencia a la tracción (8 KN/m mínimo) Algunas geomantas están compuestas por 2 capas de geomalla arriba y abajo, y una geomalla central mecánicamente doblada para darle espesor al producto total y hacerla tridimensional. Las dos geomallas planas suministran una alta resistencia a la tracción y permiten un mínimo de elongación. El denso doblado de la capa central limita la deformación de la geomanta cuando se llena con suelo vegetable obteniéndose un elemento de gran resistencia. Las capas son ensambladas en el proceso de manufactura tejiéndolas entre ellas con hilos de polipropileno altamente resistentes. Figura 26. Geomanta tridimensional y biomanta. Las biomantas son colchones hechos de fibra de coco, yute u otros elementos orgánicos capaces de formar una excelente protección anti-erosión en taludes suaves y base vegetable existente. Ya que la biomanta se descompone naturalmente durante el ciclo biológico, la descomposición de fibras, esencialmente hechas de celulosa y otros elementos orgánicos, actúa como fertilizante. Las fibras de coco permiten la retención de humedad, aumentan la permeabilidad del suelo y mejoran la rugosidad de la superficie reduciendo la velocidad de escurrimiento del agua y por tanto la erosión. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 43-194 4.1.7 Geocompuestos Es un ensamblado manufacturado de materiales de los cuales, al menos uno de los componentes es un producto geosintético, usado en contacto con el suelo o con otros materiales. Los geocompuestos consisten en una combinación de geotextiles y georedes; geogrillas y geomembranas; o geotextiles, geogrilla, y geomembrana; o alguno de estos cuatro geosintéticos con otro material (por ejemplo: algunos suelos, láminas de plástico deformado, cables de acero, etc.). Las áreas de aplicación son numerosas, entre las que se encuentran: separación, refuerzo, filtración, drenaje y barrera de vapor. 4.1.7.1 Geocompuesto triplanar de alta capacidad de drenaje. Este geocompuesto esta formado por una estructura tridimensional con elementos verticales rígidos. Sus nervaduras aumentan significativamente la capacidad de tensión y resistencia a la compresión del geocompuesto. Estas nervaduras están también soportadas por estructuras planares que reducen la intrusión y pérdida de flujo de la sección de drenaje. El conjunto permite obtener altas capacidades drenantes en la vida útil de la estructura, y no sólo por algunas horas. Por lo tanto, estos geocompuestos triplanares son desarrollados para drenaje a largo plazo en aplicaciones de rellenos sanitarios con las siguientes características: Capacidad de su estructura para drenar sometida a cargas de compresión a largo plazo. Capacidad de su estructura de drenar altos niveles de flujo a largo plazo Capacidad de su estructura para drenar y permitir una adecuada estabilidad estructural al corte. Figura 27. Geocompuesto triplanar, geored + geotextil, geomembrana + geored + geotextil. 4.1.7.2 Geocompuesto Geored + Geotextil Este geocompuesto tiene gran capacidad de filtrar y drenar, producido por la unión de la geored y geotextil. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 44-194 El uso de las georedes, con su gran capacidad de drenar y distribuir cargas, y el geotextil para filtrar permiten un sistema fácil de instalar para “filtrar – drenar – proteger”. La posibilidad de escoger diversas soluciones con los diferentes geocompuestos, con sus características únicas, permite al proyectista una amplia selección para sus necesidades de proyecto. 4.1.7.3 Geocompuesto Geomembrana + Geored + Geotextil Este geocompuesto es una combinación de una geomembrana y un geotextil. Esta combinación que tiene alta capacidad drenante y filtrante, ofrece un sistema completo de drenaje y protección además de dar la condición de impermeabilización. 4.2 PROCESOS DE FABRICACIÓN DE GEOSINTÉTICOS Como fuera mencionado con anterioridad, los Geosintéticos pueden ser manufacturados a partir de procedimientos de extrusión, con tecnología textil, o bien con la combinación de ambas tecnologías. Los Geosintéticos nacen de la mano de la Industria Textil, y como tales su costo depende del número de etapas que intervienen y de la rapidez del proceso de elaboración; mientras sea menor el número de etapas y más rápido el proceso, más económico será el producto. (27) Los tejidos pueden clasificarse en: Tejido plano o de calada; esta formado por dos series de hilos que se entrecruzan perpendicularmente. La serie de hilos transversales se llama trama; y la de los hilos longitudinales se les da el nombre de urdimbre. Figura 28. Tejido plano o de calada. Tejido de punto; este tipo de tejido se subdivide en dos clases Tejido de punto por trama; es el formado por un hilo que se enlaza consigo mismo. Tejido de punto por urdimbre; es el que se forma por una serie de hilos que forman una urdimbre, como en los tejidos de calada, y que se enlazan unos con otros entre sí, según una trayectoria preestablecida. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 45-194 Figura 29. Tejido de punto por trama, tejido de punto por urdimbre. Tejido no-tejido; es el formado por fibras o filamentos entrecruzados entre sí formando una especie de manta, a la que se le da consistencia por medios mecánicos, térmicos o químicos. Figura 30. Tejido no-tejido. 4.2.1 Proceso de fabricación de Geotextiles no tejidos Los geotextiles no tejidos están formados por fibras o filamentos superpuestos en forma laminar, consolidándose esta estructura por distintos sistemas. Según cual sea el sistema empleado para unir los filamentos o fibras, los geotextiles no tejidos se clasifican a su vez en: Geotextiles no tejidos ligados mecánicamente o agujados: Se forman a partir de una superposición de fibras o filamentos ordenados aleatoriamente (capa) que se consolida al pasar por un campo de agujas en la máquina punzonadora. Dichas agujas se mueven en un solo sentido alternativo, subiendo y bajando muy rápidamente, penetrando en la napa y entrelazando las fibras, Esto se consigue por que el perfil de las agujas no es regular, si no que están provistas de unas espigas o salientes en dirección a su sentido de penetración, lo cual hace penetrar a las fibras sin llevárselas en su movimiento de retroceso. La frecuencia de golpes o penetraciones de las agujas va consolidando el geotextil no tejido. Los productos fabricados por este proceso tienen buenas prestaciones mecánicas, manteniendo parte del espesor de la napa la cual les confiere mayor estructura tridimensional, gran elongación (pueden estirarse desde un 40% hasta un 120% o más, antes de entrar en carga de rotura) lo que les proporciona muy buena adaptabilidad a los terrenos, unas Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 46-194 excelentes propiedades para protección (suele denominarse efecto colchón) y muy buenas funciones de filtración y separación. Geotextiles no tejidos ligados térmicamente o termosoldados: Se forman a partir de una napa en la que la unión de fibras y consolidación del Geotextil se logra por fusión de las fibras y soldadura en los puntos de intersección mediante un calandrado a temperatura elevada. Su espesor y su elongación son algo menores a la de los agujados, por lo cual su transmisividad y permeabilidad son menores, tienen buenas prestaciones mecánicas y poca adaptabilidad (son algo rígidos). Geotextiles no tejidos ligados químicamente o resinados: La unión entre sus filamentos se consigue incorporando ligantes químicos o resinas. Este sistema no se utiliza para la fabricación de geotextiles de protección y separación, puesto que en su composición (de los de protección) deben de evitarse elementos químicos distintos a los polímeros, que pudiesen alterar sus propiedades y provocar incompatibilidades químicas con otros materiales con los que pudiese estar en contacto. Por último, dentro de esta clasificación de Geotextiles no tejidos, según su método de fabricación incorporaríamos aquellos que se pueden fabricar con combinaciones de los sistemas de fabricación que se han descripto. 4.2.2 Procesos de fabricación de Geomallas o Geogrillas El rasgo clave de las geogrilla es que los espacios huecos entre los nervios laterales y transversales, llamadas aberturas, son suficientemente grandes para permitir que el suelo penetre a través de un lado de la geogrilla hasta el otro. Los nervios de las geogrillas son frecuentemente muy rígidos comparados con las fibras de los geotextiles. No solo es importante la resistencia de un nervio, sino que además la resistencia de la unión es también importante. La razón de esto es que el suelo penetra a través de las aberturas, y al intentar deformarse por solicitaciones se apoya contra los nervios transversales, las cuales trasmiten sus cargas a los nervios longitudinales vía las uniones. Las uniones están, por supuesto, donde los nervios longitudinales y transversales se encuentran y se conectan. Las geogrillas más flexibles son las que usan fibras de poliéster. La fabricación de las geogrillas de poliéster se realiza en maquinaria de tejido de textiles. En este proceso, cientos de fibras se unen para formar nervios longitudinales y transversales con grandes espacios abiertos entre ellos. Los cruces están unidos por costuras o físicamente entrelazados para vincular los nervios Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 47-194 transversales y longitudinales, luego la unidad estructural completa es protegida por un recubrimiento de diversos materiales (por ejemplo, PVC, látex, bitumen, etc.) para darle estabilidad dimensional y protección de los nervios durante la instalación. La geogrilla resultante se conoce como geomalla relativamente flexible. Los materiales poliméricos usados en la fabricación de geogrillas orientadas son polietileno de alta densidad o polipropileno. El proceso comienza con hojas de alto calibre de polietileno o polipropileno. Los espesores típicos son de 4 a 6 mm. Luego se perforan los agujeros en las hojas siguiendo un patrón regular y la hoja es luego estirada uni axialmente o biaxialmente. El estiramiento es hecho bajo temperaturas y velocidades de deformación controladas a fin de prevenir la fractura mientras se está consiguiendo el flujo dúctil de las moléculas en una condición de elongación. Una de las variables a tener en cuenta en el proceso es la relación de estiramiento, pero otras, tales como el peso molecular, la distribución del peso molecular, y el grado de ramificación o vinculación cruzada, son también muy importantes. Además de los incrementos significativos en módulo y resistencia, la sensibilidad a la fluencia de los nervios se reduce significativamente durante el proceso de estiramiento. La geogrilla resultante se conoce como homogénea, unida o rígida. 4.3 APLICACIÓN DE LOS GEOSINTÉTICOS EN MANTENIMIENTO Y RENOVACIÓN DE PAVIMENTOS Durante los primeros años de la década del ’70, la demanda mundial de reducción de los costos de reparación de pavimentos asfálticos para caminos ha impulsado el desarrollo de una nueva tecnología de repavimentación: la combinación de materiales Geosintéticos con productos de revestimiento asfáltico. (28) Dicho método, que procede de los estados del sur de EE.UU. y que se desarrolló para prevenir la formación de las denominadas “fisuras reflejas” en la superficies de caminos de mezcla asfáltica, ha sido adoptado de forma generalizada y se ha convertido en uno de los principales campos de aplicación de los materiales Geosintéticos. En general, los factores que determinan la duración de la superficie de una carpeta asfáltica nueva son la fatiga por flexión, el envejecimiento natural, la formación de ahuellamientos, la abrasión, la formación de grietas por efecto de la temperatura y la fisuración refleja. En la actualidad, se está enfrentando el problema de capas asfálticas que están envejeciendo, sumado a las bajas partidas presupuestarias que se aplican en el mantenimiento. Uno de los principales contribuyentes al deterioro de los caminos es el agua que se encuentra debajo del pavimento, la cual reblandece el suelo de la subrasante lo que a su vez destruye la capacidad Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 48-194 estructural del pavimento. Un pavimento con una base que se sature en un tiempo del 10% de su vida de diseño, tendrá solamente un 50% de la vida útil de un pavimento donde el agua se mantiene alejada de la base. Gran parte de esta agua entra por las fisuras y poros de la superficie del pavimento. Los Geosintéticos especiales para pavimentación y las membranas de reparación están diseñadas para reducir la infiltración del agua y las grietas reflectivas, ahorrando, de esta forma los ciclos costosos de repavimentación. Se ha comprobado que éstos prolongan la vida útil de todo tipo de superficies de rodamiento. (28) Estos productos tan versátiles se utilizan en pavimentos de asfaltos nuevos, por debajo de las capas de pavimentos rígidos y flexibles, así como por debajo de pavimentos sellados por tratamientos de superficie. En el mercado se ofrecen Geosintéticos de polipropileno no tejido agujado para la pavimentación, los cuales combinados con una capa de ligante asfáltico, ofrecen una barrera contra la humedad sobre todo el ancho de la superficie de pavimentación. También para este propósito, existen membranas impermeabilizantes y autoadheribles para la reparación eficaz de fisuras. El producto es un compuesto formado por el Geotextil no tejido (también los hay tejidos) revestido con cemento asfáltico y un mastic adhesivo ruberizado (con adición de caucho). El mastic adhesivo se une fácilmente a la superficie del pavimento existente, permitiendo la instalación rápida y sencilla del producto. También existen compuestos, por ejemplo de tres capas, consistentes en asfalto impermeable intercalado entre una tela no tejida y una tejida de alto módulo. El compuesto de una membrana extra fuerte para la reparación del pavimento con alta resistencia a la tracción y excelente resistencia a la delaminación, amortigua y disipa eficazmente las tensiones del pavimento que causan el agrietamiento reflectante. El efecto de los Geotextiles para pavimentos en la duración de la superficie de carreteras asfálticas y su incorporación a la construcción asfáltica es un mecanismo complejo, que está determinado por diversos parámetros: tipo de tejido, tipo de mezcla asfáltica, impregnación, estructura de la superficie y construcción general. No es posible evaluar el rendimiento de los tejidos para pavimentos considerando simplemente su resistencia a tracción. Los principales factores que contribuyen a prolongar la vida útil de un refuerzo de camino son: la resistencia a la fatiga por flexión de la capa superior, la adecuada unión entre las capas existentes y las capas de refuerzo (incluida la interfase) y la función de sellado que podría estar constituida por un Geotextil impregnado en asfalto. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 49-194 Según el reglamento PG3 (Pliego de Especificaciones Técnicas de España) las características mecánicas exigibles a Geosintéticos para pavimentos son las que se describen en la siguiente tabla. Grupo 0 1 2 3 0 1 2 3 e(KN/m) Rt(KN/m) (valor mínimo) (valor mínimo) 6.4 4.8 3.2 2.4 2.7 2.1 1.5 1.2 16 12 8 6 9 7 5 4 Rpd(KN/m) (valor mínimo) 20 25 30 35 30 35 40 45 Función del Geotextil SEPARACION FILTRO Tabla 02. Requerimientos para las Propiedades del Geotextil en Pavimentación según PG3. Donde los grupos 0, 1, 2 y 3 son agrupaciones de materiales de similares características. RT = Resistencia a tracción (KN/m) (UNE EN ISO 10319) Medida en la dirección principal (de fabricación o perpendicular a ésta) en que la resistencia sea mínima. Rpd = Resistencia a perforación dinámica (mm) (UNE EN 918) e(KN/m) = RT (KN/m) • er er = Deformación unitaria en rotura 4.3.1 Mantenimiento y Rehabilitación Las etapas constructivas para la aplicación de los geosintéticos en tareas de mantenimiento y renovación de caminos se pueden ver sintetizadas en los seis pasos que se grafican: 1. Limpieza de pavimento deteriorado 2. Sellado de fisuras 3. Aplicación de riego de ligante 4. Extensión de Geotextil o Geosintético 5. Colocación de mezcla asfáltica 6. Compactación Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS Capa de Rodadura 50-194 Base Asfáltica Deteriorada 1 Capa de Rodadura Base Asfáltica Deteriorada 2 Geotextil para Repavimentación Capa de Riego 3 4 5 6 Base Asfáltica Deteriorada Figura 31. Etapas constructivas para la aplicación de los geosintéticos. Etapa de preparación - Figura 31 Cuadros 1 y 2: Eliminación de la suciedad, polvo y vegetación de la superficie y de las grietas de las capas de rodadura. Ejecución de la reparación de baches y rellenado de fisuras de mayor tamaño (>5 mm) con una mezcla caliente o un material de relleno adecuado. Eliminación de las aristas afiladas o rugosidades excesivas de la superficie. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 51-194 En caminos muy deterioradas debe aplicarse una capa de nivelación de 1,5 cm aproximadamente (generalmente se utiliza arena – asfalto), con el fin de evitar el rellenado de grietas, un proceso que requiera gran cantidad de tiempo y mano de obra. El llenado eficaz de grietas resulta de especial importancia, ya que de no realizarse dicha operación, el tejido para pavimentos no quedaría saturado por el riego asfáltico. GEOTEXTIL LIGANTE ASFALTICO GRIETAS Figura 32. Sellado de fisuras y relleno de grietas. Aplicación de la capa ligante: Figura 31 Cuadro 3. En función del estado de la superficie antigua, se pulveriza una cantidad calculada de riego de saturación y adherencia, de forma uniforme sobre la superficie preparada, antes de extender el Geotextil, asegurándose de que se cumplan los siguientes requerimientos: El asfalto se aplica sobrepasando la anchura del Geotextil 5 cm por cada lado aproximadamente. La temperatura de pulverización del asfalto puro debe mantenerse entre 150 y 170 °C, para obtener un revestimiento tan uniforme como sea posible. Puede reemplazarse el cemento asfáltico por una emulsión asfáltica, en donde las temperaturas de aplicación bajan considerablemente. Cuando se utilizan emulsiones bituminosas, la cantidad de revestimiento se ajusta de modo que contenga la cantidad media de asfalto requerida. El revestimiento únicamente se aplica a áreas en las que debe extenderse el tejido para pavimentos. En el caso en que únicamente se cubren secciones determinadas de carretera con tejido para pavimento, sus superficies deben presentar una rugosidad elevada. Extensión del Geotextil: Figura 31 Cuadro 4. El Geotextil puede extenderse manualmente o mediante máquinas, teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: Cuando se utiliza asfalto puro como ligante, puede extenderse inmediatamente después de aplicado el revestimiento. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 52-194 Cuando se utilizan emulsiones bituminosas, no puede extenderse hasta que la emulsión haya efectuado su rotura. Debe evitarse la formación de arrugas. Los extremos longitudinales y transversales deben solaparse de 5 a 10 cm. Si se deposita agua de lluvia en la superficie del Geotextil, debe dejarse evaporar antes de aplicar una capa superior. La experiencia ha demostrado que la extensión manual debe limitarse para obras de pequeña envergadura. Los métodos de extensión mecanizados reducen la formación de arrugas en el tejido. Aplicación de la superficie de mezcla asfáltica: Figura 31 Cuadros 5 y 6. La superficie de mezcla puede aplicarse inmediatamente después de la extensión del Geotextil, preferiblemente mediante una terminadora con orugas, teniendo en cuenta los siguientes puntos: La mezcla de material debe tener una temperatura de entre 145 °C y 165 °C. Con el fin de evitar que los neumáticos de la terminadora o de los camiones se adhieran al tejido, parte de la mezcla puede extenderse manualmente sobre la trayectoria de los vehículos. 4.3.2 Control de Fisuración Refleja La reducción de la fisuración refleja en pavimentos asfálticos ha sido discutida en gran medida en los últimos tiempos. Muchas marcas comerciales han sabido desarrollar geosintéticos y técnicas constructivas para que sea controlado el problema de la reflexión de fisuras desde la base al pavimento, o desde el pavimento antiguo al nuevo. Estos sistemas, generalmente consisten de una tela de polipropileno no tejida (Geotextil no tejido) saturada con una capa de ligante asfáltico. Cuando el Geotextil se coloca entre el pavimento original y una sobrecapa de asfalto, o entre la base y el pavimento nuevo, se convierte en parte integral de la sección de la carretera, formando una barrera contra la infiltración de agua y reduciendo el agrietamiento reflectante de la nueva superficie asfáltica. Gran parte del agua de lluvia se infiltra a través de los pavimentos de mezcla asfáltica y de concreto de cemento portland, saturando y debilitando los materiales de la base y de la subrasante. Si los materiales de base de un pavimento están saturados tan sólo un 10% del tiempo, la vida útil de ese pavimento se reducirá un 50%. La mayoría de los pavimentos, no tienen capas adecuadas de base abiertas, con drenaje libre que drenen rápidamente esta agua infiltrada, para así evitar la saturación de la base de la carretera. El Geotextil, cuando se satura con la capa ligante de cemento asfáltico, se convierte en una barrera de humedad en el pavimento, impidiendo esta infiltración antes de que llegue a las capas de base y a la Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 53-194 subrasante. El módulo resiliente de las capas de la subrasante típicas y de la base, puede aumentar significantemente, simplemente manteniendo estas capas a un nivel de humedad bajo. Minimizando la humedad de la base de la carretera también se puede ayudar a eliminar los problemas de congelación y deshielo del pavimento. El pavimento flexible de mezcla asfáltica va a, eventualmente, desarrollar grietas por fatiga debido a los esfuerzos por tensión cuando se deflexione. La inclusión de la entre capa de Geotextil trae como resultado, un pavimento con esfuerzos a la tracción reducidos ampliamente. El resultado es un gran aumento a la resistencia a la fatiga del pavimento nuevo o de las sobre capas. La capa de espesor mediano, de Geotextil saturada con asfalto, también absorbe esfuerzos provenientes de las discontinuidades del pavimento existente. Pequeños movimientos, asociados con grietas y juntas, son disipados dentro del sistema Geotextil-ligante, en lugar de ser transferidos hacia las capas superiores como agrietamiento reflectivo. Esta disipación de esfuerzos es efectiva sobre grietas y juntas de pavimentos de H° o de mezcla asfáltica. Sin embargo, las discontinuidades causadas por las interfases hacen que las estructuras constituidas por capas múltiples funcionen de manera menos eficientes que las estructuras monolíticas. El Geotextil también es efectivo en la prolongación de la vida de la superficie sellada con una capa de tratamiento superficial impermeable, ya que la capa de tela saturada con asfalto, proporciona una cámara reforzada fibrosa para el agregado. El desprendimiento del agregado pétreo se reduce apreciablemente y el agrietamiento superficial se retarda. 4.4 LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS SELECCIONADOS PARA LA EVALUACIÓN Como se mencionara en la Introducción a la presente Tesis, dentro de los Geosintéticos existen diferentes productos, clasificados cómo: Geotextiles, Geomebranas, Geogrillas, Georedes, Geoceldas, Geomantas y Geocompuestos. Cada uno de éstos tiene una o varias funciones específicas dentro de las distintas obras que se pueden ejecutar en la Ingeniería Civil. Específicamente en la especialidad de la Ingeniería Vial, los Geosintéticos de mayor empleo e importancia han sido los Geotextiles y las Geogrillas. Se ha decidido entonces, realizar las investigaciones de la presente Tesis, sobre estos dos materiales principales: Geotextiles no tejidos Geogrillas de repavimentación Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 54-194 Dentro de los productos Geosintéticos todos aportan de diferente forma y en menor o mayor medida, las posibilidades de: Impermeabilizar superficies Promover modificaciones de adherencia entre capas Evitar la propagación de fisuras de capas inferiores a capas superiores En ese contexto en el mercado Argentino se ha experimentado la utilización de Geotextiles no tejido embebidos en asfalto debido a su adecuada relación costo beneficio, y las Geogrillas debido a su capacidad de refuerzo. Las técnicas de colocación ya están ampliamente difundidas, y se han constituido en membranas SAMI que en conjunto con el tratamiento previo de la superficie deteriorada y el apoyo en capas de nivelación de arena asfalto, funcionan en forma eficiente tanto en la vialidad urbana como en la rural. El Geotextil es un material plano y permeable, cuyo principal material constitutivo es un polímero (natural o sintético), pudiendo ser no tejido (de fibra cortada o filamento continuo) o tejido. La aplicación de geotextiles en pavimentación o repavimentación se traduce en beneficios que algunos autores (29) enumeran, como: Reducir, evitar o retardar la fisuración refleja Actuar como una barrera para evitar el bombeo de los finos del suelo Reducir el espesor de la capa de asfalto Aumentar la vida útil del pavimento El producto que generalmente cumple con estas expectativas es el geotextil no tejido, embebido en asfalto. Las condiciones que deben cumplir los Geotextiles empleados en pavimentación, se ven estipuladas en la Geotextile Specification for Highway Aplications AASHTO Designation M 28805 (30), de la cual se puede extraer los siguientes requisitos: Requerimientos Físicos: Las fibras usadas en la fabricación de geotextiles y los hilos usados para la unión de los geotextiles mediante costura, deben consistir de polímeros sintéticos de cadena larga, compuestos de por lo menos un 95% en peso de poliolefinas o poliésteres. Deben conformar una malla estable de tal forma que los filamentos o fibras mantengan su estabilidad dimensional en relación con los otros, incluyendo aquellos de los bordes. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 55-194 Esta especificación es aplicable al uso de telas para pavimentación saturadas con cemento asfáltico entre dos capas de pavimento. La función de la tela para pavimentación es la de actuar como una membrana impermeable y aliviadora de esfuerzos (S.A.M.I.) dentro de una estructura de pavimento. Parámetro Medido Métodos de Ensayo Unidades Requerimientos Resistencia Grab Elongación en Rotura Masa por Unidad de Área Retención Asfáltica Punto de Fusión ASTM D 4632 ASTM D 4632 ASTM D 5261 ASTM D 6140 ASTM D 276 N % g/m2 l/m2 °C 450 50 140 Notas 2 y 3 150 Tabla 03. Requerimientos para las Propiedades del Geotextil en Pavimentación según AASHTO. Notas: 1. Todos los valores numéricos representan el VMPR (Valor Mínimo Promedio por Rollo), en la dirección más débil. 2. Únicamente el asfalto requerido para saturar al geotextil. La retención asfáltica debe ser suministrada en una certificación del fabricante. El valor no indica la tasa de aplicación de asfalto requerido en la construcción. 3. La propiedad de retención asfáltica del producto debe cumplir con los VMPR suministrados en la certificación del fabricante. Es importante destacar que la Especificación AASHTO no define un valor límite de retención asfáltica por lo tanto es esencial la determinación en laboratorio de este parámetro, ya que es un condicionante sumamente gravitante en los valores de adherencia que se consigan obtener entre las capas. Las Geogrillas están formadas por la unión de elementos unidos íntegramente, conformando una red regular o malla con aberturas que superan los 6,35 mm, dichas aberturas permiten el inter trabado con los materiales que las contienen funcionando de esa manera como refuerzo. 4.4.1 Los Geotextiles Seleccionados para la Evaluación Fundamentados en el estudio bibliográfico y las experiencias prácticas de distintos profesionales se ha decidido estudiar los efectos causados en la adherencia de tres geotextiles no tejidos punzonados por agujas y de filamentos continuos con una materia prima de 100% poliéster, los cuales se diferencian en su gramaje. A cada geotextil no tejido se los ha denominado GTX1, GTX2 y GTX3 con el objeto de brindarles el anonimato necesario para su tratamiento en el trabajo de investigación. Dichos geotextiles no Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 56-194 tejidos poseen masas por unidad de área, que especifica el fabricante, de 140 gr/m2, 170 gr/m2 y 200 gr/m2; respectivamente. Los fundamentos de la selección de dichos Geotextiles se basan en que el poliéster tiene un alto punto de fusión que puede alcanzar hasta los 230ºC a 260 ºC, con lo cual es un material apropiado para estar en contacto con temperaturas elevadas de colocación de mezcla asfáltica que oscilan en rangos de 140 ºC a 165 ºC. Los gramajes seleccionados se fundamentan como sigue: el Geotextil de 140 gr/m2 es generalmente un producto liviano que se utiliza como sostén o acompañamiento de otros Geosintéticos en aplicaciones de pavimentación, por otro lado el gramaje de 170 gr/m2 es el recomendado para la utilización como Geotextil embebido en asfalto en su función de retardador de fisuras reflejas. Si bien gramajes elevados del orden de 200 gr/m2 en adelante no son los usualmente empleados en repavimentaciones asfálticas, se decidió emplearlo como material en la investigación para detectar tendencias de la influencia del espesor del Geotextil en la adherencia entre capas. 4.4.1.1 Caracterización de los Geotextiles Seleccionados para la Evaluación A fin de conocer cabalmente las propiedades intrínsecas de los productos seleccionados para la evaluación, se ha decidido efectuar una caracterización completa de los mismos, con el conjunto de ensayos que a lo largo de varios años de investigación se han desarrollado y/o implementado en el Centro de Investigaciones Viales LEMaC. Masa por unidad de área: La masa por unidad de superficie se relaciona con la uniformidad del Geosintético e indirectamente con el resto de las características del mismo. El peso o la masa por unidad de superficie de un Geosintético puede obtenerse mediante las recomendaciones, por ejemplo, de las normas ASTM D1910 e IRAM 78002 (31). El peso de un Geosintético se expresa por unidad de área pesando pequeñas probetas de ensayo circulares o cuadradas, de dimensiones conocidas, cortadas de distintas posiciones y distribuidas por todo el ancho y largo de la muestra, Ej. : Gramos por metro cuadrado (gramaje), o también en metros por kilogramo, en cuyo caso se debe especificar también el ancho de la tela. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS Nº de Lab. = PAG010 Fecha = 15/08/2007 Producto = Temp. = 57-194 GTX1 22 H.R.% = Nº Exped. = Nº Laborat. = 70 Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos de la NORMA IRAM 78002: 1997 Probeta Nº Area Masa [cm2] [adim] [gr] 1 100,0 1,3173 2 100,0 1,2180 3 100,0 1,3945 4 100,0 1,4634 5 100,0 1,5060 6 100,0 1,5208 7 100,0 1,4270 8 100,0 1,5082 9 100,0 1,2860 10 100,0 1,3530 PROMEDIO 100,0 1,3994 DESVIO ESTÁNDAR COEFICIENTE DE VARIACIÓN Nº de Lab. = PAG008 Fecha = 21/06/2007 Producto = Temp. = GTX2 20 H.R.% = A [gr/m2] 131,7 121,8 139,5 146,3 150,6 152,1 142,7 150,8 128,6 135,3 140 10,407 7 Nº Exped. = Nº Laborat. = 70 Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos de la NORMA IRAM 78002: 1997 Probeta Nº Area Masa [cm2] [adim] [gr] 1 100,0 1,7093 2 100,0 1,7648 3 100,0 1,5702 4 100,0 1,5323 5 100,0 1,9858 6 100,0 1,4744 7 100,0 1,9816 8 100,0 1,6790 9 100,0 1,3550 10 100,0 1,6699 PROMEDIO 100,0 1,6722 DESVIO ESTÁNDAR COEFICIENTE DE VARIACIÓN Nº de Lab. = PAG012 Fecha = 21/06/2007 Producto = Temp. = GTX3 20 H.R.% = A [gr/m2] 170,9 176,5 157,0 153,2 198,6 147,4 198,2 167,9 135,5 167,0 167 20,380 12 Nº Exped. = Nº Laborat. = 70 Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos de la NORMA IRAM 78002: 1997 Probeta Nº Area Masa [cm2] [adim] [gr] 1 100,0 1,9893 2 100,0 1,9578 3 100,0 1,9925 4 100,0 1,9846 5 100,0 2,1163 6 100,0 2,1141 7 100,0 1,9563 8 100,0 1,9747 9 100,0 1,8533 10 100,0 2,0468 PROMEDIO 100,0 1,9986 DESVIO ESTÁNDAR COEFICIENTE DE VARIACIÓN A [gr/m2] 198,9 195,8 199,3 198,5 211,6 211,4 195,6 197,5 185,3 204,7 200 7,815 4 Tabla 04. Resultados de Masa por Unidad de Área para el GTX1, GTX2 Y GTX3. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 58-194 Figura 33. Determinación de Masa por Unidad de Área. Ensayo de Espesores a presiones prefijadas (IRAM 78004-1) (2): Espesor: Distancia tomada entre dos placas paralelas de referencia, que se mide al aplicar una presión en un tiempo determinado sobre la probeta. Espesor nominal: Espesor determinado cuando se aplica una presión de 2,00 ± 0,001 KPa sobre la probeta de ensayo. Aparatos: Los aparatos necesarios para la ejecución del ensayo son: 5. Pie de presión: El pie de presión debe tener una superficie lisa, plana y circular, con un área de 25 cm2 ± 0,2 cm2. Este debe ser apto para ejercer presiones de 2 KPa, 20 KPa y 200 KPa, en forma perpendicular al plano de la probeta. 6. Placa de referencia: La placa de referencia tendrá una superficie plana cuya medida será superior a 1,75 veces el diámetro de la superficie del pie de presión. En la experiencia presente se ha utilizado una placa de referencia de d = 16cm. 7. La precisión del aparato medidor del espesor deberá ser: 1 % para productos de espesor ≥ 1mm 0,01 mm para los productos de espesor < 1mm El aparato que registra el espesor consta de una placa base de acero inoxidable, a la cual se le ha adosado un porta flexímetro, que permite la colocación de dos flexímetros diametralmente opuestos, los cuales registran las medidas con una precisión de 0,01 mm. El pie de presión está formado por un tocho de acero inoxidable del diámetro que requiere la norma. El mismo fue provisto de un tetón en su parte superior, para que al aplicar carga ésta sea centrada y se distribuya de manera correcta. También está provisto de una placa de referencia, en la cual apoyan los vástagos de los flexímetros. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 59-194 El peso del pie más el tetón y la placa de referencia es de 500 gr, con lo cual queda aplicada en su área el primer rango de presiones (2 KPa). Para el registro del espesor se toman ambas lecturas, una por cada flexímetro, para cada estado de carga y se calcula el promedio de ambas determinaciones. Desterrando de este modo cualquier desviación por falta de paralelismo entre la placa de referencia y el pie de presión. Observaciones: Del procedimiento empleado en estas determinaciones se puede objetar que el mecanismo empleado no asegura un paralelismo entre el pie de presión y la placa de referencia. Sin embargo, este aspecto queda subsanado por la implementación de mediciones diametralmente opuestas, con las cuales se consigue un promedio y, en consecuencia, una eliminación o disminución considerable de este error. L1 Lm L2 L m = (L1+L2)/2 L1 Lm L2 L m = (L1+L2)/2 Figura 34. Determinación de Espesor a Presión Prefijada. Metodología de eliminación de error. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 60-194 Nº de Lab. = PAG012 Producto = GTX1 Fecha = 16/08/2007 Temp. = 21 H.R.% = 72 inf. Nº Exped. = inf. Nº Laborat. = Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos de la NORMA IRAM 78004-1: 2001 Presión =2 Kpa Datos Útiles Probeta Nº L1 L2 e=(L1+L2)/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PROMEDIO 1,03 1,07 1,04 1,55 1,16 1,06 0,78 1,21 0,88 1,08 1,1 1,33 1,05 1,22 1,02 1,15 1,44 1,13 1,10 1,11 0,99 1,2 1,2 1,1 1,1 1,3 1,2 1,3 1,0 1,2 1,0 1,0 1,1 Probeta Nº L1 L2 e=(L1+L2)/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PROMEDIO 0,50 0,44 0,55 0,69 0,51 0,43 0,25 0,61 0,36 0,44 0,5 0,49 0,45 0,44 0,45 0,52 0,65 0,51 0,44 0,47 0,42 0,5 0,5 0,4 0,5 0,6 0,5 0,5 0,4 0,5 0,4 0,4 0,5 Probeta Nº L1 L2 e=(L1+L2)/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PROMEDIO 0,25 0,21 0,26 0,33 0,23 0,16 0,10 0,28 0,16 0,19 0,2 0,20 0,19 0,18 0,21 0,25 0,33 0,26 0,20 0,22 0,19 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Aro = 500 Kg Flexímetro = Milésimas Carga Inicial = Peso del Pie de Presíon Carga intermedia = 33,4 divisiones Carga final = 334 divisiones Presión =20 Kpa Presión =200 Kpa Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 61-194 Nº de Lab. = PAG011 Producto = GTX2 Fecha = 16/08/2007 Temp. = 21 H.R.% = 72 inf. Nº Exped. = inf. Nº Laborat. = Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos de la NORMA IRAM 78004-1: 2001 Presión =2 Kpa Datos Útiles Probeta Nº L1 L2 e=(L1+L2)/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PROMEDIO 1,49 1,74 1,43 1,29 1,74 1,45 1,60 1,66 1,48 1,25 1,5 1,30 1,15 1,55 1,53 1,79 1,28 1,71 1,78 1,65 1,67 1,5 1,4 1,4 1,5 1,4 1,8 1,4 1,7 1,7 1,6 1,5 1,5 Probeta Nº L1 L2 e=(L1+L2)/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PROMEDIO 0,59 0,70 0,62 0,59 0,74 0,54 0,74 0,71 0,73 0,48 0,6 0,5 0,5 0,6 0,4 0,7 0,47 0,67 0,61 0,43 0,61 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 0,7 0,5 0,7 0,7 0,6 0,5 0,6 Probeta Nº L1 L2 e=(L1+L2)/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PROMEDIO 0,31 0,37 0,32 0,32 0,38 0,27 0,38 0,38 0,39 0,23 0,3 0,25 0,22 0,28 0,16 0,35 0,19 0,31 0,29 0,15 0,23 0,2 0,3 0,3 0,3 0,2 0,4 0,2 0,3 0,3 0,3 0,2 0,3 Aro = 500 Kg Flexímetro = Milésimas Carga Inicial = Peso del Pie de Presíon Carga intermedia = 33,4 divisiones Carga final = 334 divisiones Presión =20 Kpa Presión =200 Kpa Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 62-194 Nº de Lab. = PAG014 Producto = GTX3 Fecha = 21/06/2007 Temp. = 22 H.R.% = 77 inf. Nº Exped. = inf. Nº Laborat. = Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos de la NORMA IRAM 78004-1: 2001 Presión =2 Kpa Datos Útiles Probeta Nº L1 L2 e=(L1+L2)/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PROMEDIO 2,06 1,69 1,70 1,82 1,74 1,69 1,59 1,77 1,56 1,85 1,7 2,04 1,94 1,87 1,63 2,08 1,69 1,75 1,66 1,86 1,75 1,8 2,1 1,8 1,8 1,7 1,9 1,7 1,7 1,7 1,7 1,8 1,8 Probeta Nº L1 L2 e=(L1+L2)/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PROMEDIO 1,79 0,68 0,71 0,75 0,60 0,73 0,64 0,70 0,46 0,74 0,8 1,61 0,76 0,60 0,63 0,92 0,74 0,72 0,68 0,83 0,73 0,8 1,7 0,7 0,7 0,7 0,8 0,7 0,7 0,7 0,6 0,7 0,8 Probeta Nº L1 L2 e=(L1+L2)/2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PROMEDIO 0,32 0,25 0,32 0,36 0,21 0,31 0,27 0,28 0,10 0,32 0,3 0,25 0,32 0,21 0,22 0,44 0,32 0,30 0,29 0,40 0,33 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Aro = 500 Kg Flexímetro = Milésimas Carga Inicial = Peso del Pie de Presíon Carga intermedia = 33,4 divisiones Carga final = 334 divisiones Presión =20 Kpa Presión =200 Kpa Tabla 05. Resultados de Espesores a Presiones Prefijadas para el GTX1, GTX2 Y GTX3. Ensayo de tracción (Grab Test): También llamado de resistencia a la tracción en carga concentrada, se diferencia del ensayo de tracción en tiras en que el ancho de las probetas es mayor que la impronta de las mordazas de la máquina que tracciona la muestra. Mediante este artificio, una parte del espécimen provee anclaje a los filamentos sin ser específicamente sometido a esfuerzo. Algunas de las normas para este ensayo son: DIN 53858; EFG 07-120; ASTM D1682-4632; IRAM 78018 (33). Las mismas difieren, entre otras características dimensionales de la máquina Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 63-194 y probetas, en los valores de velocidad de ensayo, lo que se expone en la siguiente tabla: Norma de Ensayo DIN 53858 NFG 07-120 ASTM D 1682-4632 Velocidad de Ensayo 100mm/min 20s 30s ó 300mm/min Tabla 06. Grab test, variantes de ensayos según normas. Este ensayo es la mayor simulación de las solicitaciones cuando sobre un Geosintético se presiona un elemento punzante (piedra) en forma descendente, o se ejerce un esfuerzo lateral sobre el elemento (aun presionado). Una solicitación como la descripta se presenta en operación cuando: un vehículo frena, acelera o dobla sobre la superficie del camino (las tensiones se transmiten paralelamente a la superficie); y cuando se compacta el agregado en una trinchera de drenaje (se presiona la piedra contra los laterales y se vibra en forma descendente). Esta propiedad será de importancia crítica en todas las aplicaciones en que, durante la etapa de construcción, transite equipo pesado sobre agregado de grueso calibre. Figura 35. Ensayo de Tracción Grab Test. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 64-194 GTX1 Dirección Paralela Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 65-194 GTX1 Dirección Transversal Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 66-194 GTX 150 gr Empresa Nº:1 GTX2 Dirección Paralela Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 67-194 GTX 150 Empresa Nº:1 GTX2 Dirección Transversal Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 68-194 GTX 200 gr Emp.Nº:1 GTX3 Dirección Paralela Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 69-194 GTX 200 gr Empresa.Nº:1 GTX3 Dirección Transversal Tabla 07. Resultados de Grab Test para el GTX1, GTX2 Y GTX3. Ensayo de Tracción con probetas anchas: Las normas que siguen el principio de este método aunque con algunas variantes en el procedimiento son ISO 10319:1993, AENOR UNE-EN ISO 10319:1996 e IRAM 78012 (34). Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 70-194 La distinción básica entre este método y los restantes métodos para medir las propiedades de tracción en los geosintéticos es el ancho de la probeta. En este método, el ancho es mayor que el largo de la probeta, ya que algunos Geosintéticos tienen tendencia a encogerse (curvarse) en el largo de la probeta, cuando se les aplica una carga de tracción. El mayor ancho reduce el efecto de encogimiento de tales materiales y proporciona una relación más próxima al comportamiento esperado del mismo sobre el terreno, así como un procedimiento para la comparación de Geosintéticos entre sí. Según la normativa argentina el resumen del procedimiento es el siguiente: se mantiene una probeta de ensayo, entre todo su ancho, en las mordazas de una maquina de tracción que se desplaza a una determinada velocidad, mientras aplica una fuerza longitudinal a la probeta hasta que la misma rompe. El valor de la carga máxima medida en el dial de la maquina de tracción constituirá la resistencia a tracción del producto. Este ensayo utiliza probetas de 200 mm de ancho y 100 mm de largo. (35) Este método es aplicable a la mayoría de los geotextiles, incluyendo los tejidos de calada, los no tejidos, los geocompuestos, los tejidos de punto y los fieltros. El método es aplicable también a las geogrillas, pero en este caso puede ser necesario modificar las dimensiones de las probetas. El ensayo se efectúa sobre un mínimo de cinco probetas, tanto en la dirección de producción como en la dirección transversal a la misma. Se prepara cada probeta de ensayo a un ancho nominal final de 200 mm y de largo suficiente para asegurar 100 mm entre las mordazas. Para vigilar cualquier desplazamiento, se trazan dos líneas que recorren todo el ancho de las superficies de las mordazas de la probeta de ensayo, perpendicularmente a la dimensión del largo y separadas 100 mm. Figura 36. Ensayo de Tracción con probetas anchas. Probeta pos y pre ensayo. Máquina de ensayo trabajando. (36) Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS Producto Dirección de Ensayo Fuerza Máxima (KN) Tensión Máxima (N/m) Deformación Máxima (mm) 71-194 GTX1 GTX2 GTX3 Paralela Transversal Paralela Transversal Paralela Transversal 0,784 0,658 1,125 1,271 1,821 1,621 3920 3291 5624 6086 9103 8103 61,11 68,58 46,69 60,45 46,08 63,23 Tabla 08. Resultados de Tracción en banda ancha para el GTX1, GTX2 Y GTX3. Ensayo de Retención Asfáltica: La capacidad de retención asfáltica de los geotextiles es un factor preponderante a la hora de considerar la adherencia entre capas en que se los intercala. Por su naturaleza, los geotextiles brindan un sustrato para la contención de productos bituminosos. El contenido máximo de ligante asfáltico que puede retener un geotextil, está dado por el embebido y saturación del mismo. La norma Argentina IRAM 78027 (37), emite los lineamientos generales para la determinación de la retención de asfalto sobre geotextiles. Del mismo modo otras normas internacionales la consideran, por mencionar alguna se ha citado la ASTM D 6140 - 00 Standard Test Method to Determine Asphalt Retention of Paving Fabrics Used in Asphalt Paving for Full-Width Applications. El proceso de ensayo considera la extracción de especimenes en dirección paralela a la fabricación del producto y en dirección perpendicular a la misma. Se determinan sus dimensiones y su peso. Las probetas o especimenes, son sumergidos en una bandeja que contiene cemento asfáltico CA – 20 a 135 ºC durante el lapso de 30 minutos. A posterior las muestras son colgadas en la estufa permaneciendo por un lapso de 30 minutos, a la misma temperatura de 135 ºC, con su dimensión mayor en posición vertical. Transcurrido este período las probetas se giran 180 º de su posición precedente y se las mantiene nuevamente colgadas por un período de 30 minutos. Al finalizar, se quitan los excesos de asfalto de los extremos y dejando secar y enfriar se determina su peso con el ligante retenido. Considerando la densidad del cemento asfáltico, el área de las probetas, y los pesos anterior y posterior a la retención de asfalto, se determina la retención asfáltica (R A) en litros por cada metro cuadrado (lt/m2). RA M sat ca Ma 1000 A Ecuación 04. Retención asfáltica. Donde: RA = Retención de asfalto sobre el geotextil [lt/m2] Msat = Masa del geotextil saturado con asfalto = [gr] Ma = Masa del geotextil al aire = [gr] Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS ca 72-194 = Densidad del cemento asfáltico [gr/lt] A = Área de la probeta de geotextil [m2] La siguiente secuencia de fotografías muestra el proceso de ensayo. Figura 37. Espécimen de ensayo (Ma). Figura 38. Inmersión de probetas en asfalto. Figura 39. Probetas colgadas en una dirección. Figura 40. Espécimen de ensayo (Msat). Los valores obtenidos en las determinaciones de retención asfáltica sobre los geotextiles empleados, han sido: Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS Nº de Lab. = PAG013 Fecha = 10/09/2007 Producto = Temp. = 73-194 GTX1 23 H.R.% = Nº Exped. = Nº Laborat. = 63 Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos de la NORMA IRAM 78027: 2007 Dirección de ensayo = Paralela a la fabricación Densidad del cemento asfáltico CA 20 a 21 ºC = Probeta Nº [adim] 1 2 3 4 PROMEDIO Area [cm2] 200,0 200,0 200,0 200,0 200,0 Masa [gr] 2,1 2,5 2,2 3,0 2,5 1000,00 gr/lt Masa Ret [gr] 26,3 28,4 25,4 30,3 27,6 Ra [lt/m2] 1,2 1,3 1,2 1,4 1,3 Dirección de ensayo = Perpendicular a la fabricación Densidad del cemento asfáltico CA 20 a 21 ºC = 1000,00 Probeta Nº [adim] 5 6 7 8 PROMEDIO Area [cm2] 200,0 200,0 200,0 200,0 200,0 Masa [gr] 3,0 2,9 2,4 2,4 2,7 gr/lt Masa Ret [gr] 26,3 26,4 22,8 21,7 24,3 Ra [lt/m2] 1,2 1,2 1,0 1,0 1,1 RA (PROMEDIO EN AMBAS DIRECCIONES) = 1,2 [lt/m2] Tabla 09. Resultados de Retención Asfáltica para el GTX1. Nº de Lab. = PAG009 Fecha = 25/06/2007 Producto = Temp. = GTX2 18 H.R.% = Nº Exped. = Nº Laborat. = 63 Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos de la NORMA IRAM 78027: 2007 Dirección de ensayo = Paralela a la fabricación Densidad del cemento asfáltico CA 20 a 21 ºC = Probeta Nº [adim] 1 2 3 4 PROMEDIO Area [cm2] 200,0 200,0 200,0 200,0 200,0 Masa [gr] 3,1 3,4 3,5 3,3 3,3 1000,00 gr/lt Masa Ret [gr] 36,4 40,2 39,3 36,5 38,1 Ra [lt/m2] 1,7 1,8 1,8 1,7 1,7 Dirección de ensayo = Perpendicular a la fabricación Densidad del cemento asfáltico CA 20 a 21 ºC = 1000,00 Probeta Nº [adim] 5 6 7 8 PROMEDIO Area [cm2] 200,0 200,0 200,0 200,0 200,0 Masa [gr] 3,1 3,5 3,2 3,1 3,2 Masa Ret [gr] 27,0 30,9 28,5 26,3 28,2 RA (PROMEDIO EN AMBAS DIRECCIONES) = gr/lt Ra [lt/m2] 1,2 1,4 1,3 1,2 1,2 1,5 [lt/m2] Tabla 10. Resultados de Retención Asfáltica para el GTX2. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS Nº de Lab. = PAG015 Fecha = 13/09/2007 Producto = Temp. = 74-194 GTX3 20 H.R.% = Nº Exped. = Nº Laborat. = 70 Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos de la NORMA IRAM 78027: 2007 Dirección de ensayo = Paralela a la fabricación Densidad del cemento asfáltico CA 20 a 21 ºC = Probeta Nº [adim] 1 2 3 4 PROMEDIO Area [cm2] 200,0 200,0 200,0 200,0 200,0 Masa [gr] 3,5 3,8 4,1 4,2 3,9 1000,00 gr/lt Masa Ret [gr] 35,0 34,1 37,4 35,6 35,5 Ra [lt/m2] 1,6 1,5 1,7 1,6 1,6 Dirección de ensayo = Perpendicular a la fabricación Densidad del cemento asfáltico CA 20 a 21 ºC = 1000,00 Probeta Nº [adim] 5 6 7 8 PROMEDIO Area [cm2] 200,0 200,0 200,0 200,0 200,0 Masa [gr] 3,9 4,2 3,8 4,1 4,0 Masa Ret [gr] 40,8 40,8 37,4 37,3 39,1 RA (PROMEDIO EN AMBAS DIRECCIONES) = gr/lt Ra [lt/m2] 1,8 1,8 1,7 1,7 1,8 1,7 [lt/m2] Tabla 11 Resultados de Retención Asfáltica para el GTX3 Ahora bien, tomando como base el valor de la retención asfáltica, la cantidad de emulsión necesaria a regar sobre el geotextil para embeberlo debe estar afectada por el porcentaje del residuo asfáltico que contiene dicha emulsión. REA RA Res Ecuación 05. Retención de emulsión asfáltica. Donde: REA = Retención de emulsión asfáltica sobre el geotextil [lt/m2] RA = Retención de asfalto sobre el geotextil [lt/m2] Res = Residuo asfáltico de la emulsión [%] La teoría expresada por Button (1982) propone una dotación de cemento asfáltico como resultante de la sumatoria entre la cantidad de ligante para saturar el geotextil, la cantidad de ligante para corregir imperfecciones de la superficie y una constante, como muestra la ecuación. Dd 0.362 Ds Dc Ecuación 06. Dotación de cemento asfáltico según Button. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 75-194 Donde: Dd = Dotación de ligante según diseño [lt/m2] Ds = Dotación de ligante necesario para lograr la saturación del geotextil [lt/m 2] Dc = Dotación de ligante según las condiciones superficiales (0,05 – 0,59) [lt/m2] La experiencia de diversos autores ha demostrado, sin embargo, que la dotación que mejores resultados provee esta por debajo de la recomendada por Button. (38) 4.4.2 Las Geogrillas seleccionadas para la Evaluación Fundamentados en el estudio bibliográfico y las experiencias prácticas de distintos profesionales se ha decidido estudiar los efectos causados en la adherencia de dos geogrillas, las cuales se diferencian en su estructura y composición. Las Geogrillas son comúnmente empleadas como refuerzos en los pavimentos deteriorados con fisuras o en coincidencia con las juntas existentes que quedarán debajo del refuerzo asfáltico. Su empleo se ve justificado a la gran capacidad de absorber los esfuerzos de tracción que se generan en la fibra inferior de un pavimento deteriorado. Se han seleccionado para los ensayos dos Geogrillas muy utilizadas en éstas funciones, sobre todo se trató de diferenciar aquellas con una estructura abierta, entendiéndose como las que se proveen sin un Geotextil de sostén, y aquellas cerradas que sí poseen el Geotextil que facilita su colocación. A su vez y como es práctica habitual en la faz constructiva, se decidió probar la Geogrilla de malla abierta acompañada por el Geotextil de menos gramaje ensayado con anterioridad GTX1, para ver la incidencia en la adherencia que producen ambos productos combinados. Se presume que las estructuras abiertas, por facilitar el contacto mezcla – mezcla en coincidencia con los huecos de la Geogrilla, podrían tener un mejor comportamiento que las estructuras cerradas. A cada geogrilla se la ha denominado GR1 y GR2 con el objeto de brindarles el anonimato necesario para su tratamiento en el trabajo de investigación. La geogrilla GR1, es una grilla flexible de malla abierta, producida a partir de multiflilamentos continuos de poliéster, con recubrimiento bituminoso, contiene además, un geotextil no-tejido ultra liviano que simplifica los trabajos de instalación, y garantiza una perfecta adherencia de la grilla sin impedir el contacto entre las capas de asfalto; se emplea como refuerzo estructural de pavimentos asfálticos y control del fenómeno de fisuración refleja. La materia prima está constituida por el polímero Poliéster de elevado peso molecular (>25.000) y bajo número de carboxilos (<30), junto con un geotextil no tejido de polipropileno agujado y masa por unidad de área < 50 g/m 2. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 76-194 Figura 41. Estructura de la Geogrilla compuesta con Geotextil. Las principales características de este producto son las que se presentan en la Tabla 12: Propiedad Peso Unitario Unidad gr/m Abertura de malla 2 Valor 330 mm 40 x 40 kN/m 50/50 Deformación a rotura longitudinal / transversal % 12/12 Resistencia con 3% de deformación long / transv % 12/12 Grilla de poliéster ºC 250 Recubrimiento bituminoso ºC 190 Geotextil no tejido ºC 155 Resistencia a la tracción longitudinal / transversal Resistencia a las temperaturas del asfalto Resistencia química A agentes descongelantes A hidrocarburos Adecuada elevada Tabla 12. Cartilla técnica de Geogrilla GR1. La geogrilla GR2, es una geogrilla tejida de poliéster revestida con PVC, indicada para, entre otras aplicaciones, refuerzo de pavimentos. Como se observa en la Figura 43, la geogrilla posee una estructura abierta que permite el vínculo de los materiales tanto subyacentes como superiores. Figura 42. Estructura de la Geogrilla GR2. Las principales características de este producto son las que se presentan en la Tabla 13: Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS Propiedad Peso Unitario 77-194 Unidad gr/m Abertura de malla 2 Valor 304 mm 25 x 25 kN/m 50/50 Deformación a rotura longitudinal / transversal % 11.2/11.2 Resistencia con 2% de deformación long / transv % 9.5/9.5 Resistencia a la tracción longitudinal / transversal Resistencia a las Grilla de poliéster ºC -- temperaturas del asfalto Recubrimiento bituminoso ºC -- Resistencia química A agentes descongelantes A hidrocarburos Adecuada elevada Tabla 13. Cartilla técnica de Geogrilla GR2. Dadas las recomendaciones de los fabricantes y distribuidores de la GR2 se decidió utilizar en los estudios la combinación de la GR2 con el GTX1 embebido en asfalto, de tal manera de generar un Geocompuesto de ejecución in situ. La geogrilla GR2, combinada con un geotextil no tejido, es utilizada como refuerzo en repavimentaciones asfálticas o aplicaciones de carpetas asfálticas sobre pavimentos de hormigón existentes. Por un lado el geotextil no tejido, saturado con asfalto, actúa como membrana impermeable evitando el bombeo de finos mientras que la geogrilla actúa como elemento de refuerzo para evitar la propagación de fisuras a la nueva carpeta asfáltica. Al Geotextil GTX2 se le determinó la retención asfáltica, como se ha descripto con anterioridad. 4.4.2.1 Caracterización de las Geogrillas Seleccionados para la Evaluación Masa por unidad de área: La masa por unidad de superficie se define como ya se indicó en el caso de los Geotextiles. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS Nº de Lab. = PAG017 Fecha = 15/08/2007 Producto = Temp. = 78-194 GR1 22 H.R.% = Nº Exped. = Nº Laborat. = 70 Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos de la NORMA IRAM 78002: 1997 Probeta Nº Area Masa [cm2] [adim] [gr] 1 100,0 3,2923 2 100,0 3,2619 3 100,0 3,2776 4 100,0 3,3293 5 100,0 3,3152 6 100,0 3,3874 7 100,0 3,1541 8 100,0 3,3160 9 100,0 3,4324 10 100,0 3,4449 PROMEDIO 100,0 3,3211 DESVIO ESTÁNDAR COEFICIENTE DE VARIACIÓN A [gr/m2] 329,2 326,2 327,8 332,9 331,5 338,7 315,4 331,6 343,2 344,5 332 8,586 3 Tabla 14. Resultados de Masa por Unidad de Área para el GR1. Figura 43. Determinación de Masa por Unidad de Área en GR1. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS Nº de Lab. = PAG016 Fecha = 15/08/2007 Producto = Temp. = 79-194 GR2 22 H.R.% = Nº Exped. = Nº Laborat. = 70 Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos de la NORMA IRAM 78002: 1997 Probeta Nº Area Masa [cm2] [adim] [gr] 1 100,0 2,9268 2 100,0 2,9208 3 100,0 3,0657 4 100,0 3,1844 5 100,0 3,2193 6 100,0 3,1253 7 100,0 3,0806 8 100,0 3,0416 9 100,0 2,9354 10 100,0 2,9245 PROMEDIO 100,0 3,0424 DESVIO ESTÁNDAR COEFICIENTE DE VARIACIÓN A [gr/m2] 292,7 292,1 306,6 318,4 321,9 312,5 308,1 304,2 293,5 292,5 304 11,246 4 Tabla 15. Resultados de Masa por Unidad de Área para el GR2. Figura 44. Determinación de Masa por Unidad de Área en GR2. A fin de conocer la principal características de las Geogrillas empleadas, se ha efectuado sobre un conjunto de probetas los ensayos de tracción correspondientes, dado que su resistencia es el parámetro característico de estos Geosintéticos. Ensayo de Tracción con probetas anchas: Al igual que en productos Geotextiles, la norma IRAM 78012 (34) es aplicable a Geogrillas, pero en este caso puede ser necesario modificar las dimensiones de las probetas, dado que se debe asegurar que la probeta de ensayo debe contener, como mínimo, una hilera de nudos o elementos transversales, excluyendo los nudos o elementos transversales sujetos en las mordazas. Además, para productos de paso inferior a 75 mm, debe contener, por lo menos, cinco elementos de tracción completos en la dirección del ancho. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 80-194 El ensayo se efectúa sobre un mínimo de cinco probetas, tanto en la dirección de producción como en la dirección transversal a la misma. Se prepara cada probeta de ensayo a un ancho nominal final de 200 mm y de largo suficiente para asegurar 100 mm entre las mordazas. Para vigilar cualquier desplazamiento, se trazan dos líneas que recorren todo el ancho de las superficies de las mordazas de la probeta de ensayo, perpendicularmente a la dimensión del largo y separadas 100 mm. Figura 45. Ensayo de Tracción con probetas anchas en Geogrillas GR1. Probeta pos y pre ensayo. Máquina de ensayo trabajando. Producto Dirección de Ensayo Fuerza Máxima (KN) Tensión Máxima (N/m) Deformación Máxima (mm) GR1 GR2 Paralela Transversal Paralela Transversal 6.043 3.676 3.1876 3.2684 30216 18381 15939 16342 20.38 15.81 15.61 10.11 Tabla 16. Resultados de Tracción en banda ancha para el GR1 y GR2. La máquina de tracción empleada para los ensayos de tracción, es un equipo electromecánico, y posee registro continuo de cargas y deformaciones que se obtiene mediante una interfaz informática. Las siguientes figuras muestran una salida típica del ensayo y del programa de computación. Figura 46. Ensayo de Tracción con probetas anchas en Geogrillas GR2. Probeta pos y pre ensayo. Máquina de ensayo trabajando. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 81-194 Figura 47. Salida del programa del equipo de Tracción. Tracción paralela con probetas anchas sobre GR1. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 82-194 Figura 48. Salida del programa del equipo de Tracción. Tracción perpendicular con probetas anchas sobre GR1. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 83-194 Figura 49. Salida del programa del equipo de Tracción. Tracción paralela con probetas anchas sobre GR2. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS 84-194 Figura 50. Salida del programa del equipo de Tracción. Tracción perpendicular con probetas anchas sobre GR2. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 85-194 5. LA EMULSIÓN COMO RIEGO DE LIGA Las emulsiones asfálticas, desde su aparición por el año 1922, han afianzado su uso en riegos de liga por constituirse en una tecnología “limpia” desde el punto de vista ambiental, en comparación con los asfaltos diluidos. Estos últimos han perdido el mercado por considerarlos contaminantes, debido a la liberación de volátiles de solventes al ambiente. Esta situación, brindó además ventajas de índole técnica, económica, de seguridad en manipulación y ambiental. El Asphalt Institute define a la emulsión asfáltica para uso vial, como aquella “emulsión de betún asfáltico en agua que contiene pequeñas cantidades de agente emulsificante; es un sistema heterogéneo que contiene dos fases normalmente inmiscibles (asfalto y agua), en el que el agua forma la fase continua de la emulsión y la fase discontinua está constituida por pequeños glóbulos de asfalto. Los asfaltos emulsificados pueden ser de tipo aniónico o catiónicos, según el tipo de agente emulsificante empleado.” (39) En el proceso de fabricación, el betún asfáltico es sometido a intensas tensiones de corte interno, mediante un molino coloidal, hasta conseguir que se establezca una dispersión de las micro burbujas de asfalto en agua. Estas micro burbujas tienen una naturaleza hidrófoba (repulsión al agua) que genera fuerzas de atracción entre sí, tendiendo a que se choquen y unan dando lugar al fenómeno de coalescencia por el cual la emulsión se rompe. Este fenómeno se evita mediante la utilización de productos o agentes emulsificantes. (40) La figura que se adjunta reproduce las distintas instancias que posee el proceso de rotura de una emulsión asfáltica. El emulsificante en gotas Floculación: El Coalescencia: El agua Coalescencia: El agua de asfalto impide que se acercamiento de las gotas drena entre las gotas y la atrapada sale fuera del acerquen demasiado de asfalto produce que se tensión superficial se asfalto adhieran rompe, se unen las gotas de asfalto y pueden dejar agua atrapada Figura 51. Etapas en la rotura de una emulsión. (41) Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 5.1 86-194 COMPONENTES DE LAS EMULSIONES Las emulsiones están compuestas por tres elementos primordiales: el ligante asfáltico, el agua y el agente emulsificante. Generalmente las emulsiones asfálticas corrientes contienen del 40% al 70% asfalto, del 0,1% a 2,5% de emulgente, y del 30% a 60% de agua además de algunos otros componentes menores. El agente emulsificante, también llamado emulgente, es gravitante para determinar el tipo de emulsión, y el comportamiento de la misma ante el contacto con los áridos, por lo cual su estudio merece un mayor grado de detalle. Las emulsiones bituminosas se pueden clasificar de acuerdo al signo de la carga de las gotas de asfalto y de acuerdo con su reactividad. Las emulsiones catiónicas son aquellas en donde las gotas se cargan positivamente, y por lo contrario, en las emulsiones aniónicas las gotas de asfalto adquieren carga negativa. Existen otras emulsiones (como las no iónicas) dependiendo del emulsificante, pero estas tienen un uso reducido. Los emulgentes son agentes tensoactivos (surfactantes), que cuando se disuelven en un medio acuoso, modifican su tensión superficial. Los surfactantes poseen, en sus moléculas, una parte no polar lipófila (afinidad con los aceites) y otra parte polar hidrófila (afinidad con el agua) (Figura 52). Las moléculas se concentran en la interfase entre el agua y el asfalto, orientadas con el grupo polar en el agua y las partes no polares de la molécula en el asfalto (Figura 53). La elección y la concentración de emulsionante en gran parte determinan la carga de la gota de asfalto y la reactividad de la emulsión obtenida. CADENA HIDROCARBONADA (AFIN AL ACEITES) GRUPO DE CABEZA (AFIN AL AGUA) ANIÓN (AFIN AL AGUA) Figura 52. Molécula de emulsificante catiónico. (41) Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 87-194 Figura 53. Las cargas positivas se concentran en la gota de asfalto y las cargas negativas quedan en la fase acuosa. (41) Si el emulsificante empleado en la elaboración de la emulsión es iónico o aniónico, las gotas de asfalto quedarán todas cargadas con el mismo signo, positivo o negativo respectivamente. Como todas las gotas de asfalto quedarán cargadas con el mismo signo, existirá una repulsión electroestática que contribuye a su separación manteniendo estable la emulsión e impidiendo su rotura. Los emulsionantes se pueden clasificar en los tipos de tensoactivos aniónicos, catiónicos y no iónicos en función de la carga que cobran en el agua, aunque esta carga también puede depender del pH. Las emulsiones catiónicas son generalmente ácidas, y las emulsiones aniónicas normalmente son alcalinas. Los emulsificantes aniónicos son tensoactivos que se ionizan en solución acuosa para dar origen a iones orgánicos cargados negativamente, que son los responsables de la actividad superficial. Entre los cuales se pueden mencionar: sales alcalinas de ácidos grasos, sales metálicas de ácidos grasos y sales de base orgánica y de ácidos grasos. Las primeras son las de mayor utilización. RCOOH NaOH RCOO- Na H2O forma neutra + álcali = jabón aniónico soluble en agua Ecuación 07. Reacción de un emulsionante aniónico. Como puede verse en la ecuación anterior, algunos emulsificantes aniónicos que son suministrados en forma neutra insolubles en agua, necesitan ser estabilizados con sodio, amoníaco o hidróxido de potasio. (42) Los emulsionantes catiónicos son tensoactivos que se ionizan en solución acuosa y que originan los iones orgánicos cargados positivamente responsables de la actividad superficial. Entre los cuales se pueden mencionar: alquilaminas, alquilamidoaminas, y hetericloclos nitrogenados de Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 88-194 tipo imidazolina. Dichas sustancias pueden actuar solas o combinadas y deben estar presentes en forma de sales. RNH2 HCl RNH3 Clforma neutra + acido = jabón catiónico soluble en agua Ecuación 08. Reacción de un emulsionante catiónico. Como puede verse en la ecuación anterior, algunos emulsificantes catiónicos que son suministrados en forma neutra insolubles en agua, necesitan ser estabilizados con un ácido como el clorhídrico, fosfórico, ascético o sulfúrico antes que su forma catiónica sea generada. (42) El aumento de la concentración de emulsionante disminuye la reactividad de la emulsión. Las emulsiones contienen emulsionantes libres presentes en solución en la fase acuosa. La cantidad del emulsionante libre es un factor muy importante en el proceso de rotura, esencialmente variando su velocidad, en función de su interacción con los áridos. El emulsionante libre es adsorbido más rápidamente por la superficie del agregado que el emulsionante de las partículas de asfalto, retardando la aproximación de la gota de asfalto a la superficie pétrea. Este fenómeno es mayor a mayor concentración de emulsionante. Las emulsiones pueden contener otros elementos en proporciones menores, entre los cuales se puede mencionar: Cloruro de Calcio y Cloruro de Sodio: El cloruro de calcio o cloruro de sodio se incluye en la emulsión en el 0,1% - 0,2% para reducir la ósmosis de agua en el asfalto y reducir al mínimo los cambios en la viscosidad. El cloruro de sodio se utiliza en emulsiones aniónicas. Solventes: Los solventes pueden ser incluidos en la emulsión para mejorar la emulsificación, para reducir el asentamiento, mejorar la tasa de endurecimiento a bajas temperaturas, o para proporcionar la viscosidad de la carpeta después del curado. Las emulsiones pueden contener hasta un 15% de solvente para proporcionar las características de trabajabilidad y estabilidad al almacenamiento durante la vida de las mezclas asfálticas. Las emulsiones utilizadas en el reciclaje también pueden contener solventes. Látex: La modificación con polímeros puede mejorar las propiedades del asfalto en cuanto a la cohesión, la resistencia al agrietamiento a bajas temperaturas, y la resistencia a fluir a altas temperaturas. El látex es una dispersión acuosa de polímero que se adapta particularmente a la modificación de las emulsiones. Los látex pueden ser aniónicos, no iónicos y catiónicos, y es importante que el tipo de látex sea compatible con la emulsión. El EVA (etil vinil acetato), el Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 89-194 látex SBR (estireno butadieno caucho), el policloropreno, y el látex de caucho natural son los comúnmente utilizados en la pavimentación. 5.2 CLASIFICACIÓN DE EMULSIONES POR VELOCIDAD DE ROTURA El asfalto emulsionado deberá volver a su estado de película de asfalto continua con el fin de actuar como ligante de los agregados pétreos que eventualmente pueda estar recubriendo, o de las capas del pavimento si se la emplea como riego de adherencia. En la rotura ocurren los procesos de floculación, coalescencia y eliminación del agua. En el caso de las emulsiones de rotura muy lenta, la evaporación y la absorción del agua por parte de los agregados puede ser el principal desencadenante del proceso de rotura. Sin embargo, en la mayoría de los casos las reacciones químicas entre el agregado y la emulsión generan la fijación de la emulsión, no siendo necesario que toda el agua se evapore antes de que la rotura se lleve a cabo. Las fuerzas electroquímicas que se originan en la reacción de la emulsión con los áridos suelen ser suficiente para eliminar el agua del sistema. La velocidad de estos procesos de colocación y rotura dependen de la reactividad de la emulsión, la reactividad de los agregados, y de los factores ambientales, como temperatura, humedad y velocidad del viento. Generalmente los asfaltos menos viscosos tienden a tener roturas más rápidas. Para tener un orden de magnitud las roturas se pueden dar en pocas horas en el caso de tratamientos superficiales, o varias semanas en el caso de una mezcla densa en frío. Distintas investigaciones sobre los procesos de rotura han demostrado que los factores más importantes son los cambios en el pH causada por la reacción de los áridos con los ácidos en la emulsión, la adsorción de emulsionante libre sobre la superficie total, y la floculación de las gotas de emulsión con los finos. La escala de tiempo relativa de floculación y coalescencia (rotura) depende del sistema, pero en general la floculación es el proceso que se genera más rápido y en el cual se elimina un poco de agua del sistema y se desarrolla algo de fuerza cohesiva, luego le sigue un lento proceso de fusión que da como resultado una fase o película continua de asfalto. Esta fase de asfalto debe adherir a los agregados. La coalescencia es un proceso de inversión de fases, la emulsión asfalto agua se transforma en una de tipo agua asfalto, que lentamente pierde su fase acuosa interna. Este proceso de inversión se ve favorecido cuando la relación de asfalto en agua en el sistema aumenta. Los agregados suelen asumir una carga eléctrica en superficie cuando están en contacto con el agua que depende de la naturaleza de los minerales, el pH y la presencia de sales solubles. Los agregados con alto contenido de sílice tienden a adoptar carga negativa. Por otro lado los Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 90-194 agregados básicos como la piedra caliza pueden adoptar carga positiva. Algunos agregados, como el filler (cal) o el cemento, por su carácter alcalino pueden neutralizar el ácido en las emulsiones catiónicas causando el aumento del pH y la desestabilización de la emulsión. Actualmente las emulsiones se pueden clasificar por su velocidad de rotura en: Emulsiones Aniónicas: Rotura Rápida Rotura Media Rotura Lenta Emulsiones Catiónicas Rotura Rápida Rotura Media Rotura Lenta Superestable La norma IRAM 6691 también contempla las siguientes clasificaciones: Imprimación Rotura Controlada Reciclado en Frío Adición de porcentajes típicos de emulsificante Tipo de Emulsión Emulsificante % pH de la emulsión Tipo de emulsificante Catiónica de rotura rápida 0.15-0.25 2.0-4.0 Grasa diamina Catiónica de rotura media 0.30-0.60 1.5-4.0 Grasa diamina Catiónica de rotura lenta 0.80-2.00 2.0-5.0 Amina cuaternaria Aniónica de rotura rápida 0.20-0.40 10.5-12.0 Resina ácida Aniónica de rotura media 0.40-0.80 10.5-12.0 Resina ácida Aniónica de rotura media 1.20-2.50 7.50-12.0 Lignosulfonato no-iónico Tabla 17. Clasificación de emulsiones y tipos de emulsificantes. La rotura de una emulsión es un proceso complejo, donde intervienen distintos factores en simultáneo. Existen dos mecanismos fundamentales en la rotura de una emulsión los cuales producen la separación de fases y la formación de la película continua de asfalto sobre los agregados pétreos, estos son: Evaporación del agua Reacción fisicoquímica entre el emulsificante y la superficie del agregado pétreo Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 91-194 Dichos mecanismos se producen en forma simultánea pero, en emulsiones aniónicas prevalece la rotura por evaporación, mientras que en emulsiones catiónicas la rotura es promovida en mayor medida por la reacción fisicoquímica. Contacto de la emulsión Adsorción de emulsificantes Electroforésis de partículas Coagulación y distribución con el agregado “libres” sobre la superficie sobre la superficie Figura 54. Etapas en la rotura de una emulsión catiónica. (41) (42) 5.3 LA EMULSIÓN SELECCIONADA PARA LA EVALUACIÓN La elección de la emulsión para cada aplicación es una cuestión de adecuación de la reactividad de la emulsión con la reactividad de los áridos y las condiciones ambientales. (41) Los riegos de liga son ligeras aplicaciones de asfalto que se aplican entre las capas de mezcla asfáltica en caliente que constituyen un paquete estructural. Dichos riegos se aplican con el fin de lograr una buena adherencia y prevenir el deslizamiento de las capas estructurales que se verán sometidas a esfuerzos tangenciales de tránsito y de los cambios climáticos. En la actualidad se están empleando como riego de liga, las emulsiones catiónicas de rotura rápida. La selección de la emulsión catiónica se ve justificada dado que posee mayor afinidad con gran parte de los áridos presentes en los paquetes estructurales de pavimentos que se emplean en nuestra región (agregados silíceos y graníticos). Por otro lado las emulsiones aniónicas no son recomendables, ya que el mecanismo principal que genera la rotura de la emulsión es la evaporación del agua, por lo que presentan comportamientos de rotura de notable lentitud, con fuerte dependencia en las condiciones climáticas y baja adherencia con los agregados pétreos, particularmente con los silíceos. Por otro lado un riego de liga, es una tarea conexa que se ejecuta en un estadio intermedio entre la capa de base negra y la carpeta de rodamiento. El recapado asfáltico, generalmente es empleado en tareas de mantenimiento, donde constructivamente se buscan minimizar los tiempos de intervención para poder habilitar al tránsito cuanto antes los caminos o vías que se Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 92-194 encuentran en reparación. Es allí que las emulsiones de rotura rápida, cobran verdadera importancia, minimizando los tiempos existentes entre la construcción o reparación de la base negra y la nueva construcción de la carpeta de rodamiento. Algunas publicaciones norte americanas, como el “Tack Coat Guidelines” publicado por el Departamento de Transporte de California en el año 2009, aseguran también que las emulsiones catiónicas son menos sensibles al contacto con la humedad y a la temperatura. Por lo antes expuesto, se ha decidido emplear como riego de liga una emulsión asfáltica catiónica de rotura rápida, de reconocida eficiencia y provista por un fabricante de la órbita nacional lo cual la hace accesible a las distintas reparticiones, empresas o entes encargados de ejecutar mantenimiento en caminos en nuestro país. Se recuerda, que la calidad de dicha emulsión no será una variable en la interfase dentro de las determinaciones a ejecutar, siendo el principal factor a evaluar el tipo de geosintético empleado. Para mantener las cualidades constantes de la emulsión, todos los ensayos fueron efectuados con la misma partida del producto, el cual se almacenó en cantidades y condiciones óptimas al inicio de las determinaciones de laboratorio. La norma IRAM 6691 Asfaltos. Emulsiones asfálticas catiónicas convencionales (43), en su Tabla B.1 “Diferentes usos de las emulsiones catiónicas convencionales en construcciones viales” (ver Tabla 18), presenta una recomendación de tipo de emulsión a emplear según el uso que se le dará en obra. Como puede observarse, queda corroborada la decisión de adoptar una emulsión catiónica de rotura rápida como riego de liga. Rotura Rápida Rotura Media Aplicación Riegos de liga, de curado en negro Tratamientos Superficiales CRR-0 CRR-1 A P P A Mezclas en frío abiertas CRR-2 CRM-1 A P CRM-2 A A P A Rotura Rotura Lenta Superestable CRL CRS P A P A P A A A Mezclas en frío almacenables para bacheos Mezclas densas en frío Riegos antipolvo Estabilizaciones de suelos. Grava emulsión Lechadas asfálticas convencionales Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 93-194 A = aconsejable P = Posible Tabla 18. Usos de las emulsiones catiónicas convencionales en construcciones viales. 5.4 CARACTERIZACIÓN DE LA EMULSIÓN EMPLEADA Una vez obtenida la emulsión asfáltica a emplear en los trabajos de investigación en cantidades y condiciones adecuadas, se procedió a su caracterización completa mediante los ensayos de laboratorio fijados por la norma IRAM 6691 Asfaltos. Emulsiones asfálticas catiónicas convencionales (43). Dichos ensayos y los requisitos mínimos a cumplir por los productos quedan expresados en la Tabla 1 “Emulsiones catiónicas: Requisitos de las emulsiones originales”, de la norma mencionada (ver Tabla 19). Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 94-193 Requisitos de las Emulsiones Características Rotura rápida Unidad CRR-0 Viscosidad Saybolt Furol a 25°C 50°C Residuo asfáltico por destilación (*) Hidrocarburos destilables Contenido de agua Asentamiento s g/100g Rotura media CRR-1 CRR-2 CRM-1 Rotura lenta Superestable Imprimación CRL CRS CI CRM-2 Rotura Reciclado controlada en frío de CRC CRF ensayo Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. - 50 - 50 - - 20 - - - - 50 - 50 - 50 - 50 - 35 - - - - 20 - - - 20 - - - - - - - - - - - 57 - 62 - 65 - 60 - 60 - 60 - 60 - 40 - 60 - 60 - ml/100ml - 3 - 3 - 3 - - - 12 - - - - 5 15 - - - - g/100g - 43 - 38 - 35 - 40 - 40 - 40 - 40 - 55 - 40 - 40 g/100g - 5 - 5 - 5 - 5 - 12 - 5 - 5 - 15 - 5 - 10 Resíduo sobre tamiz IRAM 850 g/100g - 0.1 - 0.1 - 0.1 - 0.1 - 0.1 - 0.1 - 0.1 - 0.1 - 0.1 - 0.1 - 80 - 80 - 80 - 30 - - - - - - - - - - - - - g/100g - - - - - - - - - - - 2 - 2 - - - 2 - 2 (**) cemento Mezcla con arena silícea y agua (**) - - - - cumplir el Carga de 6719 IRAM 6719 IRAM 6719 IRAM 6716 6717 y IRAM 6679 IRAM 6718 - - - - - - - - 5.3 - - - 5.3 ensayo - - - - - cálido (**) partículas IRAM Debe Mezcla de lechada asfáltica para clima 6721 5.1 Recubrimiento y Mezcla con IRAM IRAM m resistencia al agua Método - Positiva Debe cumplir el ensayo IRAM 6690 Tabla 19. Emulsiones catiónicas: Requisitos de las emulsiones originales. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 95-193 Requisitos del Residuo asfáltico Características Rotura rápida Unidad CRR-0 Penetración del residuo (*) Ductilidad 0,1 mm CRR-1 Rotura media CRR-2 CRM-1 Rotura lenta Superestable Imprimación CRL CRS CI CRM-2 Rotura Reciclado en controlada frío de CRC CRF ensayo Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. Mín. Máx. 50 200 50 200 50 200 50 200 70 300 50 200 50 200 200 300 50 200 50 200 cm 80 - 80 - 80 - 80 - 50 - 80 - 80 - 40 - 80 - 80 - g/100 g 95 - 95 - 95 - 95 - 95 - 95 - 95 - 95 - 95 - 95 - Solubilidad en 1,1,1 tricloroetano o Oliensis IRAM 6576 IRAM 6579 IRAM 6585 y 5.2 tricloroetileno Ensayo de Método - Negativo IRAM 6594 (*) Las emulsiones convencionales con valores de penetración menores que los establecidos, se designan añadiendo la letra d. Por las condiciones particulares de la obra, se pueden establecer otros valores de penetración en el residuo de las emulsiones. Tabla 20. Emulsiones catiónicas convencionales: Requisitos del residuo de destilación. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 96-193 La Tabla 19 presenta dos llamadas particulares, las cuales se deberán tener en cuenta: (*) El residuo obtenido de acuerdo a la IRAM 6719 se utiliza posteriormente para realizar los ensayos descriptos en la Tabla 20. (**) En el caso que se proyecten tratamientos superficiales y estabilizaciones de arena es aconsejable realizar estos ensayos con el agregado de obra, en condiciones similares a las que existirán en ella, en cuanto a las condiciones de mezclado y climáticas. Como se mencionara en la nota (*), antes transcripta, el residuo asfáltico obtenido debe caracterizarse con los ensayos que se presentan en la Tabla 2 “Emulsiones catiónicas convencionales: Requisitos del residuo de destilación” presente en la norma (ver Tabla 20). 5.4.1 Viscosidad Saybolt Furol a 50 °C La norma IRAM 6721 “Método para la determinación de la viscosidad Saybolt Furol” (44), describe el procedimiento de ensayo que consiste en medir el tiempo de flujo de un volumen dado de emulsión a través de un orificio (Furol) de diámetro normalizado y a una temperatura establecida, que representa una condición de trabajo común. La necesidad de la medida de la viscosidad está ligada al manejo de una emulsión tanto en acopio, bombeo, carga y descarga, como en obra. Por ejemplo: una emulsión para tratamientos superficiales, deberá ser relativamente viscosa, de modo de no producir escurrimientos durante el riego, en cambio para mezclas deberá ser más fluida. Las viscosidades dependen de varios factores, siendo uno de los más importantes la concentración de asfalto, o residuo de la emulsión; además influyen, la concentración de emulsificante, distribución de tamaño de partículas, tipo de cemento asfáltico, presencia o no de fluxantes (estos pueden ser gas oíl, kerosene, etc.) u otras sustancias como gas mineral o espesantes orgánicos. Como se observara en la Tabla 19 las emulsiones catiónicas tienen un rango especificado de viscosidades de hasta 50 segundos Saybolt Furol a 25 °C, excepto la emulsión rápida CRR-2 de alto residuo (mínimo 65%) y la media CRM-2 para la cual se especifica un mínimo de 20 segundos Saybolt Furol a 50 °C. Se efectúo, a la emulsión empleada en los trabajos de la presente tesis, la determinación de la viscosidad a 50 ºC y el resultado obtenido fue de 22 segundos Saybolt Furol. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 97-193 Figura 55. Equipamiento empleado para determinar la viscosidad Saybolt Furol. 5.4.2 Residuo asfáltico por destilación El ensayo que es regido por la norma IRAM 6719 “Método de determinación por destilación del residuo asfáltico y de los hidrocarburos destilables” (45), consta de una destilación simple que permite recoger y medir el agua y los hidrocarburos destilables hasta 260 ºC, temperatura máxima de ensayo. El residuo de destilación es por tanto, el cemento asfáltico base, el cual puede ser sometido a ensayos de caracterización (penetración, ductilidad, Oliensis y solubilidad en 1,1,1 – tricloroetileno). Esta es la única técnica normalizada en el país para la recuperación del asfalto base. El residuo de destilación se calcula por medio de la siguiente ecuación: R (m2 1,5 m1 ) 100 m Ecuación 09. Determinación del residuo asfáltico. Donde: R = Residuo asfáltico [g /100 g] m2 = masa del alambique, sus accesorios y el residuo [g] 1,5 = masa correspondiente a la diferencia en las pesadas entre la del alambique a temperatura ambiente y en caliente (emulsión aproximadamente 260 ºC) [g] m1 = masa del alambique y sus accesorios [g] m = masa de emulsión [g] Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 98-193 A su vez, este ensayo permite determinar los hidrocarburos destilables, mediante el empleo de la siguiente ecuación: H V 100 m Ecuación 10. Determinación de los hidrocarburos destilables. Donde: H = hidrocarburos destilados [ml/100 ml de emulsión asfáltica] V = volumen de hidrocarburos destilados, medido en la probeta [ml] ρ = densidad de la emulsión asfáltica a temperatura ambiente [g/ml] m = masa de emulsión [g] Figura 56. Equipamiento utilizado en determinación del residuo asfáltico por destilación. Para la emulsión empleada en la investigación, la determinación del residuo asfáltico arrojó 62,4 g/100 g de emulsión destilada, mientras que los hidrocarburos destilables han sido de 0,5 ml/100 ml de emulsión asfáltica. 5.4.3 Asentamiento La norma IRAM 6716 “Método de ensayo de asentamiento” (46) define al asentamiento como la “Diferencia entre el contenido de asfalto de la fracción del fondo y de la superior de la emulsión, producida luego de un reposo de 5 días”. El ensayo se realiza por duplicado. Para la realización del mismo, se toman 500 cm3, del material pasante por el IRAM 850 µm (Tamiz Nº 20), se colocan en un tubo de ensayo especial y se deja reposar a temperatura ambiente durante 5 días. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 99-193 Transcurrido el período de reposo, se toman 55 cm 3 de la parte superior en un vaso de precipitado, a este material convenientemente homogeneizado se le determina el residuo asfáltico, según IRAM 6715 “Determinación del residuo asfáltico por determinación de agua”. De la parte inferior se drenan 390 cm3 y se desechan. Se toma el residuo remanente en el tubo y se procede, como se mencionó anteriormente, a determinar el residuo, según IRAM 6715 “Determinación del residuo asfáltico por determinación de agua”. Se calcula el asentamiento con la formula: A B C Ecuación 11. Determinación del asentamiento. Donde: A = asentamiento a los 5 días [g/100 g] B = residuo de la parte superior [g/100 g] C = residuo en la parte inferior [g/100 g] Si A es mayor que cero, se tiene concentración en la parte inferior, si A es menor que cero, se tiene concentración de residuo en la parte superior. Se establece un máximo de 5% para dicha diferencia en el caso de las emulsiones de rotura rápida, lenta, superestable y en el caso de las media, la de nomenclatura CRM - 1. Para el caso de la media, CRM – 2 el máximo es de 12 % y en la de Imprimación 15 %. Este ensayo refleja la estabilidad de la emulsión en el almacenaje. Las variables que influyen son, fundamentalmente la calidad de emulsificación, la temperatura ambiente y la diferencia de densidades entre la fase dispersa (asfalto) y la dispersante (solución acuosa). Como se ha descripto, el ensayo de asentamiento se debe complementar con la determinación del residuo asfáltico por determinación de agua, el cual se describe a continuación: 5.4.3.1 Determinación del residuo asfáltico por determinación de agua IRAM 6715 (47) Consiste en una destilación en presencia de Xileno, recogiéndose el agua y el solvente en una trampa graduada y determinándose el contenido de asfalto en forma indirecta. Para la determinación del mismo el ensayo se basa en las siguientes expresiones: A V 100 m Ecuación 12. Determinación del contenido de agua. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 100-193 Donde: V = volumen de agua contenido en la trampa [cm3] ρ = densidad del agua que, a los efectos de este cálculo, se considera igual a 1 [g/cm3] m = masa de la muestra [g] A = contenido de agua [g/100 g] En forma indirecta y por la siguiente ecuación, se determina el contenido de ligante asfáltico. R 100 A Ecuación 13. Contenido de ligante asfáltico. Donde: R = resíduo asfáltico [g/100 g] A = contenido de agua determinado en la Ecuación 12, [g/100 g] Figura 57. Equipamiento utilizado en determinación del residuo asfáltico por destilación de agua. Para la emulsión empleada en la investigación, la determinación del asentamiento arrojó un valor de 1 g/100 g, mientras que la determinación de agua en promedio fue de 37,5 g/100 g. 5.4.4 Residuo sobre tamiz IRAM 850 m La norma IRAM 6717 “Residuo sobre tamiz IRAM 850 m” (48) define uno de los primeros ensayos que se lleva a cabo sobre la emulsión, puesto que los restantes se efectúan sobre la muestra tamizada. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 101-193 Tomada una muestra de 1000 g, se la acondiciona a una temperatura de 25 ºC ± 5 ºC y se hace pasar a través del tamiz IRAM 850 µm (Tamiz Nº 20), lavando el envase que la contenía y el residuo sobre el tamiz, hasta que la solución de lavado sea limpia. Para el caso de emulsiones catiónicas, como la empleada, la solución puede ser solamente agua. El tamiz con el residuo es llevado a estufa hasta peso constante (Aprox. 100 ºC), y se determina su peso con el cual posteriormente se calcula el residuo con la expresión: R A B 100 m Ecuación 14. Residuo sobre tamiz. Donde: R = Residuo sobre tamiz [g /100 g] A = Masa total del tamiz con el residuo [g] B = Masa del tamiz [g] m = Masa de la muestra de emulsión [g] El límite establecido para este ensayo, independiente del tipo de emulsión es el máximo de 0,1 g /100g. Un exceso de gotas de asfalto de gran tamaño podría causar taponamientos de filtros o picos regadores y, por otro, conspirar con un recubrimiento fino y uniforme de la superficie de los agregados pétreos. Para la emulsión empleada en la investigación, la determinación del residuo sobre tamiz 850 m arrojó un valor de 0,056 g/100 g, cumpliendo con el valor del requerimiento. Figura 58. Tamiz Nº 20 empleado en la determinación del residuo. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 102-193 El resto de los ensayos que se establecen en los requisitos impuestos en la Tabla 19 no se han efectuado por no considerarse indispensables para el uso que se le da a la emulsión en la investigación (riego de liga), no obstante ello se debieran efectuar en tanto y en cuanto la aplicación lo amerite. La determinación de la carga de la partícula, fue efectuada por el fabricante del producto, el cual informó que era “positiva” lo que acredita que se trata de una emulsión catiónica. Sobre el residuo asfáltico obtenido de destilación, se efectuaron algunas determinaciones. 5.4.5 Penetración del residuo La norma IRAM 6576 “Determinación de la penetración utilizando un penetrómetro de aguja” (49) establece el procedimiento para determinar una medida de la consistencia de los asfaltos, como lo es la penetración. La penetración se define como la distancia, expresada en décimas de milímetros, que penetra verticalmente en el material una aguja normalizada en condiciones de carga, tiempo y temperatura. Normalmente el ensayo se realiza a 25 °C durante 5 segundos y una carga móvil total (incluida la aguja) de 100 gramos. Figura 59. Penetrómetro y baño de agua a temperatura controlada. Sobre el residuo asfáltico de la emulsión se estableció la penetración, a 25 ºC, carga móvil de 100 g de peso, durante 5 segundos, la cual arrojó un valor de de 93 décimas de milímetro. 5.4.6 Ductilidad La norma IRAM 6579 “Determinación de la ductilidad” (50) establece el procedimiento para efectuar el ensayo, que consiste en someter una probeta del material bituminoso con forma de Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 103-193 hueso de perro, a un esfuerzo de tracción, en condiciones determinadas de velocidad y temperatura, en un baño de agua de igual densidad. La ductilidad es definida como “alargamiento máximo, expresado en centímetros, que experimenta un asfalto al ser traccionado en condiciones normalizadas”. Si no se hubiese producido rotura al llegar al límite de desplazamiento del aparato, se informa el resultado indicando que la ductilidad es mayor que 110 cm. El ensayo normalmente se realiza a una velocidad de 50 milímetros por minuto y a una temperatura de 25°C. Figura 60. Ductilómetro una vez finalizado el ensayo (foto de archivo). Sobre el residuo asfáltico de la emulsión se estableció la ductilidad a 25 ºC, la cual arrojó valores superiores a los 110 cm. La “Determinación del grado de solubilidad del material asfáltico en tricloroetileno”, que se rige por la norma IRAM 6585 ha sido un ensayo no establecido dentro de las determinaciones efectuadas en la presente investigación, al igual que el “Ensayo de Oliensis (Ensayo de la mancha)” norma IRAM 6594. 5.4.7 Resumen de los ensayos efectuados sobre la emulsión A modo de síntesis se reflejan en las siguientes tablas, los resultados de ensayos obtenidos sobre la emulsión empleada en los trabajos de investigación. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 104-193 Determinación Características Rotura rápida Unidad EMU-01 Viscosidad Saybolt Furol a 25°C 50°C Residuo asfáltico por destilación (*) - s 22 g/100g 62,4 Hidrocarburos destilables ml/100ml 0,5 Contenido de agua g/100g 37,5 Asentamiento g/100g 1 Resíduo sobre tamiz IRAM 850 m g/100g 0,056 - - g/100g - - - - - - Positiva (*) Recubrimiento y resistencia al agua (**) Mezcla con cemento Mezcla con arena silícea y agua (**) Mezcla de lechada asfáltica para clima cálido (**) Carga de partículas (*) valor dado por el fabricante Tabla 21. Resultados obtenidos de la emulsión catiónica empleada. Determinación Características Unidad Rotura rápida RES-01 Penetración 0,1 del residuo mm Ductilidad cm 93 Sup. 110 Solubilidad en 1,1,1 - g/100 tricloroetano o g - tricloroetileno Ensayo de Oliensis - - Tabla 22. Resultados obtenidos del residuo recuperado de la emulsión catiónica empleada. 5.5 APLICACIÓN DE EMULSIONES COMO RIEGOS ASFÁLTICOS La cantidad de ligante asfáltico residual sobre la superficie del pavimento es el factor más importante en la obtención de un vínculo adecuado entre la superficie del pavimento existente y la nueva capa de mezcla en caliente de asfalto. En consecuencia, la tasa de aplicación de una emulsión utilizada como riego de liga deberá basarse en la cantidad deseada del residuo asfáltico estipulado por las Especificaciones Particulares de la obra. Esta diferenciación entre dotación de emulsión y de residuo asfáltico es muy importante tenerla presente y se Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 105-193 recomienda, del mismo modo que se utiliza en la presente Tesis, que en todos los casos sea empleado el término dotación refiriéndose al residuo asfáltico netamente proporcionado. En el caso del empleo de Geosintéticos como elemento inter capa, deberá ser investigada la dotación óptima de riego asfáltico para generar la mayor resistencia de adherencia entre capas. La presente Tesis intenta dar respuesta a este interrogante para los productos Geotextiles empleados. La aplicación de riego de liga debe ser uniforme, sobre toda la superficie que quedará en contacto con el refuerzo. Para lo cual se deberá tener pleno conocimiento del caudal de erogación de la bomba dispersora y un adecuado control de la velocidad de avance del camión regador. El camión regador posee en su parte posterior una barra pulverizadora dónde se alojan las boquillas dispersoras. La altura de la barra dispersora debe ser la adecuada para brindar una correcta y uniforme cobertura de la superficie. Es recomendable obtener riegos con cobertura doble o triple. Como así también es esencial la orientación de las boquillas, las cuales deben permanecer paralelas entre sí y con un ángulo de inclinación que forme aproximadamente 60º o 75º con el eje demarcado por el sentido de avance del camión. Figura 61. Camión regador con ajuste adecuado de la altura de barra pulverizadora. CORRECTO INCORRECTO Figura 62. Orientación de las boquillas dispersoras. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA EMULSIÓN 106-193 ALTURA DE BARRA INCORRECTA h ALTURA DE BARRA CORRECTA - COVERTURA DOBLE 3 2 h ALTURA DE BARRA CORRECTA - COVERTURA TRIPLE Figura 63. Altura de barra pulverizadora. La superficie donde se aplica el riego de liga debe estar perfectamente limpia y firme, con ausencia de polvo, basura, humedad, manchas de combustibles, solventes u otros derrames, y sin desprendimientos. En el caso de ser necesario se deberá barrer la superficie en el momento previo al riego. El procedimiento de barrido podrá ser efectuado por medios manuales o por equipos barredores. En zonas donde la calzada tenga pendientes excesivas, es importante tomar los recaudos necesarios para evitar el escurrimiento del riego que pueda dejar zonas descubiertas o con dotaciones deficientes. En el caso de empleo de Geotextiles, los riesgos de escurrimiento o derrame de la emulsión se pueden ver disminuidos ya que la emulsión en estado líquido quedará atrapada en la estructura conformada por los filamentos del Geotextil. Una vez aplicado un riego de liga, es importante que se evite el tránsito de vehículos sobre él o limitar al mínimo la circulación de las máquinas de obra. Las distintas Especificaciones consultadas recomiendan que la colocación de la capa asfáltica de refuerzo sea efectuada el mismo día de aplicación del riego de liga y de la colocación del Geosintético, si así estaría establecido. En el caso que condiciones extremas impidan este procedimiento, se recomienda en el momento previo a la colocación de la mezcla asfáltica de refuerzo, regar nuevamente aquellas zonas que hayan quedado con defectos de riego. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 107-194 6. LA MEZCLA ASFÁLTICA Las mezclas asfálticas son materiales de probada satisfacción cuando se constituyen en carpetas de rodamiento o bases asfálticas en paquetes estructurales de caminos. La calidad de rodadura brindada, su rápida habilitación al tránsito, y su competitividad económica en relación a otras alternativas tecnológicas disponibles en el mercado, la constituyen en una buena opción a la hora de pavimentar y repavimentar caminos. Figura 64. Rehabilitación de mezcla asfáltica aplicada en caminos. Los pavimentos están constituidos por varias capas superpuestas, lo que comúnmente se denomina paquete estructural, dentro del cual la mezcla asfáltica puede cumplir diversas funciones dependiendo de su ubicación relativa, como pueden ser carpeta de rodadura, o base asfáltica. Tanto en pavimentos nuevos construidos en distintas capas, como en repavimentaciones asfálticas de superficies deterioradas, es sabido que la adherencia lograda entre los distintos sustratos o capas del sistema es de suma importancia. En este sentido las mezclas asfálticas poseen una amigable relación con otros sustratos de naturaleza bituminosa, como ser riegos asfálticos, Geotextiles impregnados en asfaltos, Geogrillas con recubrimientos bituminosos, mastics asfálticos que acompañan Geocompuestos, etc. Las mezclas asfálticas se emplean en la construcción de pavimentos, ya sea en capas de rodadura o en capas inferiores. Su función es transmitir suficientemente las cargas debidas al tránsito a la subrasante para que sean soportadas por ésta, además de proporcionar una superficie de rodamiento cómoda, segura y económica a los usuarios de las vías de comunicación, facilitando la circulación de los vehículos. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 108-194 Figura 65. Distintas capas de un pavimento asfáltico. Se tienen que considerar dos aspectos fundamentales en el diseño y proyecto de un pavimento: La Función Resistente, que determina los materiales y los espesores de las capas que se emplearán en su construcción. La Finalidad, que determina las condiciones de textura y acabado que se deben exigir a las capas superiores del pavimento, para que resulten seguras y confortables. (51) La Comisión Permanente del Asfalto (en adelante CPA) define como mezcla asfáltica en caliente, a la combinación de un ligante asfáltico convencional ó modificado, áridos (incluido filler) y eventualmente aditivos tales como mejoradores de adherencia, fibras, etc., fabricadas en plantas al efecto y colocadas en obra a temperatura muy superior a la ambiente. Las mezclas definidas en las Especificaciones de la CPA, tienen por objeto ser utilizadas como carpetas de rodamiento, capas intermedias y bases tanto en obras de nueva construcción ó como parte de refuerzos estructurales de pavimentos existentes. (52) 6.1 COMPONENTES DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS Las mezclas asfálticas, también reciben el nombre de aglomerados, están formadas por una combinación de agregados pétreos y un ligante hidrocarbonado, de manera que aquellos queden cubiertos por una película continua de éste. Se fabrican en centrales (comúnmente llamadas plantas) fijas o móviles, se transportan después a la obra y allí se extienden y se compactan. (53) La combinación de agregados pétreos está compuesta por los siguientes elementos, los cuales pueden o no estar presentes en mayor o menor medida: Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 109-194 Agregado grueso: la parte del agregado total retenida en el tamiz IRAM 4,75 mm (IRAM 15012). Comercialmente en el ámbito local, estas fracciones de agregados están constituídas principalmente por piedra partida 6:20, 6:12, etc. denominación que hace alusión al tamaño mínimo y máximo de las partículas que componen la fracción. Agregado fino: la parte del agregado total pasante por el tamiz IRAM 4,75 mm. Los agregados finos generalmente están constituidos por, en mayor proporción arenas provenientes de la trituración de rocas comúnmente denominadas 0:6 también en referencia a su tamaño mínimo y máximo, y en menor proporción por arenas silíceas. Relleno mineral: la fracción pasante del tamiz IRAM 0,075 mm, de la mezcla compuesta por los agregados y el relleno mineral de aporte. Relleno mineral de aporte (filler de aporte): se define así a aquellos que puedan incorporarse a la mezcla por separado y que no provengan de la recuperación de los agregados. En el ámbito local generalmente se emplea como filler de aporte la cal comercial. Los agregados pétreos de la mezcla conforman su esqueleto granular, él cual es uno de los principales responsables de obtener adecuadas estabilidades de la mezcla. Las distintas fracciones de agregados van formando un ensamble donde los huecos generados entre partículas de mayor tamaño son rellenados por partículas de tamaño intermedio, y sucesivamente con partículas de menor tamaño. El agregado constituye normalmente entre el 90 % y el 95 % en peso del total de la mezcla, es por ello que en las capas superiores del pavimento la influencia de la calidad de los áridos empleados tienen una vital importancia para lograr una mezcla estable y de buen comportamiento. Figura 66. Distintos esqueletos granulares empleados en mezclas asfálticas. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 110-194 El ligante asfáltico interviene en las mezclas asfálticas en proporciones diferentes según el tipo de formulación, generalmente este valor oscila entre el 3% y el 10 % sobre la masa de los agregados pétreos. Generalmente los asfaltos de mayor empleo son los que se conocen por su antigua clasificación de acuerdo al ensayo de penetración, como aquellos de penetración intermedia (50/60 y 70/100) y actualmente también tienen un uso generalizado los asfaltos modificados.(53) El asfalto, está compuesto primordialmente por moléculas complejas de hidrocarburos, pero también contienen otros átomos, como ser oxígeno, nitrógeno y sulfuro. La principal propiedad que le confiere el asfalto a la mezcla es su adhesividad o poder ligante, mediante el cual se mantienen íntimamente unidas las partículas de agregados. Otra de las propiedades importantes del ligante asfáltico es su impermeabilidad y la resistencia a la mayoría de los ataques químicos que pueden generar los ácidos, álcalis y las sales. Por último, su susceptibilidad térmica, o comportamiento termoplástico marcan su diferencia de comportamiento entre los distintos intervalos térmicos a los cuales puede estar expuesto. Los asfaltos convencionales poseen una elevada viscosidad a baja temperatura, y a medida que son sometidos a temperaturas mayores su viscosidad desciende considerablemente. La combinación de los componentes constitutivos de la mezcla debe ser tal que se logren los requerimientos comunes que se le exigen a las mezclas asfálticas, los cuales son: Suficiente trabajabilidad. (54) Suficiente cantidad de asfalto para asegurar durabilidad. Suficiente estabilidad bajo cargas de tránsito Suficientes vacíos de aire, límite superior para prevenir los daños del clima y límite inferior para dar lugar a la post compactación. Otras propiedades deseables de la mezcla son: 6.2 Flexibilidad Resistencia a la fatiga Stiffness adecuado que presente un óptimo desempeño frente a cargas dinámicas Resistencia al deslizamiento Impermeabilidad TIPOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS Las mezclas asfálticas se emplean en la construcción de pavimentos, ya sea en capas de rodadura o en capas inferiores. Su principal función es transmitir las cargas a la subrasante, Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 111-194 además de proporcionar al usuario comodidad, seguridad y bajos costos de operación en la transitabilidad. En repavimentación las capas asfálticas cumplen una función estructural, pero se ven acrecentadas sus funciones superficiales sobre las anteriores. La capa superior de un pavimento es la que debe proporcionar una superficie de rodadura segura, confortable y estética. Como todas las exigencias deseables para una superficie de rodadura no pueden optimizarse simultáneamente, hay que equilibrar las propiedades contrapuestas para llegar a las soluciones más satisfactorias. Los materiales asfálticos proporcionan superficies continuas y cómodas para la rodadura de los vehículos. No obstante, hay que establecer un balance entre la durabilidad, rugosidad, impermeabilidad, y otras características útiles o imprescindibles para el usuario. Por ejemplo, en regiones frías, se han desarrollado mezclas muy impermeables y ricas en mortero. Si estas mezclas no proporcionan la textura adecuada, se debe recurrir a trabajar sobre su macro textura en forma externa para brindar las condiciones de seguridad necesarias. En las capas de rodadura el uso de agregados de alta calidad y de aditivos se justifica por las solicitaciones a que están sometidas. Actualmente la modificación de los ligantes asfálticos se ha generalizado para caminos importantes persiguiéndose la optimización de la respuesta mecánica y de la durabilidad de la mezcla. Por la misma razón, la calidad de los agregados es absolutamente imprescindible, aunque todo ello suponga un costo mayor para el pavimento. En las Especificaciones de la CPA (edición 2006) se definen, dentro de sus alcances, las siguientes mezclas asfálticas: CAC D 20: Concreto asfáltico convencional denso, tamaño máximo de agregado 19 mm (3/4”). Concreto asfáltico de granulometría continua. CAC S 20: Concreto asfáltico convencional semidenso, tamaño máximo de agregado 19 mm (3/4”). Concreto asfáltico de granulometría continua. CAC G 20: Concreto asfáltico convencional grueso, tamaño máximo de agregado 19 mm (3/4”). Concreto asfáltico de granulometría continua. CAC S 25: Concreto asfáltico convencional semidenso, tamaño máximo de agregado 25 mm (1”). Concreto asfáltico de granulometría continua. CAC G 25: Concreto asfáltico convencional grueso, tamaño máximo de agregado 25 mm (1”). Concreto asfáltico de granulometría continua. CAD 20: Concreto asfáltico drenante, tamaño máximo de agregado 19 mm (3/4”). Concreto asfáltico con alto contenido de vacíos (>20%). La utilización de asfaltos modificados con polímeros es necesaria para su elaboración. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 112-194 SMA 20: Concretos asfáltico tipo SMA (Stone Mastic Asphalt), tamaño máximo de agregado 19 mm (3/4”). Concretos asfálticos en caliente formados por un esqueleto pétreo autoportante y mástic con alto contenido de ligante asfáltico, filler y fibras. Dependiendo de la granulometría del esqueleto granular empleado en la constitución de la mezcla asfáltica, el Pliego General de Especificaciones Técnicas de la Dirección Nacional de Vialidad (DNV), estipula los siguientes 5 tipos de mezclas asfálticas: 6.3 Concreto asfáltico para base Concreto asfáltico para carpeta Suelo calcáreo arena – asfalto Arena – asfalto (gruesa) Arena – asfalto (fina) LA MEZCLA SELECCIONADA PARA LA INVESTIGACIÓN La mezcla asfáltica seleccionada para la investigación ha sido un concreto asfáltico (para carpeta) convencional denso elaborado en caliente. La procedencia de la misma corresponde a una empresa comercial de la región la cual elabora sus mezclas mediante una planta asfáltica fija por pesadas. Dado que la planta asfáltica que proveyó la mezcla elabora pastones de gran tamaño, esto permitió la toma de muestras en suficiente cantidad para llevar a cabo el conjunto de todos los ensayos requeridos en la presente Tesis, como así también la toma de mezcla para acopio en el laboratorio con fines de futuras investigaciones o ensayos. De esta manera la posible variable que puede constituir la mezcla asfáltica empleada fue fijada y considerada como constante para todo el trabajo. La mezcla asfáltica fue extraída de la planta asfáltica en un día normal de producción, con los recaudos necesarios para asegurar su régimen normal de funcionamiento, obteniéndose en la boca de salida de la mezcladora muestras representativas de la mezcla. Dentro de los lineamientos fijados por la CPA, la mezcla puede ser considerada un CAC D-20 Concreto asfáltico convencional denso, tamaño máximo de agregado 19 mm (3/4”), en cambio para la DNV esta mezcla es denominada Concreto asfáltico para carpeta. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 6.4 113-194 CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA EMPLEADA La mezcla seleccionada ha sido caracterizada mediante las exigencias dispuestas en el Pliego de Especificaciones Técnicas Generales de la Dirección Nacional de Vialidad (55), en su edición de 1998. La Sección D VIII de la citada bibliografía, estipula los lineamientos básicos exigibles a Bases y Carpetas de Mezclas preparadas en caliente. Como se puede observar en las planillas y gráficos obtenidos de los ensayos de laboratorio, la granulometría de los áridos recuperados de la mezcla, cumple con los límites impuestos para concretos asfálticos para carpeta. Sobre probetas Marshall, confeccionadas y ensayadas según la norma VN – E9 – 86 Ensayo de Estabilidad y Fluencia por el Método Marshall (56), compactadas con 75 golpes por cara, se obtuvieron: Parámetros de fluencia dentro de los límites tolerables (2,0 – 4,5 mm) Vacíos para carpetas de concreto asfálticos dentro de los límites tolerables (3 – 5 %) Relación Betún - Vacíos para carpetas dentro de los límites tolerables (70 – 80 %) Estabilidad para carpeta superior al límite tolerable (800 kg) Relación Estabilidad – Fluencia dentro de los límites tolerables (2100 – 4000 kg/cm) Figura 67. Equipamiento empleado para el moldeo Marshall y confección de probetas para caracterización. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 114-194 Figura 68. Compactador Marshall y equipo para desmolde de probetas. Figura 69. Determinación del peso al aire y peso sumergido de probetas Marshall. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 115-194 Figura 70. Inmersión en baño de agua termostatizado a 60º C durante 40 minutos y Ensayo Marshall. Luego, mediante recuperación estipulada en el procedimiento VN – E69 – 78 Determinación del Contenido de Asfalto en Mezclas en caliente por el Método de Centrifuga (57) y complementariamente efectuando una recuperación de finos mediante centrífuga de vasos, se determinó que la mezcla poseía un porcentaje de cemento asfáltico del orden de 4,6 %, y con los agregados recuperados se procedió a establecer la curva granulométrica de la estructura granular. Figura 71. Disgregado de Mezcla y cuarteo para Densidad Rice y Recuperación. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 116-194 Figura 72. Determinación de Densidad Rice. Figura 73. Determinación del contenido de asfalto en mezclas en caliente por el Método de centrífuga y recuperación de finos mediante centrífuga de vasos. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 117-194 Figura 74. Granulometría vía húmeda y vía seca de áridos recuperados. Los resultados obtenidos se vuelcan en la tabla y la figura que se presentan a continuación. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 118-194 Estabilidad y Fluencia Nº de Lab. = Fecha = Aro = 3 LEMaC / UTN - FRLP Material = Mezcla asfáltica en caliente (convencional) inf. Nº Exped. = Hora de inmersion = 1h 24h inf. Nº Laborat. = Cte. = 8,595 Energia de compactación = 50 Tn 75 Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos de la NORMA VN - E9 - 86 Nº de Probeta Peso en aire grs. Peso sumerg. grs. 1 2 3 4 5 6 - 1179,0 1183,0 1178,0 1189,0 1192,0 1187,0 - 691,0 690,0 689,0 694,0 696,0 694,0 - Volumen Densidad cm 3 488,0 493,0 489,0 495,0 496,0 491,0 - grs./cm 2,416 2,400 2,409 2,402 2,403 2,418 - 3 Estabilidad Relacion Fluencia corregida Est/Fluen fact corr kg. mm kg/cm Estabilidad lectura 140 127 133 126 129 135 - 1,09 1,09 1,09 1,09 1,04 1,09 - Densidad Rice = Dr 1312 1190 1246 1180 1153 1265 1224 3,6 3,2 3,1 3,5 3,9 3,7 3,5 Vacios % 3643 3718 4019 3373 2957 3418 3521 3,7 4,3 3,9 4,2 4,2 3,6 4,0 Densidad Marshall Promedio = Dm Muestra Nº = Densidad K = Peso de frasco + k P1 = Peso de muestra P2 = Peso de frasco + k + muestra P3 = Peso de muestra sumergida P4=P3-P1 = Volumen de muestra (P2 - P4)/Dk = Densidad max = Dr = Dr Promedio = 2,408 Ensayo 1 Ensayo 2 1 2 1,000 1,000 3451 3451 1584 1153 4405 4143 954 692 630 461 2,514 2,501 2,508 Vacíos Promedio = Vm 4,0 Vacíos agregado mineral % Recuperación de betun / VN - E69 - 78 (%) C.A. 15,0 Ensayo 1 Ensayo 2 1 2 1378 1249 1318 1189 4,4 4,8 4,6 Muestra Nº = Peso de muestra P1 = Peso de pétreos P2 = % de Asfalto = (P1-P2)*100/P1 = % de Asfalto Promedio = Relación Betún / Vacío 73,5 Análisis granulométrico de los agregados recuperados Factores de correcc. por volumen 444 457 471 483 496 509 523 536 547 560 574 586 456 470 482 495 508 522 535 546 559 573 585 598 1,25 1,19 1,14 1,09 1,04 1,00 0,96 0,93 0,89 0,86 0,83 0,81 Tamiz 1" 3/4" 1/2" 3/8" Nº 4 Nº 8 Nº 10 Nº 16 Nº 30 Nº 40 Nº 50 Nº 80 Nº 100 Nº 200 Fondo P.R.A. 0,0 0,0 209,6 % R.A. 0,0 0,0 15,2 588,8 42,7 0,0 58,4 0,0 0,0 75,4 0,0 84,4 0,0 90,2 99,4 805,4 1039,4 1163,0 1243,0 1370,0 Lim. Inf. 100 100 70 % Pasa 100,0 100,0 84,8 Lim. Sup. 100 100 90 57,3 32 55 41,6 24,6 15,6 4 9,8 0,6 10 Tabla 23. Resultados obtenidos de caracterización de la mezcla asfáltica. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LA MEZCLA ASFÁLTICA 119-194 Análisis granulométrico de los materiales pétreos recuperados Lim. Inf. DNV Lim. Sup. DNV Curva Material Recuperado Lim. Inf. CPA Lim. Sup. CPA 100 90 80 70 % Pasa 60 50 40 30 20 10 0 1 10 100 1000 Abertura de Malla 10000 100000 LEMaC / UTN - FRLP Figura 75. Curva granulométrica de los áridos recuperados. La curva granulométrica obtenida de los áridos recuperados, presenta una buena integración entre los límites impuestos en el Pliego de Especificaciones Técnicas Generales de la Dirección Nacional de Vialidad (55), en cambio entre los husos granulométricos impuestos por la CPA en sus Especificaciones Técnicas de Mezclas Asfálticas en Caliente (52) para un CAC D-20 hay leves diferencias. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL DESARROLLO DEL EQUIPAMIENTO 120-194 7. EL DESARROLLO DEL EQUIPAMIENTO Como se culminara en el Capitulo 3 de la presente Tesis, se ha optado por llevar adelante las investigaciones en base a las determinaciones efectuadas por el Ensayo de corte LCB. El principio de ese ensayo, por ser un corte debido a un esfuerzo de flexión con carga centrada, puede satisfacerse con el común de los instrumentales, en especial prensas que permitan desarrollar compresiones, presentes en los laboratorios viales. La prensa, sumada al sistema de apoyo y el registro de cargas y deformaciones, constituyen los principales elementos del equipamiento necesario para la ejecución del ensayo, por lo cual se tratarán en distintos apartados. Los lineamientos del Ensayo de corte LCB, con que se han basado las investigaciones, se encuentran publicados en la ponencia del XI Congreso Ibero Latinoamericano del Asfalto (CILA) “Ensayo de corte LCB para la medida de la adherencia entre las capas asfálticas” (9), como así también en la patente de invención “Procedimiento de ensayo de corte para la evaluación de la unión entre capas proporcionada por los riegos de adherencia” (58). Al finalizar la redacción de la Tesis, el CEDEX ha reglado por la norma “NLT-382/08 Evaluación de la adherencia entre capas de firme, mediante ensayo de corte” (Dispositivo B) (59) un ensayo muy similar al LCB con una variante en la velocidad de carga, la cual pasa de 1,27 mm/min a 2,5 mm/min, con lo cual también se ha constituido en una bibliografía importante de consulta. Como fuera expuesto en el inciso 3.1.6, el Ensayo de corte LCB mide la resistencia a las tensiones tangenciales provocadas por la aplicación de una fuerza cortante en el plano de debilidad o unión entre dos capas de un pavimento. La aplicación de las cargas se puede materializar mediante el empleo de una prensa Marshall convencional y un sistema de apoyos tal que la probeta quede como una viga simplemente apoyada en dos puntos. Para generar el esfuerzo cortante en el plano a evaluar, uno de los apoyos debe ser coincidente con éste. La mencionada prensa es una máquina con velocidad de avance controlada, la cual se ha modificado para llevarla a 1,27 mm/min. Este equipo se ha difundido en la mayoría de las reparticiones viales, por lo que, su adaptación para la concreción de los ensayos del tipo LCB es de fácil adopción para la mayoría de las citadas instituciones. La temperatura ambiente es un factor influyente en estas determinaciones, es recomendable efectuar ensayos con temperaturas del orden de los 20 ºC a 25 ºC; pudiéndose implementar el mismo con el embebido o sin el embebido de las muestras en agua. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL DESARROLLO DEL EQUIPAMIENTO 121-194 Figura 76. Esquema de ensayo LCB y distribución de cargas. 7.1 LA PRENSA MARSHALL Y SU ADAPTACIÓN La Prensa Marshall disponible en el Centro de Investigaciones Viales LEMaC presentaba dos dificultades principales a la hora de ser utilizada como elemento de aplicación de carga. La primera dificultad residía en un problema físico de espacio y recorrido, dado que el pórtico de la prensa tenía una altura de columnas que impedía la colocación de la celda de carga, la placa de aplicación de cargas, la probeta de ensayo en sus mordazas, y la placa de apoyo. Por lo cual, la primera intervención que sufrió la prensa fue el reemplazo de sus columnas por unas que superaban su altura original en 50 mm más. A su vez, fue aprovechada la intervención para alargar el recorrido útil de la prensa, que en su versión original alcanzaba 50 mm y fue llevado a un recorrido total útil de 100 mm, mediante el alargue del tornillo helicoidal que produce los desplazamientos verticales de la placa de apoyo. La segunda dificultad y de gran relevancia para la ejecución del Ensayo de corte LCB, fue la velocidad de avance, dado que la prensa Marshall convencional con accionamiento eléctrico posee de fábrica una velocidad de avance constante e igual a 50,8 mm/min ± 0,5 mm/min. La necesidad de variación de esta velocidad automatizada hasta 1,27 mm/min como requiere el ensayo, necesitó el diseño y adquisición de un moto reductor capaz de llevar los 0,0685 mm/vuelta (equivalentes al avance de 50,8 mm/min de la prensa Marshall) a 1,27 mm/min. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL DESARROLLO DEL EQUIPAMIENTO 122-194 La relación entre estos dos parámetros da una resultante de 18,6 vueltas/min. La reducción necesaria para un motor de 1450 vueltas/min da como resultado 78,2; como queda expuesto en la Ecuación 15. 1.27mm / min 18.54vuelta / min 0.0685mm / vuelta 1450vuelta / min 78.2 18.54vuelta / min Ecuación 15. Relaciones para el cálculo de las reducciones. Finalmente se adquirió un moto reductor de velocidad a sin fin, modelo RMI50 con una relación de transmisión 1:80 con motor eléctrico incorporado de ¼ HP y 1450 vuelta/min, trifásico y blindado. En la salida del moto reductor fue necesario implementar un acople que encastre con el engranaje de la prensa Marshall, y de esa manera transmitir las revoluciones y el torque necesario. VISTA FRONTAL CELDA DE CARGA PORTICO MARSHALL MOLDE PLACA DE APOYO MOTO REDUCTOR Figura 77. Vista frontal de la Máquina para el ensayo de corte por flexión LCB. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL DESARROLLO DEL EQUIPAMIENTO 123-194 VISTA LATERAL PLACA DE CARGA CELDA DE CARGA LVDT SOPORTE PARA LVDT MOLDE PLACA DE APOYO SEMIPROBETA INFERIOR SEMIPROBETA SUPERIOR MOTO REDUCTOR Figura 78. Vista lateral de la Máquina para el ensayo de corte por flexión LCB. Figura 79. Moto reductor adquirido para automatización de velocidad de avance de prensa Marshall. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL DESARROLLO DEL EQUIPAMIENTO 7.2 124-194 EL SISTEMA DE APOYOS Y LAS MORDAZAS El sistema de apoyos es un elemento primordial para el ensayo dado que la verdadera solicitación actuante sobre el plano de debilidad a evaluar es generada por la reacción en el apoyo, como puede observarse en la figura 13. Además el sistema de apoyos, debería ser tal que la probeta o núcleo calado, que son de forma cilíndrica calcen justo y de manera centrada en los apoyos, para obtener así el sentido normal adecuado entre el eje axial de la probeta y la placa de carga. Es entonces que se ha diseñado ad-hoc una placa metálica conformada en forma de “C”, a la cual se soldó en su parte inferior un anillo metálico a los efectos de que éste calce en forma perfecta en la placa circular con que viene provista la prensa Marshall de fábrica. De esta manera la placa de apoyo queda fija y centrada, impidiéndose su movimiento en el transcurso del ensayo. Por otro lado en la parte superior de la placa de apoyo se soldaron dos “orejas”, o apoyos propiamente dichos en forma de “V” en las cuales se asienta la probeta o núcleo calado del pavimento. La forma de “V” propicia el autocentrado de la probeta a la hora de su colocación en la máquina de ensayo, y además tiene la ventaja sobre la forma “media caña” de permitir el alojamiento de probetas y/o núcleos calados de diferentes diámetros. La distancia entre los apoyos en forma de “V” se ha establecido en 155 mm. Figura 80. Sistema de apoyo para encastre en prensa Marshall. El conjunto de elementos metálicos confeccionados para esta investigación se complementó con, tres moldes metálicos para confección de probetas, bases bajas o normales para moldes, bases altas para moldes, collares o sobre moldes, mordazas del tipo media caña, tocho metálico para semi desmolde o desmolde completo de las probetas, anillo para desmolde de probetas. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL DESARROLLO DEL EQUIPAMIENTO 125-194 De los elementos mencionados con anterioridad, merecen especial atención las mordazas tipo media caña. Ellas han sido diseñadas con el diámetro interno adecuado para alojar las probetas de ensayo y además con dos orejas rectangulares que poseen dos perforaciones lo que permite ajustar la media caña complementaria mediante el ajuste de tornillos, para de esa manera poder dejar enfundad una probeta o núcleo calado del pavimento lista a ser ensayada. Figura 81. Esquema de moldes, sobre moldes y bases empleadas en el moldeo de probetas y ensayo. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL DESARROLLO DEL EQUIPAMIENTO 126-194 Figura 82. Esquema de mordazas media caña empleadas en el ensayo. 7.3 EL REGISTRO DE CARGAS Y DEFORMACIONES Si bien las primeras determinaciones efectuadas a nivel experimental fueron realizadas con aros dinamométricos para la medición de cargas y flexímetros para el registro de deformaciones o desplazamientos entre sustratos, fue necesario interferir los elementos de medición para poder colectar los datos de cada determinación en los distintos estadios de la misma. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL DESARROLLO DEL EQUIPAMIENTO 127-194 La información de carga y deformación en cada instante del ensayo, permite la confección de las curvas Tensión vs. Deformación, y las curvas Carga vs. Deformación las que permiten determinar el Trabajo absorbido por el espécimen de ensayo como el área debajo de la curva, al cuál también algunos autores suelen llamarle energía de deformación. El registro de cargas se efectúa mediante la transmisión de datos de una Celda de Carga a una computadora. La medición de las deformaciones se efectúa por medio de un LVDT (linear variable differential transformer, transformador usado para medir desplazamientos lineales). Esta incorporación tecnológica permite tener un registro continuo de cargas y deformaciones que transmitido a una computadora y procesados mediante los programas apropiados, consigue obtener la curva carga vs. deformación de los ensayos. La Celda de Carga empleada ha sido de origen nacional del tipo “S”, modelo CZC-10000, con capacidad de carga de hasta 10 Tn, capaz de trabajar con precisión en un rango de temperaturas deseables de -10 ºC a 40 ºC, la cual posee las especificaciones presentes en la siguiente tabla: Datos Generales Tensión máxima de excitación (V): 15 Rango compensado de temperatura (ºC): -10 a 40 Alinealidad (% C.N.): 0.03 Histéresis (% C.N.): 0.02 Repetibilidad (% C.N.): 0.02 Creep (% C.N. en 20’): 0.03 Longitud de cable (m): 5 Sobrecarga admisible (% C.N.): 150 Carga límite (% C.N.): 300 Corr. cero por temp. (% C.N./ºC): 0.003 Corr. de sens. por temp. (% C.N./ºC): 0.0015 Datos Individuales Modelo: CZC-10000 Capacidad (kg): 10000 Impedancia de Entrada (Ohm): 391.3 Impedancia de Salida (Ohm): 351.2 Resistencia de Aislación (MOhm): 18780 Sensibilidad (mV/V): 2.3069 Balance de Cero (mV/V): 0.024 Tabla 24. Especificaciones generales e individuales de la celda utilizada. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL DESARROLLO DEL EQUIPAMIENTO 128-194 El LVDT empleado, modelo DG/2.5 es de origen inglés, también se lo conoce como transductor de desplazamientos y su rango de medición es de ± 2,5 mm lo que le permite tener un recorrido total de 5,0 mm. En la siguiente tabla se presentan las especificaciones del instrumental: Especificaciones Rango de calibración (mm): ± 2.5 Recorrido hacia afuera desde el cero (mm): 2.65± 0.05 Recorrido hacia adentro desde el cero (mm): 3.35± 0.20 Rango de resorte (g/mm): 13 Fuerza del resorte en el cero eléctrico (g): 90 Diámetro de la punta (mm): 3 Configuración: Calibrado: Rango de tensión de energización: Corriente de excitación: LVDT 10V dc en 20 kΩ 10-24V dc estabilizado 10mA @ 10V dc Sensibilidad: 750mV/mm @ 10V Repetitividad: < 0.15 µm Rango de temperatura (ºC): -20 a 80 Corr. cero por temp. (% F.S./ºC): 0.01 Corr. de sens. por temp. (% F.S./ºC): 0.02 Dinámica de la frecuencia de atenuación de -3 dB (Hz) 75 Tiempo de respuesta constante (ms) 3 Tabla 25. Especificaciones generales e individuales de la celda utilizada. Las señales emitidas, tanto por la celda de carga como por el LVDT, son recibidas por una unidad receptora que se ha denominado Terminal emisora de señales Bluetooth, diseñada adhoc por un grupo de investigadores especializados en electrónica dentro de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de La Plata. Dicha unidad traduce y a su vez reenvía, mediante señales de Bluetooth, los valores obtenidos. Esta Terminal emisora se aloja en correspondencia con la prensa de ensayo, por lo que se recomienda sea blindada o protegida con una carcasa adecuada. Las señales emitidas por la Terminal emisora de señales Bluetooth, son captadas y recibidas por una llave Bluetooth receptora que se conecta a un puerto USB de una computadora portátil, donde esté instalado el programa de ensayo “UTN LEMaC LCB”. El programa de ensayo “UTN LEMaC LCB”, también ha sido diseñado ad-hoc para la presente Tesis y su desarrollo ha sido en conjunto entre los profesionales del LEMaC y el grupo de Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL DESARROLLO DEL EQUIPAMIENTO 129-194 investigadores especializados en electrónica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de La Plata. El programa permite: Recibir la información de la llave Bluetooth Calibrar el instrumental Visualizar en tiempo real los valores de carga y deformación a cada instante del ensayo Visualizar en tiempo real la curva tensión vs. deformación del ensayo Almacenar a intervalos infinitesimales de tiempo la carga y deformación del ensayo Arrojar como salida un archivo de texto con la información almacenada Figura 83. Visualización del programa de ensayo “UTN LEMaC LCB”. La salida del programa en archivo de texto permite manejar la información de manera confiable, sencilla y ligera, la cual puede transportarse a una planilla de cálculo para trabajar sobre la misma y depurarla para obtener los informes o reportes de ensayos necesario. Figura 84. Equipamiento de ensayo montado. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 130-194 8. EL MOLDEO EXPERIMENTAL MOLDEO DE PROBETAS DOBLE MARSHALL PARA EVALUACIÓN DE LA ADHERENCIA ENTRE CAPAS Las probetas necesarias para efectuar los ensayos de adherencia entre capas mediante el método LCB, poseen una conformación especial dado que representan el sistema o solución aplicada en obra, compuesto por una sucesión de capas estructurales. Su geometría y constitución generó la necesidad de determinar qué método de compactación sea el empleado en el moldeo de las futuras probetas de ensayo, de esta manera se normalizó el procedimiento para hacerlo representativo y asegurar su repetibilidad. La energía de compactación brindada al sistema de capas estructurales que conforman a un ejemplar fue uno de los parámetros gravitantes arribados en esta etapa del trabajo. 8.1. ECUACIÓN DE ENERGÍA DE COMPACTACIÓN La energía de compactación específica se ha descripto por diversos autores mediante la siguiente ecuación: Ec Pesodelpis ón[kg] Nrodecapas Nro deg olpes Altura[cm] Volumen[cm 3 ] Ecuación 16. Energía de compactación aplicada sobre probetas. Donde los factores gravitantes han sido, el peso del pisón de compactación, el número de capas con que se confecciona el espécimen de ensayo, el número de golpes dado en cada una de esas capas y la altura de caída del pisón. Relacionando estos factores con el volumen de probeta obtenido, se halla la energía por unidad de volumen, o energía específica de compactación. Si bien esta expresión ha surgido por los estudios en el campo de la mecánica de suelos, de la mano de su precursor R. R. Proctor, la misma puede ser extrapolada a distintos ámbitos de materiales, dentro de los cuales podemos situar a las mezclas asfálticas. 8.2. DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA DE COMPACTACIÓN EN EL MOLDEO DE PROBETAS DOBLE MARSHALL La Dirección Nacional de Vialidad, en su norma VN – E9 – 86 estipula los lineamientos básicos para la confección de probetas Marshall para su ensayo a la estabilidad y fluencia (56). Entre los requisitos fundamentales a cumplir, se encuentran, el peso del pisón de compactación (4,54 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 131-194 kg), la altura de caída del mismo (457 mm) y las dimensiones de la probeta terminada (101,6 mm de diámetro y 63,5 mm ± 3 mm de altura). Siguiendo las instrucciones de esta norma se han confeccionado probetas patrones, compactadas con 75 golpes por cara llegando a aplicar una energía de compactación específica de 60,45 kg cm/cm3, resultante de la ecuación 16. El método de ensayo de adherencia LCB (Laboratorio de Caminos de Barcelona) requiere la confección de probetas doble Marshall. Es decir, de igual diámetro (101,6 mm) y de altura próxima a los 127 mm. Estas probetas pueden ser confeccionadas de diversas maneras según los distintos autores. (9) (7) (60) Dichos investigadores no han mostrado con exactitud los fundamentos por los cuales confeccionaron sus probetas con determinada energía de compactación. Además, los distintos criterios en los trabajos citados, no seguían los mismos lineamientos en cuanto a compactación se refiere. Por lo que, se ha decidido conseguir una metodología de moldeo avalada por la teoría de energía de compactación y por la práctica de laboratorio. Con el objeto de confeccionar probetas de altura y volumen doble a los obtenidos con probetas Marshall convencionales de 75 golpes, pero con densidades próximas a la probeta patrón, se ha procedido a la confección de probetas dobles siguiendo los siguientes objetivos: Obtener densidades próximas a las arrojadas por la probeta patrón de 75 golpes por cara. Obtener dimensiones dentro de las tolerancias admisibles. Lograr una metodología de confección de probetas simple y reproducible. Lograr un grado de densificación homogéneo en toda la altura de la probeta. Tener en cuenta la sobre compactación sufrida por la semi probeta inferior debido a la compactación de la semi probeta superior. Teniendo como guía el primero de los objetivos, se ha trabajado en lograr la misma energía de compactación específica, por la cual se ha ida variando la ecuación 16 adaptándola a probetas confeccionadas en dos capas. Debido a la complejidad en que se incurre al querer compactar probetas doble Marshall, aplicando golpes en cada cara, es que se ha decido aplicar los golpes en cada semi probeta de manera directa sobre una sola de las caras. Para cada una de las ecuaciones propuestas se han confeccionado programas “SOLVER” dentro de planillas “EXCEL”. La programación consta en efectuar una serie de iteraciones que arriban a Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 132-194 la cantidad de golpes a ser aplicados en cada capa de la probeta, para brindar una energía de compactación específica (60,45 kg cm/cm3) coincidente a la dada en probetas Marshall convencionales de 75 golpes por cara. Estos programas hacen fluctuar algunas de las variables independientes de la ecuación propuesta (en el caso de estudio la variable fluctuante ha sido el número de golpes por capa), teniendo como objetivo a la variable resultante o variable dependiente (energía de compactación específica) y basándose en ciertas restricciones a tener en cuenta al momento de iterar las variables fluctuantes (el número de golpes sea un número entero y positivo, el número de golpes de la semi probeta superior sea mayor al número de golpes de la semi probeta inferior). En cuanto a las variables independientes fluctuantes (número de golpes), vale considerar la importancia de los valores semillas que ellas adquieran al iniciar la iteración. (61) Se reconoce como valor semilla, a aquel que cuantifica a la variable a iterar en el comienzo del proceso iterativo, el mismo puede influenciar de manera apreciable los resultados obtenidos mediante las técnicas del “SOLVER”. Cada una de las ecuaciones de energía de compactación propuesta ha arrojado distintos resultados en el número de golpes a ser dado en cada semi probeta, ello además ha variado en función de los valores semillas introducidos. Por lo que fue necesario contrastar los resultados obtenidos de manera teórica con moldeo experimental de probetas doble Marshall y determinaciones de densidades en forma práctica. Del proceso práctico se han obtenido interesantes conclusiones que han ayudado a la obtención o aproximación de los objetivos previamente planteados y que se verán reflejados en el inciso 8.4 “METODOLOGÍA DE COMPACTACIÓN EMPLEADA EN LA CONFECCIÓN DE PROBETAS DOBLE MARSHALL”. La ecuación de energía de compactación específica a la cual se ha arribado desde la teoría y que condice sus resultados con la práctica del moldeo experimental, ha sido: Ec Pesodelpisón[kg ].Nrodecapas.Nro deg olpes1.Altura[cm] Pesodelpisón[kg ].Nrodecapas.Nro deg olpes2 . Altura[cm] Volumen1[cm3 ] Volumen2 [cm3 ] Ecuación 17. Energía de compactación aplicada sobre probetas doble Marshall. Donde: Ec = Energía de compactación específica a la que se desea arribar = 60,45 [kg cm/cm3] Pesodelpisón = Peso del pisón de compactación Marshall = 4,54 [kg] Nrodecapas = Número de capas por cada semi probeta = 1 [adim] Nrodecgolpes1 = Número de golpes sobre la semi probeta 1 = RESULTANTE DE LA ITERACIÓN Nrodecgolpes2 = Número de golpes sobre la semi probeta 2 = RESULTANTE DE LA ITERACIÓN Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 133-194 Altura = Altura de caída del pisón de compactación Marshall = 45,70 [cm] Volumen1 = Volumen de la semi probeta 1 = 514,82 [cm3] Volumen2 = Volumen de la semi probeta 2 = 514,82 [cm3] El primer término del numerador de la ecuación 17, corresponde a la compactación de la semi probeta inferior; y el segundo termino a la energía específica de la semi probeta superior. 8.3. RESULTADOS OBTENIDOS EN EL MOLDEO DE PROBETAS DOBLE MARSHALL Como consecuencia de la búsqueda de la energía de compactación específica coincidente con los 60,45 kg cm/cm3 se han confeccionado siete grupos de probetas los cuales se numeraron con la serie PAG001/PAG007. Cada grupo de probeta se constituyó por, una probeta patrón Marshall de 75 golpes por cara, una probeta doble con energía de compactación específica equivalente y con igual número de golpes en cada semi probeta, y una probeta doble con energía de compactación específica equivalente y con número de golpes en la semi probeta superior mayor al de la semi probeta inferior. La probeta patrón Marshall de 75 golpes por cara, se ha confeccionado al solo efecto de ser un blanco o patrón en donde comparar las densidades obtenidas en las probetas doble Marshall. El moldeo del tercer tipo de probeta vio justificada su concepción en la búsqueda de la homogeneidad de compactación a lo largo de la altura de la probeta. La semi probeta inferior actúa como sustento de la semi probeta superior, por lo que, al ser compactada la semi probeta superior se verá re densificada la semi probeta inferior. Como corolario de esta situación se ha decidido la confección de una probeta donde la compactación de la semi probeta inferior en principio sea menor a la compactación de la semi probeta superior, la que aportará en pequeña proporción, una sobre compactación a la semi probeta inferior completándose la densidad requerida. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 134-194 Figura 85. Condición de moldeo de la semi probeta Figura 86. Condición de moldeo de la semi probeta inferior sobre base alta superior sobre semi probeta inferior Las tablas y fotos que a continuación se muestran representan los resultados obtenidos en laboratorio. FECHA: MATERIAL: M. ASF. Nº DE PROBETA NUMERO DE LABORATORIO PAG001 19/04/2007 PESO EN AIRE grs. DESTINO: PESO SUMERG. grs. ADH. GEOSINT. PORCIENTO CALCULO DENSIDAD DE ERROR % % DIAMETRO grs./cm3 mm 102,0 63 63 62 62,7 100,00% 0,000% mm 1206 704 502 2,402 102 102 - 2419 1394 1025 2,360 102 102 - 102,0 126 126 126 126,0 98,24% 1,765% 2407 1391 1016 2,369 102 104 - 103,0 125 127 126 126,0 98,61% 1,386% C DOBLE 90+120 ALTURA ALTURA PROMEDIO mm DENSIDAD cm3 B DOBLE 100+100 DIAMETRO PROMEDIO mm VOLUMEN A MARSHALL 75 INFORME Nº Tabla 26. Resultados obtenidos del moldeo PAG001 Figura 87. Probetas PAG001, vista superior Figura 88. Probetas PAG001, vista perfil Serie PAG001: Se obtuvieron densidades bajas y el aspecto visual de las probetas no fue satisfactorio en cuanto a densidad alcanzada y homogeneidad en la misma. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL FECHA: NUMERO DE LABORATORIO PAG002 20/04/2007 MATERIAL: M. ASF. Nº DE PROBETA 135-194 DESTINO: PESO EN AIRE grs. PESO SUMERG. grs. 1180 ADH. GEOSINT. PORCIENTO CALCULO DENSIDAD DE ERROR % % DIAMETRO grs./cm3 mm 689 491 2,403 103 103 - 103,0 63 63 62 62,7 100,00% 0,000% 2384 1372 1012 2,356 102 102 - 102,0 126 126 126 126,0 98,02% 1,978% 2378 1367 1011 2,352 103 102 - 102,5 125 127 126 126,0 97,87% 2,128% F DOBLE 90+120 ALTURA ALTURA PROMEDIO mm DENSIDAD cm3 E DOBLE 100+100 DIAMETRO PROMEDIO mm VOLUMEN D MARSHALL 75 INFORME Nº mm Tabla 27. Resultados obtenidos del moldeo PAG002 Figura 89. Probetas PAG002, vista superior Figura 90. Probetas PAG002, vista perfil Serie PAG002: Se mantuvo la energía de compactación específica del moldeo de la serie PAG001 anterior. Se verificó la tendencia de densidades bajas. El aspecto visual de las probetas no fue satisfactorio a pesar de haber introducido el cambio de rotar la semi probeta inferior al momento de la colocación de la segunda camada de material. FECHA: MATERIAL: M. ASF. Nº DE PROBETA NUMERO DE LABORATORIO PAG003 23/04/2007 DESTINO: PESO EN AIRE grs. PESO SUMERG. grs. 1204 2395 ADH. GEOSINT. ALTURA ALTURA PROMEDIO mm PORCIENTO CALCULO DENSIDAD DE ERROR % % DENSIDAD DIAMETRO cm3 grs./cm3 mm 704 500 2,408 102 102 - 102,0 62 62 63 62,3 100,00% 0,000% 1388 1007 2,378 102 103 - 102,5 125 127 126 126,0 98,77% 1,231% 102,5 124 126 127 125,7 98,37% 1,631% H DOBLE 120+120 DIAMETRO PROMEDIO mm VOLUMEN G MARSHALL 75 INFORME Nº mm I DEFECTUOSA POR DESMOLDE DOBLE 110+160 I' DOBLE 110+160 2409 1392 1017 2,369 103 102 - Tabla 28. Resultados obtenidos del moldeo PAG003 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 136-194 Figura 91. Probetas PAG003 (i) defectuosa Figura 92. Probetas PAG003, vista perfil Serie PAG003: Se aumentó la energía de compactación específica del moldeo de la serie anterior elevando el número de golpes por semi probeta. Las densidades obtenidas demostraron una leve recuperación, pero siguieron siendo bajas. El aspecto visual de las probetas no fue satisfactorio. Debido a una elevada temperatura al momento del desmolde, en la probeta i se registraron defectos insalvables que requirieron el re moldeo de una probeta denominada i’. Este hecho sirvió para la toma de recaudos en cuanto a temperaturas de desmolde y tiempos de enfriamiento en los sucesivos moldeos. FECHA: MATERIAL: M. ASF. Nº DE PROBETA NUMERO DE LABORATORIO PAG004 25/04/2007 PESO EN AIRE grs. DESTINO: PESO SUMERG. grs. VOLUMEN cm ADH. GEOSINT. DENSIDAD 3 3 grs./cm PORCIENTO CALCULO DENSIDAD DE ERROR % % 707 505 2,400 2394 1382 1012 2,366 103 102 - 102,5 123 124 125 124,0 98,57% 1,433% 2375 1375 1000 2,375 101 102 - 101,5 125 122 126 124,3 98,96% 1,042% L DOBLE 130+170 mm ALTURA PROMEDIO mm 1212 K DOBLE 150+150 ALTURA 103 103 - J MARSHALL 75 INFORME Nº DIAMETRO DIAMETRO PROMEDIO mm mm 103,0 62 63 64 63,0 100,00% 0,000% Tabla 29. Resultados obtenidos del moldeo PAG004 Figura 93. Probetas PAG004, vista superior Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI Figura 94. Probetas PAG004, vista perfil [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 137-194 Serie PAG004: Se elevaron la cantidad de golpes de moldeo de las probetas, en promedio los especimenes demostraron una leve mejoría que la serie anterior, pero los valores individuales no siguieron esa tendencia por completo. Se requirió la repetición de moldeos con esta energía específica de compactación para la verificación de la propensión de las densidades. FECHA: MATERIAL: M. ASF. Nº DE PROBETA NUMERO DE LABORATORIO PAG005 25/04/2007 PESO EN AIRE grs. DESTINO: PESO SUMERG. grs. VOLUMEN cm ADH. GEOSINT. DENSIDAD 3 3 grs./cm PORCIENTO CALCULO DENSIDAD DE ERROR % % 703 493 2,426 2367 1382 985 2,403 103 103 - 103,0 126 123 125 124,7 99,06% 0,945% 2350 1379 971 2,420 102 102 - 102,0 122 125 125 124,0 99,76% 0,238% Ñ DOBLE 130+170 mm ALTURA PROMEDIO mm 1196 N DOBLE 150+150 ALTURA 102 102 - M MARSHALL 75 INFORME Nº DIAMETRO DIAMETRO PROMEDIO mm mm 102,0 62 62 62 62,0 100,00% 0,000% Tabla 30. Resultados obtenidos del moldeo PAG005 Figura 95. Probetas PAG005, vista superior Figura 96. Probetas PAG005, vista perfil Serie PAG005: Se mantuvo la energía de compactación igual a la serie anterior PAG004 en busca de vislumbrar la tendencia de aumento de densidades. El hecho fue verificado dado que los errores encontrados en las densidades comparadas fueron menores al 1 %, umbral buscado y determinado como exitoso. Si bien se encontraron ciertas irregularidades menores, el aspecto visual de las probetas cumple con los requisitos estipulados como mínimo. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL FECHA: NUMERO DE LABORATORIO PAG006 04/05/2007 MATERIAL: M. ASF. Nº DE PROBETA 138-194 DESTINO: PESO EN AIRE grs. PESO SUMERG. grs. 1200 ADH. GEOSINT. PORCIENTO CALCULO DENSIDAD DE ERROR % % DIAMETRO grs./cm3 mm 699 501 2,395 102 102 - 102,0 63 63 63 63,0 100,00% 0,000% 2398 1385 1013 2,367 102 102 - 102,0 125 126 125 125,3 98,83% 1,168% 2391 1373 1018 2,349 102 102 - 102,0 127 126 128 127,0 98,06% 1,941% Q DOBLE 110+160 ALTURA ALTURA PROMEDIO mm DENSIDAD cm3 P DOBLE 120+120 DIAMETRO PROMEDIO mm VOLUMEN O MARSHALL 75 INFORME Nº mm Tabla 31. Resultados obtenidos del moldeo PAG006 Figura 97. Probetas PAG006, vista superior Figura 98. Probetas PAG006, vista perfil Serie PAG006: Nuevamente, para verificar tendencias y aplicar todos los ajustes de moldeo logrados hasta el momento, se decidió confeccionar la serie de probetas PAG006 con energía específica de compactación igual a la entregada en la serie PAG003. Las mejoras aplicadas en la metodología de moldeo dieron como resultado la obtención de probetas con apariencia muy satisfactoria. Sin embargo los resultados obtenidos en densidades fueron bajos como era de esperarse. FECHA: MATERIAL: M. ASF. Nº DE PROBETA NUMERO DE LABORATORIO PAG007 07/05/2007 DESTINO: PESO EN AIRE grs. PESO SUMERG. grs. 1197 VOLUMEN ADH. GEOSINT. DENSIDAD 3 3 ALTURA ALTURA PROMEDIO mm PORCIENTO CALCULO DENSIDAD DE ERROR % % mm 702 495 2,418 103 103 - 103,0 62 62 62 62,0 100,00% 0,000% 2390 1389 1001 2,388 102 102 - 102,0 124 123 124 123,7 98,74% 1,264% 2372 1379 993 2,389 102 102 - 102,0 124 124 126 124,7 98,78% 1,218% T 130 + 170 DIAMETRO PROMEDIO mm grs./cm S 150 + 150 DIAMETRO cm R MARSHALL 75 INFORME Nº mm Tabla 32. Resultados obtenidos del moldeo PAG007 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL Figura 99. Probetas PAG007, vista superior 139-194 Figura 100. Probetas PAG007, vista perfil Serie PAG007: Fue confeccionada con el propósito de aseverar y dar conclusión a la metodología de moldeo a ser empleada para etapas sucesivas. La energía específica de compactación fue coincidente con la series de moldeo PAG004 y PAG005 donde se obtuvieron los mejores resultados. Si bien los errores obtenidos en las densidades superaron el 1%, no lo hicieron en gran medida por lo que no afectaron sustancialmente al promedio de las determinaciones. La apariencia de las probetas ha sido muy satisfactoria al igual que la serie anterior. Se concluyó en adoptar la energía de compactación específica utilizada en la presente serie de probetas como aquella a ser empleada en el moldeo de probetas para la evaluación de la adherencia entre capas asfálticas con intercapa de geosintético. 8.4. METODOLOGÍA DE COMPACTACIÓN EMPLEADA EN LA CONFECCIÓN DE PROBETAS DOBLE MARSHALL Dentro de los lineamientos generales del moldeo valen todas las consideraciones dadas en la norma VN – E9 – 86 (56). Se han mencionado aquí todos los aspectos particulares al moldeo de las series de probetas PAG001/PAG007. En particular se ha hecho hincapié en la energía de compactación que ha brindado los resultados exitosos en cuanto a la comparación de densidades con las probetas patrón (PAG004/PAG005/PAG007). 8.4.1. Moldeo de probeta patrón (Marshall 75) Se moldea una probeta Marshall convencional de 75 golpes por cara con los siguientes lineamientos. Se colocan en un molde Marshall caliente y sobre un papel de filtro, 1200 gr de mezcla asfáltica densa, calentada hasta la temperatura correspondiente a una viscosidad del cemento asfáltico de 2,8 ± 0,3 poises. Se acomoda la mezcla con una cuchara y se coloca un papel de filtro en la parte superior. Se compacta con 75 golpes en una cara asegurándose la limpieza y temperatura del pisón. Se retira y se da vuelta la probeta. Se compacta con otros 75 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 140-194 golpes en la cara invertida. Terminada la compactación se retiran los papeles de filtro de ambas caras, se identifica la probeta con letra o número, se deja enfriar al aire o se sumerge bajo agua durante 4 minutos y se desmolda. La misma se deja secar y enfriar a temperatura ambiente. 8.4.2. Moldeo de probeta doble (150+150) Se moldea una probeta Marshall doble, de 150 golpes en la semi probeta inferior y 150 golpes en la semi probeta superior, con los siguientes lineamientos. Se colocan en un molde Marshall del doble de altura, con base de apoyo alta y sobre un papel de filtro, 1200 gr de mezcla asfáltica densa, calentada hasta la temperatura correspondiente a una viscosidad del cemento asfáltico de 2,8 ± 0,3 poises. Se acomoda la mezcla con una cuchara y se coloca un papel de filtro en la parte superior. Se compacta con 150 golpes por única vez en su cara superior, asegurándose la limpieza y temperatura del pisón. Se retira y se da vuelta la probeta cambiando la base del molde alta por una base fina o convencional. Se extrae el papel de filtro que ha quedado en la parte superior, dejando descubierta la mezcla asfáltica lista para receptar una segunda camada de material suelto. Se deja enfriar unos 15 minutos a temperatura ambiente. Se colocan nuevamente 1200 gr de mezcla en las mismas condiciones que la capa anterior. Se acomoda la mezcla con una cuchara y se coloca un papel de filtro en la parte superior. Se compacta con 150 golpes por única vez en su cara superior, asegurándose la limpieza y temperatura del pisón. Terminada la compactación se retiran los papeles de filtro de ambas caras, se identifica la probeta, se deja enfriar en agua por un lapso de 15 minutos y se desmolda. La misma se deja secar y enfriar a temperatura ambiente. 8.4.3. Moldeo de probeta doble (130+170) Se moldea una probeta Marshall doble, de 130 golpes en la semi probeta inferior y 170 golpes en la semi probeta superior, con los siguientes lineamientos. Se colocan en un molde Marshall del doble de altura, con base de apoyo alta y sobre un papel de filtro, 1200 gr de mezcla asfáltica densa, calentada hasta la temperatura correspondiente a una viscosidad del cemento asfáltico de 2,8 ± 0,3 poises. Se acomoda la mezcla con una cuchara y se coloca un papel de filtro en la parte superior. Se compacta con 130 golpes por única vez en su cara superior, asegurándose la limpieza y temperatura del pisón. Se retira y se da vuelta la probeta cambiando la base del molde alta por una base fina o convencional. Se extrae el papel de filtro que ha quedado en la parte superior, dejando descubierta la mezcla asfáltica lista para receptar una segunda camada de material suelto. Se deja enfriar unos 15 minutos a temperatura ambiente. Se colocan nuevamente 1200 gr de mezcla en las mismas condiciones que la capa anterior. Se acomoda la mezcla con una cuchara y se coloca un papel de filtro en la parte superior. Se compacta con 170 golpes por única vez en su cara superior, asegurándose la Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 141-194 limpieza y temperatura del pisón. Terminada la compactación se retiran los papeles de filtro de ambas caras, se identifica la probeta, se deja enfriar en agua por un lapso de 15 minutos y se desmolda. La misma se deja secar y enfriar a temperatura ambiente. El intervalo de tiempo de 15 minutos, donde se deja enfriar la capa inferior de mezcla antes de receptar la capa superior, procura representar el enfriamiento de las capas de mezcla asfáltica colocadas en obra, antes de recibir su capa superior. 8.5. CONSIDERACIONES FINALES SOBRE EL MOLDEO Las experiencias de moldeo de probetas doble Marshall han sido útiles como práctica y como ajustes de moldeo a la hora de confeccionar especimenes de ensayo para la evaluación de la adherencia entre capas asfálticas con intercapa de geosintético. Sobre el análisis individual de cada serie de probetas se decidió estudiar el comportamiento de las series agrupadas y promediadas según sea la energía de compactación entregada. Dicho proceso arrojó los siguientes resultados. MOLDEO PAG001 PAG002 PAG003 PAG004 PAG005 PAG006 PAG007 PROBETA A B C D E F G H I' J K L M N Ñ O P Q R S T PROMEDIOS MARSHALL 75 DOBLE 100+100 DOBLE 90+120 DOBLE 120+120 DOBLE 110+160 DOBLE 150+150 DOBLE 130+170 DENSIDAD 2,402 2,360 2,369 2,403 2,356 2,352 2,408 2,378 2,369 2,400 2,366 2,375 2,426 2,403 2,420 2,395 2,367 2,349 2,418 2,388 2,367 ERROR 0,00% 1,76% 1,39% 0,00% 1,98% 2,13% 0,00% 1,23% 1,63% 0,00% 1,43% 1,04% 0,00% 0,94% 0,24% 0,00% 1,17% 1,94% 0,00% 1,26% 2,11% DENSIDADES CANTIDAD ACUM 16,853 7 4,716 2 4,721 2 4,746 2 4,717 2 7,156 3 7,162 3 TIPO DE MOLDEO MARSHALL 75 DOBLE 100+100 DOBLE 90+120 MARSHALL 75 DOBLE 100+100 DOBLE 90+120 MARSHALL 75 DOBLE 120+120 DOBLE 110+160 MARSHALL 75 DOBLE 150+150 DOBLE 130+170 MARSHALL 75 DOBLE 150+150 DOBLE 130+170 MARSHALL 75 DOBLE 120+120 DOBLE 110+160 MARSHALL 75 DOBLE 150+150 DOBLE 130+170 DENSIDAD PROM 2,408 2,358 2,361 2,373 2,359 2,385 2,387 ERRORES PROM 0,00% 2,06% 1,95% 1,44% 2,03% 0,92% 0,83% Tabla 33. Resumen de los resultados de moldeo agrupados y promediados El análisis gráfico de los resultados obtenidos en las densidades de las distintas series de probetas se ve reflejado de la siguiente manera. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 142-194 2,500 DENSIDAD [gr/cm3] 2,450 2,400 A 2,350 B C 2,300 2,250 2,200 PAG001 Figura 101. Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG001 2,500 DENSIDAD [gr/cm3] 2,450 2,400 D 2,350 E F 2,300 2,250 2,200 PAG002 Figura 102. Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG002 2,500 DENSIDAD [gr/cm3] 2,450 2,400 G 2,350 H I' 2,300 2,250 2,200 PAG003 Figura 103. Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG003 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 143-194 2,500 DENSIDAD [gr/cm3] 2,450 2,400 J 2,350 K L 2,300 2,250 2,200 PAG004 Figura 104. Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG004 2,500 DENSIDAD [gr/cm3] 2,450 2,400 M 2,350 N Ñ 2,300 2,250 2,200 PAG005 Figura 105. Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG005 2,500 DENSIDAD [gr/cm3] 2,450 2,400 O 2,350 P Q 2,300 2,250 2,200 PAG006 Figura 106. Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG006 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 144-194 2,500 DENSIDAD [gr/cm3] 2,450 2,400 R 2,350 S T 2,300 2,250 2,200 PAG007 Figura 107. Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG007 Al igual que en la Tabla 32 se procedió a efectuar un estudio de los resultados promedio de densidades y de los errores obtenidos con cada energía de compactación, solo que en esta ocasión se han mostrado los resultados gráficamente. DENSIDAD [gr/cm3] 2,500 MARSHALL 75 2,450 DOBLE 100+100 2,400 DOBLE 90+120 2,350 DOBLE 120+120 2,300 DOBLE 110+160 DOBLE 150+150 2,250 DOBLE 130+170 2,200 PROMEDIOS ERRORES [%] Figura 108. Densidades promedio para cada metodología de moldeo 5,00% 4,50% 4,00% 3,50% 3,00% 2,50% 2,00% 1,50% 1,00% 0,50% 0,00% MARSHALL 75 DOBLE 100+100 DOBLE 90+120 DOBLE 120+120 DOBLE 110+160 DOBLE 150+150 DOBLE 130+170 PROMEDIOS Figura 109. Errores promedio en la densidad para cada metodología de moldeo comparada con la MARSHALL 75 (error = 0%) Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 145-194 Del análisis de los resultados antes vistos y de las experiencias efectuadas en laboratorio, se pueden extraer las siguientes consideraciones: En promedio, los especimenes compactados con 130 y 170 golpes en las semi probeta inferior y en la semi probeta superior, respectivamente, arrojaron las densidades más próximas a la probeta Marshall patrón. Con las modificaciones introducidas en el proceso de moldeo, al virar la semi probeta inferior antes de receptar la segunda capa de material, se lograron probetas con aspecto satisfactorio en cuanto a homogeneidad de compactación. Se estipularon tiempos de enfriamiento mayores a los recomendados por la norma VN – E9 – 86 para las probetas doble Marshall. Hecho verificado por la experiencia de laboratorio. Se ha concluido en la adopción del método citado en el inciso “8.4.3. MOLDEO DE PROBETA DOBLE (130+170)” para el moldeo de probetas doble Marshall utilizadas en la evaluación de la adherencia entre capas asfálticas con intercapa de geosintético. 8.6. VERIFICACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE DENSIDADES EN LA ALTURA DE LA PROBETA De la serie de probetas confeccionadas con la metodología considerada exitosa (especimenes compactados con 130 y 170 golpes), se tomaron muestras para determinar la distribución de densidades a lo largo de la altura de la probeta, dado que se quería vislumbrar las posibles diferencias debidas a los distintos grados de energía aplicada. La metodología empleada ha sido tomar probetas confeccionadas con la metodología exitosa (130 + 170) y cortarlas en tres tercios, concluyendo en la determinación de los pesos al aire y los pesos sumergidos de las fracciones para establecer su densidad y compararla con la densidad patrón de la probeta entera. Los resultados obtenidos se presentan en la siguiente tabla. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] EL MOLDEO EXPERIMENTAL 146-194 VERIFICACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE DENSIDADES EN LA ALTURA DE LA PROBETA / LEMaC-UTN-FRLP FECHA: NUMERO DE LABORATORIO PAG008 18/05/2007 MATERIAL: M. ASF. PESO EN AIRE grs. Nº DE PROBETA DESTINO: PESO SUMERG. grs. ADH. GEOSINT. DIAMETRO PROMEDIO mm ALTURA ALTURA PROMEDIO mm VOLUMEN DENSIDAD DIAMETRO cm3 grs./cm3 mm 102,0 126 126 124 125,3 mm 2400 1390 1010 2,376 102 102 - 810 470 340 2,382 102 102,0 42,0 42,0 794 460 334 2,377 102 102,0 40,0 40,0 791 457 334 2,368 102 102,0 41,0 41,0 798,3 462,3 336,0 2,376 102 102 41,0 41,0 W 130 + 170 INFORME Nº W TERCIO SUPERIOR W TERCIO MEDIO W TERCIO INFERIOR W PROMEDIO DE LOS TERCIOS Tabla 34. Verificación de la distribución de densidades en la altura de la probeta TERCIOS DE PROBETA TERCIO SUPERIOR TERCIO MEDIO TERCIO INFERIOR 2,200 2,250 2,300 2,350 2,400 DENSIDAD [gr/cm3] 2,450 2,500 Figura 110. Distribución de densidades en la altura de la probeta Con estas determinaciones, y dado que el tercio menos compactado alcanzó un 99,4 % del tercio más compactado, se comprueba una de las premisas planteadas al inicio de los moldeos experimentales “Lograr un grado de densificación homogéneo en toda la altura de la probeta”. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 147-194 9. ENSAYOS DE LABORATORIO 9.1 PLANIFICACIÓN DEL MOLDEO Determinada así la metodología de moldeo a ser empleada, y basándose en el objetivo principal propuesto: estudiar el comportamiento de la adherencia entre capas asfálticas cuando se intercala entre ellas un producto Geosintético (Geotextil y/o Geogrilla), considerando como patrón la adherencia entre capas asfálticas sin ningún material intercalado entre ellas, y variando condiciones como riego de adherencia y tipo de Geosintético; es que se ha decidido planificar el moldeo como se observa en la Tabla 35. Dicha tabla presenta, diferenciados por colores, 4 grandes grupos de probetas. Cada grupo se ha identificado con una letra, de la A a la D, dependiendo del producto intercalado en la interfase entre capas de mezcla asfáltica. Así, la serie A corresponde a las probetas consideradas patrón compuestas por dos capas de mezcla unidas por un riego de liga. La serie de probetas B corresponde a aquellas en las cuales se ha intercalado un Geotextil no tejido entre la mezcla asfáltica con sus consecuentes riegos de impregnación y adherencia. La serie de probetas C corresponde a aquella confeccionadas con dos capas de mezcla asfáltica a las cuales se intercaló una Geogrilla con su correspondiente riego de adherencia. Por último, la serie de probetas D se han confeccionado con una intercapa compuesta por una de las Geogrillas antes empleadas sumada a la colocación de un Geotextil de sostén, también empleado con anterioridad. Los grupos de probetas B y C, se han subdividido en tres y dos productos respectivamente, con los fines de variar el tipo de Geotextil empleado y el tipo de Geogrilla utilizada. El caso particular de las probetas serie B, en sus tres versiones diferentes según el producto, B1, B2 y B3; requirieron un estudio aún más detallado ya que se varío el porcentaje de dotación de emulsión asfáltica para riego de liga, con el fin de obtener la dotación óptima de emulsión que produzca la mayor adherencia. En una primera instancia se variaron tres escalones de dotación de emulsión, y a la vista de los resultados obtenidos, fue necesario incorporar un cuarto escalón de dotación para verificar las tendencias visualizadas. El Plan de Moldeo arroja como necesaria la confección de 51 especímenes de ensayo, y aproximadamente 150 kg de mezcla asfáltica ya que se consideran posibles pérdidas y re moldeos, este último dato ha sido necesario para efectuar el muestreo y acopio de material homogéneo para la confección de todos los especímenes. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 148-194 "EVALUACIÓN DE ADHERENCIA ENTRE CAPAS ASFÁLTICAS CON INTERCAPA DE GEOSINTÉTICO" PLAN DE MOLDEO CANT DE PROBETAS 6 PESO POR PROBETA 2400 gr. PESO DE MEZCLA A A1 MºAº + RIEGO + MºAº MºAº + RIEGO + MºAº 14400 gr. CONFIGURACIÓN DE PROBETA CANT DE PROBETAS 12 PESO POR PROBETA 2400 gr. B1.1 100 % EMULSION SAT. PESO DE MEZCLA 28800 gr. B1.2 CONFIGURACIÓN DE PROBETA B1 80 % EMULSION SAT. MºAº + RIEGO + GTX1 + MºAº B1.3 60 % EMULSION SAT. B1.4 40 % EMULSION SAT. CANT DE PROBETAS 12 PESO POR PROBETA 2400 gr. B2.1 100 % EMULSION SAT. PESO DE MEZCLA 28800 gr. B2.2 CONFIGURACIÓN DE PROBETA B B2 80 % EMULSION SAT. MºAº + RIEGO + GTX + MºAº MºAº + RIEGO + GTX2 + MºAº B2.3 60 % EMULSION SAT. B2.4 40 % EMULSION SAT. CANT DE PROBETAS 12 PESO POR PROBETA 2400 gr. B3.1 100 % EMULSION SAT. PESO DE MEZCLA 28800 gr. B3.2 CONFIGURACIÓN DE PROBETA B3 80 % EMULSION SAT. MºAº + RIEGO + GTX3 + MºAº B3.3 60 % EMULSION SAT. B3.4 40 % EMULSION SAT. CANT DE PROBETAS 3 PESO POR PROBETA 2400 gr. PESO DE MEZCLA 7200 gr. C1 CONFIGURACIÓN DE PROBETA MºAº + RIEGO + GR1 + MºAº C CANT DE PROBETAS 3 PESO POR PROBETA 2400 gr. PESO DE MEZCLA 7200 gr. MºAº + RIEGO + GR + MºAº C2 CONFIGURACIÓN DE PROBETA MºAº + RIEGO + GR2 + MºAº D D1 MºAº + RIEGO + GTX + GR + MºAº MºAº + RIEGO + GR2 + GTX1 + MºAº CANT DE PROBETAS 3 PESO POR PROBETA 2400 gr. PESO DE MEZCLA 7200 gr. CONFIGURACIÓN DE PROBETA TOTAL DE MEZCLA NECESARIA DIAS NECESARIOS DE MOLDEO 134,6 kg. 51 días Tabla 35. Plan de Moldeo DIAS DISPONIBLES POR SEMANA MESES NECESARIOS PARA MOLDEO Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI 3 días 4,25 mes [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 149-194 9.2 ENSAYOS SOBRE SERIE A1 La serie A1, o serie patrón, corresponde a las probetas que han sido confeccionadas con dos capas de mezcla asfáltica de iguales características, las cuales han sido presentadas en el Capítulo 6, entre las cuales se aplicó un riego de liga, de 0,4 lts/m2 de residuo asfáltico, con la emulsión descripta en el Capítulo 5. Dichas probetas fueron sometidas al Ensayo de corte sobre probetas (LCB Laboratorio de Caminos de Barcelona), y arrojaron los resultados presentes en la Tabla 36 y Tabla 37. Nota aclaratoria: De aquí en adelante en los resultados de ensayos donde aparezca un guión (-) en la columna Lectura [div], significa que las cargas han sido determinadas con Celda de Carga y no con lecturas de dial de flexímetros colocados en aros dinamométricos para medir su deformación. Resistencia al Corte LCB LEMaC / UTN - FRLP Nº de Lab. = PAG009 Producto = Fecha = 07/11/2007 Temp. = Nº Exped. = Nº Laborat. = MEZCLA MEZCLA RIEGO DE LIGA 22 H.R.% = 65 Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos del Ensayo LCB Celda de Carga= 2 Velocidad de rotura = Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = Tn 1,27 0,4 62,4% 5,20 Probeta Nº [adim] A1.1 A1.2 A1.3 A1.4 A1.5 A1.6 PROMEDIO mm/min lts/m2 gr Area [cm2] 81,1 81,1 81,1 81,1 81,1 81,1 81,1 Lectura [div] - = 100% Carga [kg] 466,5 337,7 400,7 401,8 402,1 402,7 401,9 Deslizamiento [mm] 1,4 1,5 1,4 1,5 1,4 1,3 1,4 W [kg/cm2] 5,8 4,2 4,9 5,0 5,0 5,0 5,0 Tabla 36. Resumen de resultados de serie de probetas A1 A1.1 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima [mm] 1,40 [kg] 466,52 [kg/cm2] 5,75 W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [MPa] 0,56 [kg/mm] 333,23 [kg/cm2/mm] 4,11 [Mpa/mm] 0,40 Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2/mm] 2,77 [Mpa/mm] 0,27 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 1378,27 [MPa.mm] 1,67 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 1025,80 [MPa.mm] 1,24 A1.2 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación [mm] 1,51 [kg] 337,71 [kg/cm2] 4,17 [MPa] 0,41 [kg/mm] 224,25 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 150-194 A1.3 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima [mm] 1,42 [kg] 801,30 [kg/cm2] 4,94 W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [MPa] 0,49 [kg/mm] 564,30 [kg/cm2/mm] 3,48 [Mpa/mm] 0,35 Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2/mm] 3,27 [Mpa/mm] 0,33 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 1050,30 [MPa.mm] 1,27 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 1069,70 [MPa.mm] 1,29 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 1126,80 [MPa.mm] 1,36 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 1194,08 [MPa.mm] 1,44 A1.4 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación [mm] 1,52 [kg] 806,50 [kg/cm2] 4,97 [MPa] 0,50 [kg/mm] 530,59 A1.5 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [mm] 1,43 [kg] 804,20 [kg/cm2] 4,96 [MPa] 0,50 [kg/mm] 562,38 [kg/cm2/mm] 3,47 [Mpa/mm] 0,35 A1.6 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [mm] 1,34 [kg] 402,69 [kg/cm2] 4,97 [MPa] 0,49 [kg/mm] 299,62 [kg/cm2/mm] 3,70 [Mpa/mm] 0,36 Tabla 37. Resultados pormenorizados de serie de probetas A1 A continuación se presenta la Figura 101 que representa el trabajo absorbido por las probetas. Dichas curvas han sido obtenidas mediante el registro continuo de cargas y deformaciones a lo largo del ensayo. Este registro continuo se hace a través de un promedio que oscila entre las 10000 a 14000 lecturas de carga y deformación, según sea la duración del ensayo. El área encerrada por la curva representa el trabajo absorbido por la probeta durante el ensayo y su cálculo se efectúa mediante un análisis diferencial, facilitado por la cantidad de registros que efectúa el equipo de ensayo. Trabajo Carga vs Deformación 500 450 400 Carga [Kg] 350 300 A1.1 250 A1.2 200 A1.6 150 100 50 0 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Deformación [mm] Figura 111. Curvas de Trabajo de las probetas A1 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 151-194 9.3 ENSAYOS SOBRE SERIE B1 La serie B1, corresponde a las probetas que han sido confeccionadas con dos capas de mezcla asfáltica de iguales características, las cuales han sido presentadas en el capítulo 6 LA MEZCLA ASFÁLTICA, entre las cuales se aplicó un riego de impregnación para el producto Geotextil empleado, y la colocación propiamente dicha del Geotextil. El riego de impregnación del Geotextil, que a su vez cumple la función de riego de liga, se lo ha variado en su dotación pasando desde un 100 % del residuo asfáltico correspondiente al ensayo de Retención de Asfalto, hasta un 40 % de dicho residuo, con escalones intermedios de 20 % de diferencia; es decir, 80 % y 60 %. Para facilitar su identificación, la serie de probetas moldeadas con el 100 % de la dotación de saturación se las ha denominado B1.1; la serie de probetas moldeadas con el 80 % de la dotación de saturación se las ha denominado B1.2; la serie de probetas moldeadas con el 60 % de la dotación de saturación se las ha denominado B1.3; y por último la serie de probetas moldeadas con el 40 % de la dotación de saturación se las ha denominado B1.4. En la serie de probetas B1, cual fuere su dotación de impregnación, el producto Geotextil empleado ha sido el denominado GTX1. Las probetas así confeccionadas fueron sometidas al Ensayo de corte sobre probetas (LCB Laboratorio de Caminos de Barcelona), y arrojaron los resultados presentes en la Tabla 38 y Tabla 39. Dado que en la bibliografía estudiada no se tiene valores característicos de desviación para los valores de Carga del Ensayo LCB y las experiencias que se han obtenido han demostrado gran dispersión de los resultados, se ha adoptado como dispersión límite para el descarte de valores individuales a la siguiente: Carga: 35 % Aquellos valores que posean desviaciones superiores a los límites señalados, serán informados identificándolos con una raya diagonal roja, pero no se contemplarán en los promedios calculados. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 152-194 Resistencia al Corte LCB LEMaC / UTN - FRLP Nº de Lab. = PAG010 Producto = MEZCLA MEZCLA RIEGO DE LIGA GTX1 Fecha = 12/11/2007 Temp. = 21 H.R.% = 74 Nº Exped. = Nº Laborat. = Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos del Ensayo LCB Celda de Carga= Velocidad de rotura = Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = Probeta Nº 2 1,27 1,2 62,4% 15,59 [adim] B1.1.1 Area [cm 2] 81,1 B1.1.2 B1.1.3 PROMEDIO 81,1 81,1 81,1 Celda de Carga= Velocidad de rotura = Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = Probeta Nº [adim] B.1.2.1 B.1.2.2 B.1.2.3 PROMEDIO Celda de Carga= Velocidad de rotura = Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = Probeta Nº [adim] B.1.3.1 B.1.3.2 B.1.3.3 PROMEDIO 2 1.27 1.2 62.4% 12.47 Tn mm/min lts/m2 gr = 100% Lectura Carga Deslizamiento [div] [kg] 213,4 [mm] 1,3 W [kg/cm 2] 2,6 92,0 171,4 192,4 0,9 1,4 1,3 1,1 2,1 2,4 = 80% mm/min 2 lts/m gr Lectura [div] Carga Deslizamiento [kg] [mm] 323.4 1.2 230.2 1.2 DEFECTUOSA POR DESMOLDE 276.8 1.2 81.1 1.27 1.2 62.4% 9.35 Area 2 [cm ] 81.1 81.1 81.1 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI -11% Tn Area 2 [cm ] 81.1 81.1 2 11% W [kg/cm2] 4.0 2.8 3.4 Tn mm/min 2 lts/m gr = 60% Lectura Carga Deslizamiento [div] [kg] [mm] DEFECTUOSA POR DESMOLDE 191.9 1.2 184.9 1.2 188.4 1.2 W 2 [kg/cm ] 2.4 2.3 2.3 [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO Celda de Carga= 153-194 2 Velocidad de rotura = Tn 1.27 Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = mm/min 2 lts/m 1.2 62.4% 6.24 Probeta Nº [adim] B.1.4.1 B.1.4.2 B.1.4.3 PROMEDIO gr Area [cm2] 81.1 81.1 81.1 81.1 Lectura [div] = 40% Carga [kg] 85.9 130.3 150.0 122.1 Deslizamiento [mm] 0.7 0.6 1.3 0.9 W 2 [kg/cm ] 1.1 1.6 1.8 1.5 Tabla 38. Resumen de resultados de serie de probetas B1 B1.1.1 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 1.33 [kg] 213.38 Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2/mm] 1.98 [Mpa/mm] 0.19 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación [kg/cm2] 2.63 [MPa] 0.26 [kg/mm] 160.31 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 1.13 [MPa] 0.11 [kg/mm] 104.68 [kg/cm2/mm] 1.29 [Mpa/mm] 0.13 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 2.11 [MPa] 0.21 [kg/mm] 126.67 [kg/cm2/mm] 1.56 [Mpa/mm] 0.15 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 3.99 [MPa] 0.39 [kg/mm] 280.74 [kg/cm2/mm] 3.46 [Mpa/mm] 0.34 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 2.84 [MPa] 0.28 [kg/mm] 193.81 [kg/cm2/mm] 2.39 [Mpa/mm] 0.23 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 2.37 [MPa] 0.23 [kg/mm] 163.72 [kg/cm2/mm] 2.02 [Mpa/mm] 0.20 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 2.28 [MPa] 0.22 [kg/mm] 159.77 [kg/cm2/mm] 1.97 [Mpa/mm] 0.19 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 974.26 [MPa.mm] 1.18 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 510.81 [MPa.mm] 0.62 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 745.27 [MPa.mm] 0.90 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 491.05 [MPa.mm] 0.59 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 1205.19 [MPa.mm] 1.46 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 1039.17 [MPa.mm] 1.26 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 842.10 [MPa.mm] 1.02 B1.1.2 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.88 [kg] 92.01 B1.1.3 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 1.35 [kg] 171.38 B1.2.1 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 1.15 [kg] 323.41 B1.2.2 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 1.19 [kg] 230.24 B1.3.2 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 1.17 [kg] 191.88 B1.3.3 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 1.16 [kg] 184.85 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 154-194 B1.4.1 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.66 [kg] 85.90 Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2/mm] 1.61 [Mpa/mm] 0.16 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación [kg/cm2] 1.06 [MPa] 0.10 [kg/mm] 130.15 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 1.61 [MPa] 0.16 [kg/mm] 209.13 [kg/cm2/mm] 2.58 [Mpa/mm] 0.25 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 1.85 [MPa] 0.18 [kg/mm] 192.76 [kg/cm2/mm] 2.38 [Mpa/mm] 0.23 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 238.73 [MPa.mm] 0.29 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 534.18 [MPa.mm] 0.65 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 677.24 [MPa.mm] 0.82 B1.4.2 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.62 [kg] 130.29 B1.4.3 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.78 [kg] 149.97 Tabla 39. Resultados pormenorizados de serie de probetas B1 A continuación se presenta la Figura 112 que representa el trabajo absorbido por las probetas. Se puede observar que la morfología de las curvas sigue un comportamiento similar, a excepción de la curva correspondiente a la probeta B1.2.1 que posee una marcada diferencia. Trabajo Carga vs Deformación 500 450 B1.1.1 400 B1.1.2 Carga [Kg] 350 B1.1.3 300 B1.2.1 250 B1.2.2 200 B1.3.2 150 100 B1.3.3 50 B1.4.1 0 B1.4.2 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 B1.4.3 Deformación [mm] Figura 112. Curvas de Trabajo de las probetas B1 9.3.1 Análisis de sensibilidad por porcentaje de emulsión en la serie B1 El conjunto de resultados obtenidos analizados por grupos, teniendo en cuenta el porcentaje de emulsión aplicada como riego de impregnación y liga en el Geotextil, permite determinar la Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 155-194 dotación óptima de emulsión para el producto GTX1 específicamente, que arriba a la mayor adherencia que se puede obtener en un paquete estructural como el modelizado con los especimenes de ensayo. Variación de la Tensión Tangencial con la Dotación de Riego Dotación Máxima = 1,2 lt/m 2 y = -11,623x2 + 18,118x - 4,0026 R² = 0,8424 Tensión Tangencial [kg/cm 2] 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 Valor promedio de Tensión Tangencial 1,00 Polinómica (Valor promedio de Tensión Tangencial) 0,50 0,00 0% 20% 40% 60% 80% 100% Porcentaje de Dotación con respecto a la Máxima Figura 113. Variación de la Tensión Tangencial con la Dotación de Riego, serie B1 De las curvas obtenidas, presentes en la Figura 113 y 114, y mediante la resolución de la ecuación de la línea de tendencia de la Figura 113, se puede arribar a la conclusión que para el GTX1 la dotación óptima de emulsión que produce la máxima adherencia, cuando está colocado entre dos capas de mezclas asfálticas, es del orden del 78 % de la dotación de emulsión que produce la saturación total (1,2 lt/m2 de residuo asfáltico). Lo anteriormente expresado puede reducirse a la expresión, la dotación óptima de emulsión que produce la máxima adherencia en el GTX1 es aquella que produce un residuo asfáltico de 0,94 lt/m2. Los cálculos antes mencionados fueron resueltos mediante la ayuda de un programa SOLVER de iteraciones sucesivas y convergencia. Se configuró el programa con 100 iteraciones mediante derivadas progresivas. Dado los valores individuales de Tensión Tangencial obtenidos, los cuales demuestran una tendencia ascendente en un principio y descendente hacia su final, se ha decidido seleccionar una línea de tendencia polinómica de segundo orden, ya que representa el comportamiento observado donde existe un máximo. Por el Principio de Parsimonia, se ha reducido el grado de la ecuación polinómica a dos, ya que es la ecuación más sencilla que produce valores de Rcuadrado aceptables. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 156-194 Deslizamiento entre Capas [mm] Variación de los Deslizamientos entre Capas con la Dotación de Riego Dotación Máxima = 1,2 lt/m2 1,6 y = 0,7243x + 0,6274 R² = 0,8741 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Valor promedio de Deslizamiento entre Capas 0,2 Línea de tendencia 0,0 0% 20% 40% 60% 80% 100% Porcentaje de Dotación con respecto a la Máxima Figura 114. Variación de los Deslizamientos entre Capas con la Dotación de Riego, serie B1 BUSQUEDA DEL VALOR DE EMULSIÓN QUE PROPORCIONA LA RESISTENCIA MÁXIMA y = -11,623x2 + 18,118x -4,0026 y = Resistencia a las Tensiones Tangenciales x = Porcentaje de Emulsión Asfáltica 3,1 kg/cm2 0,78 Figura 115. Resultados del programa SOLVER, serie B1 9.4 ENSAYOS SOBRE SERIE B2 A igual manera que en a serie B1, la serie B2 corresponde a un paquete estructural compuesto por dos capas de mezcla asfáltica entre las cuales se ha colocado la interfase de Geotextil y emulsión. Aquí también, el riego de impregnación del Geotextil, que a su vez cumple la función de riego de liga, se lo ha variado en su dotación pasando desde un 100 % del residuo asfáltico correspondiente al ensayo de Retención de Asfalto, hasta un 40 % de dicho residuo, con escalones intermedios de 20 % de diferencia; es decir, 80 % y 60 %. Para facilitar su identificación, la serie de probetas moldeadas con el 100 % de la dotación de saturación se las ha denominado B2.1; la serie de probetas moldeadas con el 80 % de la dotación de saturación se las ha denominado B2.2; la serie de probetas moldeadas con el 60 % de la dotación de saturación se las ha denominado B2.3; y por último la serie de probetas moldeadas con el 40 % de la dotación de saturación se las ha denominado B2.4. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 157-194 En la serie de probetas B2, cual fuere su dotación de impregnación, el producto Geotextil empleado ha sido el denominado GTX2. Las probetas así confeccionadas fueron sometidas al Ensayo de corte sobre probetas (LCB Laboratorio de Caminos de Barcelona), y arrojaron los resultados presentes en la Tabla 40 y Tabla 41. Resistencia al Corte LCB LEMaC / UTN - FRLP Nº de Lab. = PAG011 Producto = Fecha = 13/12/2007 Temp. = MEZCLA MEZCLA RIEGO DE LIGA GTX2 22 H.R.% = 65 Nº Exped. = Nº Laborat. = Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos del Ensayo LCB Celda de Carga= Constante del Aro = Velocidad de rotura = 2 8.595 1.27 Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = 1.5 62.4% 19.49 Tn kg/div mm/min 2 lts/m gr Aro dinamométrico = = 100% 3 Probeta Nº [adim] B2.1.1 Area [cm2] 81.1 Lectura [div] - Carga [kg] 215.4 Deslizamiento [mm] 0.8 W [kg/cm2] 2.7 B2.1.2 B2.1.3 PROMEDIO 81.1 81.1 81.1 49.0 33.0 41.0 210.6 141.8 189.3 1.4 1.2 1.1 2.6 1.7 2.3 Celda de Carga= Constante del Aro = Velocidad de rotura = 2 8,595 1,27 Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = 1,5 62,4% 15,59 Probeta Nº [adim] B2.2.1 B2.2.2 B2.2.3 PROMEDIO gr Area [cm 2] 81,1 81,1 81,1 81,1 Celda de Carga= Constante del Aro = Velocidad de rotura = 2 8,595 1,27 Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = 1,5 62,4% 11,69 Probeta Nº [adim] B2.3.1 B2.3.2 B2.3.3 PROMEDIO Tn kg/div mm/min lts/m2 Area [cm 2] 81,1 81,1 81,1 81,1 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI Lectura [div] 61,0 29,0 61,0 Tn kg/div mm/min lts/m2 gr Lectura [div] 88,0 35,0 88,0 Aro dinamométrico = = 80% Carga [kg] 296,0 262,1 124,6 279,1 Deslizamiento [mm] 1,8 0,8 0,7 1,3 Aro dinamométrico = = 60% Carga [kg] 321,2 378,2 150,4 349,7 Deslizamiento [mm] 0,3 1,3 0,4 0,8 3 Tn Tn W [kg/cm 2] 3,7 3,2 1,5 3,4 3 Tn W [kg/cm 2] 4,0 4,7 1,9 4,3 [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 158-194 Celda de Carga= Constante del Aro = Velocidad de rotura = 2 8.595 1.27 Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = 1.5 62.4% 7.80 Probeta Nº [adim] B2.4.1 B2.4.2 B2.4.3 PROMEDIO Aro dinamométrico = Tn kg/div mm/min 2 lts/m gr Area [cm2] 81.1 81.1 81.1 81.1 Lectura [div] 55.0 59.0 57.0 3 = 40% Carga [kg] 146.7 236.4 253.6 212.2 Deslizamiento [mm] 0.1 0.7 0.7 0.5 Tn W 2 [kg/cm ] 1.8 2.9 3.1 2.6 Tabla 40. Resumen de resultados de serie de probetas B2 B2.1.1 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.77 [kg] 215.36 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación [kg/cm2] 2.66 [MPa] 0.26 [kg/mm] 280.78 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 3.65 [MPa] 0.36 [kg/mm] 160.07 [kg/cm2/mm] 1.97 [Mpa/mm] 0.19 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 3.96 [MPa] 0.39 [kg/mm] 976.23 [kg/cm2/mm] 12.04 [Mpa/mm] 1.18 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 1.81 [MPa] 0.18 [kg/mm] 1120.17 [kg/cm2/mm] 13.82 [Mpa/mm] 1.35 Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2/mm] 3.46 [Mpa/mm] 0.34 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 769.53 [MPa.mm] 0.93 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 989.07 [MPa.mm] 1.20 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 971.26 [MPa.mm] 1.17 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 302.47 [MPa.mm] 0.37 B2.2.1 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 1.85 [kg] 295.97 B2.3.1 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.33 [kg] 321.18 B2.4.1 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.13 [kg] 146.74 Tabla 41. Resultados pormenorizados de serie de probetas B2 A continuación se presenta la Figura 116 que representa el trabajo absorbido por las probetas. Se puede observar que la morfología de las curvas, a diferencia de la serie B1, no es tan homogénea. Un patrón que se repite en distintas probetas es un estadio inicial en la cual se absorben cargas sin deslizamiento entre los planos de debilidad. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 159-194 Trabajo Carga vs Deformación 500 450 400 Carga [Kg] 350 B2.1.1 300 B2.2.1 250 B2.3.1 200 B2.4.1 150 100 50 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 Deformación [mm] Figura 116. Curvas de Trabajo de las probetas B2 9.4.1 Análisis de sensibilidad por porcentaje de emulsión en la serie B2 El conjunto de resultados obtenidos analizados por grupos, teniendo en cuenta el porcentaje de emulsión aplicada como riego de impregnación y liga en el Geotextil, permite determinar la dotación óptima de emulsión para el producto GTX2 específicamente, que arriba a la mayor adherencia que se puede obtener en un paquete estructural como el modelizado con los especimenes de ensayo. Variación de la Tensión Tangencial con la Dotación de Riego Dotación Máxima = 1,5 lt/m 2 Tensión Tangencial [kg/cm 2] 5,0 4,5 4,0 y = -17,52x 2 + 23,668x - 3,9297 R² = 0,8861 3,5 3,0 2,5 2,0 Valor promedio de Tensión Tangencial 1,5 1,0 Polinómica (Valor promedio de Tensión Tangencial) 0,5 0,0 0% 20% 40% 60% 80% 100% Porcentaje de Dotación con respecto a la Máxima Figura 117. Variación de la Tensión Tangencial con la Dotación de Riego, serie B2 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 160-194 De las curvas obtenidas, presentes en la Figura 117 y 119, y mediante la resolución de la ecuación de la línea de tendencia de la Figura 117, se puede arribar a la conclusión que para el GTX2 la dotación óptima de emulsión que produce la máxima adherencia, cuando está colocado entre dos capas de mezclas asfálticas, es del orden del 68 % de la dotación de emulsión que produce la saturación total (1,5 lt/m2 de residuo asfáltico). Lo anteriormente expresado puede reducirse a la expresión, la dotación óptima de emulsión que produce la máxima adherencia en el GTX2 es aquella que produce un residuo asfáltico de 1,02 lt/m2. Los cálculos antes mencionados fueron resueltos mediante la ayuda de un programa SOLVER de iteraciones sucesivas y convergencia. Se configuró el programa con 100 iteraciones mediante derivadas progresivas. BUSQUEDA DEL VALOR DE EMULSIÓN QUE PROPORCIONA LA RESISTENCIA MÁXIMA y = -17,52x2 + 23,668x -3,9297 y = Resistencia a las Tensiones Tangenciales kg/cm2 4,1 x = Porcentaje de Emulsión Asfáltica 0,68 Figura 118. Resultados del programa SOLVER, serie B2 Deslizamiento entre Capas [mm] Variación de los Deslizamientos entre Capas con la Dotación de Riego Dotación Máxima = 1,5 lt/m2 1,4 y = 1,1955x + 0,1082 R² = 0,7431 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Valor promedio de Deslizamiento entre Capas 0,2 Línea de tendencia 0,0 0% 20% 40% 60% 80% 100% Porcentaje de Dotación con respecto a la Máxima Figura 119. Variación de los Deslizamientos entre Capas con la Dotación de Riego, serie B2 9.5 ENSAYOS SOBRE SERIE B3 La serie B3, corresponde a las probetas que han sido confeccionadas con dos capas de mezcla asfáltica de iguales características, las cuales han sido presentadas en el capítulo 6 LA MEZCLA ASFÁLTICA, entre las cuales se aplicó un riego de impregnación para el producto Geotextil Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 161-194 empleado, y la colocación propiamente dicha del Geotextil. El riego de impregnación del Geotextil, que a su vez cumple la función de riego de liga, se lo ha variado en su dotación pasando desde un 100 % del residuo asfáltico correspondiente al ensayo de Retención de Asfalto, por el 80 %, el 60 % y el 40 % de dicho residuo. Para facilitar su identificación, la serie de probetas moldeadas con el 100 % de la dotación de saturación se las ha denominado B3.1; la serie de probetas moldeadas con el 80 % de la dotación de saturación se las ha denominado B3.2; la serie de probetas moldeadas con el 60 % de la dotación de saturación se las ha denominado B3.3; y por último la serie de probetas moldeadas con el 40 % de la dotación de saturación se las ha denominado B3.4. En la serie de probetas B3, cual fuere su dotación de impregnación, el producto Geotextil empleado ha sido el denominado GTX3. Las probetas así confeccionadas fueron sometidas al Ensayo de corte sobre probetas (LCB Laboratorio de Caminos de Barcelona), y arrojaron los resultados presentes en la Tabla 42 y Tabla 43. Resistencia al Corte LCB LEMaC / UTN - FRLP Nº de Lab. = PAG012 Producto = Fecha = 14/12/2007 Temp. = MEZCLA MEZCLA RIEGO DE LIGA GTX3 21 H.R.% = 69 Nº Exped. = Nº Laborat. = Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos del Ensayo LCB Celda de Carga= Velocidad de rotura = Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = Probeta Nº [adim] B3.1.1 B3.1.2 B3.1.3 PROMEDIO 2 1.27 1.7 62.4% 22.09 Area [cm2] 81.1 81.1 81.1 81.1 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI Tn mm/min 2 lts/m gr Lectura [div] - = 100% Carga [kg] 74.8 88.4 89.3 84.2 Deslizamiento [mm] 0.9 0.9 0.8 0.8 W [kg/cm2] 0.9 1.1 1.1 1.0 [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO Celda de Carga= 162-194 2 Velocidad de rotura = Tn 1.27 Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = mm/min 2 lts/m 1.7 62.4% 17.67 Probeta Nº [adim] B.3.2.1 B.3.2.2 B.3.2.3 PROMEDIO Celda de Carga= gr Area [cm2] 81.1 81.1 81.1 81.1 Lectura [div] - 2 Velocidad de rotura = Celda de Carga= Area [cm 2] 81,1 81,1 81,1 81,1 Lectura [div] - 60% Carga [kg] 45,8 191,9 184,9 188,4 Deslizamiento [mm] 0,7 1,2 1,2 1,2 = 40% Carga [kg] 85.9 130.3 150.0 122.1 Deslizamiento [mm] 0.7 0.6 0.8 0.7 W [kg/cm 2] 0,6 2,4 2,3 2,3 mm/min 2 lts/m 1.7 62.4% 8.83 Probeta Nº [adim] B.3.4.1 B.3.4.2 B.3.4.3 PROMEDIO = W 2 [kg/cm ] 1.2 1.0 1.4 1.2 Tn 1.27 Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = Deslizamiento [mm] 0.9 0.6 0.8 0.8 gr 2 Velocidad de rotura = Carga [kg] 97.6 78.5 112.3 96.1 mm/min lts/m2 1,7 62,4% 13,25 Probeta Nº [adim] B.3.3.1 B.3.3.2 B.3.3.3 PROMEDIO 80% Tn 1,27 Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = = gr Area [cm2] 81.1 81.1 81.1 81.1 Lectura [div] - W [kg/cm2] 1.1 1.6 1.8 1.5 Tabla 42. Resumen de resultados de serie de probetas B3 B3.1.1 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.86 [kg] 74.82 Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2/mm] 1.07 [Mpa/mm] 0.10 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación [kg/cm2] 0.92 [MPa] 0.09 [kg/mm] 86.80 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 1.09 [MPa] 0.11 [kg/mm] 98.74 [kg/cm2/mm] 1.22 [Mpa/mm] 0.12 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 152.06 [MPa.mm] 0.18 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 191.72 [MPa.mm] 0.23 B3.1.2 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.90 [kg] 88.38 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 163-194 B3.1.3 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.77 [kg] 89.29 Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2/mm] 1.44 [Mpa/mm] 0.14 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación [kg/cm2] 1.10 [MPa] 0.11 [kg/mm] 116.56 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 1.20 [MPa] 0.12 [kg/mm] 104.42 [kg/cm2/mm] 1.29 [Mpa/mm] 0.13 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 0.97 [MPa] 0.09 [kg/mm] 124.93 [kg/cm2/mm] 1.54 [Mpa/mm] 0.15 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 1.38 [MPa] 0.14 [kg/mm] 141.57 [kg/cm2/mm] 1.75 [Mpa/mm] 0.17 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 0.56 [MPa] 0.06 [kg/mm] 66.86 [kg/cm2/mm] 0.82 [Mpa/mm] 0.08 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 2.37 [MPa] 0.23 [kg/mm] 163.72 [kg/cm2/mm] 2.02 [Mpa/mm] 0.20 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 2.28 [MPa] 0.22 [kg/mm] 159.77 [kg/cm2/mm] 1.97 [Mpa/mm] 0.19 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 1.06 [MPa] 0.10 [kg/mm] 130.15 [kg/cm2/mm] 1.61 [Mpa/mm] 0.16 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 1.61 [MPa] 0.16 [kg/mm] 209.13 [kg/cm2/mm] 2.58 [Mpa/mm] 0.25 W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2] 1.85 [MPa] 0.18 [kg/mm] 192.76 [kg/cm2/mm] 2.38 [Mpa/mm] 0.23 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 203.96 [MPa.mm] 0.25 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 203.86 [MPa.mm] 0.25 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 153.48 [MPa.mm] 0.19 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 192.85 [MPa.mm] 0.23 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 89.84 [MPa.mm] 0.11 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 519.59 [MPa.mm] 0.63 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 421.05 [MPa.mm] 0.51 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 238.73 [MPa.mm] 0.29 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 267.09 [MPa.mm] 0.32 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 338.62 [MPa.mm] 0.41 B3.2.1 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.94 [kg] 97.64 B3.2.2 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.63 [kg] 78.46 B3.2.3 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.79 [kg] 112.27 B3.3.1 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.69 [kg] 45.80 B3.3.2 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 1.17 [kg] 191.88 B3.3.3 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 1.16 [kg] 184.85 B3.4.1 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.66 [kg] 85.90 B3.4.2 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.62 [kg] 130.29 B3.4.3 Deformación Valor de Carga corresp. a Carga Máxima Máxima [mm] 0.78 [kg] 149.97 Tabla 43. Resultados pormenorizados de serie de probetas B3 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 164-194 A continuación se presenta la Figura 120 que representa el trabajo absorbido por las probetas. Se puede observar que la morfología de las curvas sigue un comportamiento similar, y guardan una correlación más pareja que la serie de probetas anteriores, a excepción de un menor número de casos. Trabajo Carga vs Deformación 500 B3.1.1 450 B3.1.2 400 B3.1.3 Carga [Kg] 350 B3.2.1 300 B3.2.2 250 B3.2.3 200 B3.3.1 150 100 B3.3.2 50 B3.3.3 0 B3.4.1 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 B3.4.2 B3.4.3 Deformación [mm] Figura 120. Curvas de Trabajo de las probetas B3 9.5.1 Análisis de sensibilidad por porcentaje de emulsión en la serie B3 El conjunto de resultados obtenidos analizados por grupos, teniendo en cuenta el porcentaje de emulsión aplicada como riego de impregnación y liga en el Geotextil, permite determinar la dotación óptima de emulsión para el producto GTX3 específicamente, que arriba a la mayor adherencia que se puede obtener en un paquete estructural como el modelizado con los especimenes de ensayo. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 165-194 Variación de la Tensión Tangencial con la Dotación de Riego Dotación Máxima = 1,7 lt/m 2 Tensión Tangencial [kg/cm 2] 2,50 2,00 y = -6,0334x2 + 7,1768x - 0,2526 R² = 0,5614 1,50 1,00 Valor promedio de Tensión Tangencial 0,50 Polinómica (Valor promedio de Tensión Tangencial) 0,00 0% 20% 40% 60% 80% 100% Porcentaje de Dotación con respecto a la Máxima Figura 121. Variación de la Tensión Tangencial con la Dotación de Riego, serie B3 De las curvas obtenidas, presentes en la Figura 121 y 122, y mediante la resolución de la ecuación de la línea de tendencia de la Figura 121, se puede arribar a la conclusión que para el GTX3 la dotación óptima de emulsión que produce la máxima adherencia, cuando está colocado entre dos capas de mezclas asfálticas, es del orden del 59 % de la dotación de emulsión que produce la saturación total (1,7 lt/m2 de residuo asfáltico). Lo anteriormente expresado puede reducirse a la expresión, la dotación óptima de emulsión que produce la máxima adherencia en el GTX3 es aquella que produce un residuo asfáltico de 1,00 lt/m2. Los cálculos antes mencionados fueron resueltos mediante la ayuda de un programa SOLVER de iteraciones sucesivas y convergencia. Se configuró el programa con 100 iteraciones mediante derivadas progresivas. Deslizamiento entre Capas [mm] Variación de los Deslizamientos entre Capas con la Dotación de Riego Dotación Máxima = 1,7 lt/m2 1,4 y = 0,0414x + 0,8405 R² = 0,0027 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Valor promedio de Deslizamiento entre Capas 0,2 0,0 0% 20% 40% 60% 80% 100% Lineal (Valor promedio de Deslizamiento entre Capas) Porcentaje de Dotación con respecto a la Máxima Figura 122. Variación de los Deslizamientos entre Capas con la Dotación de Riego, serie B3 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 166-194 BUSQUEDA DEL VALOR DE EMULSIÓN QUE PROPORCIONA LA RESISTENCIA MÁXIMA y = -6,0334x2 + 7,1768x -0,2526 y = Resistencia a las Tensiones Tangenciales kg/cm2 1,9 x = Porcentaje de Emulsión Asfáltica 0,59 Figura 123. Resultados del programa SOLVER, serie B3 9.6 ENSAYOS SOBRE SERIE C1 La serie C1, corresponde a las probetas que han sido confeccionadas con dos capas de mezcla asfáltica de iguales características, entre las cuales se aplicó un riego de liga para la Geogrilla empleada, y la colocación propiamente dicha de la Geogrilla. La dotación del riego de liga, ha sido constante, y corresponde a la recomendada por el fabricante del producto y las buenas prácticas de la construcción vial. (62) En la serie de probetas C1, la Geogrilla empleada ha sido la denominado GR1, cuyas características han sido descriptas en el capítulo 4 LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS. Las probetas así confeccionadas fueron sometidas al Ensayo de corte sobre probetas (LCB Laboratorio de Caminos de Barcelona), y arrojaron los resultados presentes en la Tabla 44 y Tabla 45. Resistencia al Corte LCB LEMaC / UTN - FRLP Nº de Lab. = PAG013 Producto = MEZCLA MEZCLA RIEGO DE LIGA GR1 Fecha = 06/12/2007 Temp. = 21 H.R.% = 68 Nº Exped. = Nº Laborat. = Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos del Ensayo LCB Celda de Carga= Velocidad de rotura = Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = Probeta Nº 2 1,27 0,6 62,4% 7,80 Tn mm/min lts/m2 gr = 100% Area [cm 2] 81,1 Lectura Carga Deslizamiento [adim] C1.1 [div] - [kg] 353,1 [mm] 0,7 W [kg/cm 2] 4,4 C1.2 C1.3 PROMEDIO 81,1 81,1 81,1 - 266,9 211,5 277,2 1,1 0,7 0,8 3,3 2,6 3,4 Tabla 44. Resumen de resultados de serie de probetas C1 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 167-194 C1.1 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima [mm] 0,66 [kg] 353,09 [kg/cm2] 4,36 W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [MPa] 0,43 [kg/mm] 533,37 [kg/cm2/mm] 6,58 [Mpa/mm] 0,65 Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2/mm] 3,09 [Mpa/mm] 0,30 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 651,49 [MPa.mm] 0,79 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 290,26 [MPa.mm] 0,35 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 631,60 [MPa.mm] 0,76 C1.2 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación [mm] 1,07 [kg] 266,95 [kg/cm2] 3,29 [MPa] 0,32 [kg/mm] 250,65 C1.3 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [mm] 0,72 [kg] 211,47 [kg/cm2] 2,61 [MPa] 0,26 [kg/mm] 293,71 [kg/cm2/mm] 3,62 [Mpa/mm] 0,36 Tabla 45. Resultados pormenorizados de serie de probetas C1 A continuación se presenta la Figura 124 que representa el trabajo absorbido por las probetas. Se puede observar que la morfología de las curvas sigue un comportamiento similar, aunque con valores de carga máxima más dispares. Para el caso de la Geogrilla, la curva es más puntiaguda, comparándola con las curvas obtenidas para los Geotextiles, lo que denota una rotura de mayor fragilidad en la comparación con su hermano Geosintético. Una particularidad es que la rama ascendente de la curva posee una pendiente de similar valor que la rama descendente pero de distinto signo, y su valor es medianamente constante a excepción de la rama descendente de la probeta C1.1 que posee tres pendientes bien diferenciadas. Trabajo Carga vs Deformación 500 450 400 Carga [Kg] 350 300 C1.1 250 C1.2 200 C1.3 150 100 50 0 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Deformación [mm] Figura 124. Curvas de Trabajo de las probetas C1 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 168-194 9.7 ENSAYOS SOBRE SERIE C2 La serie C2, corresponde a las probetas que han sido confeccionadas con dos capas de mezcla asfáltica de iguales características, entre las cuales se aplicó un riego de liga para la Geogrilla empleada, y la colocación propiamente dicha de la Geogrilla. La dotación del riego de liga, ha sido constante, y corresponde a la recomendada por el fabricante del producto y las buenas prácticas de la construcción vial. En la serie de probetas C2, la Geogrilla empleada ha sido la denominado GR2, cuyas características han sido descriptas en el capítulo 4 LOS PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS. Las probetas así confeccionadas fueron sometidas al Ensayo de corte sobre probetas (LCB Laboratorio de Caminos de Barcelona), y arrojaron los resultados presentes en la Tabla 46 y Tabla 47. Resistencia al Corte LCB LEMaC / UTN - FRLP Nº de Lab. = PAG014 Producto = Fecha = 22/02/2008 Temp. = MEZCLA MEZCLA RIEGO DE LIGA GR2 21 H.R.% = 68 Nº Exped. = Nº Laborat. = Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos del Ensayo LCB Celda de Carga= 2 Velocidad de rotura = Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = Tn 1,27 0,6 62,4% 7,80 Probeta Nº [adim] C2.1 C2.2 C2.3 PROMEDIO mm/min lts/m2 gr Area [cm2] 81,1 = 100% Lectura Carga Deslizamiento [div] [kg] [mm] 106,6 1,2 FALLA DE DESMOLDE 163,9 0,7 135,3 1,0 81,1 81,1 W [kg/cm2] 1,3 2,0 1,7 Tabla 46. Resumen de resultados de serie de probetas C2 C2.1 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima [mm] 1,25 [kg] 106,65 [kg/cm2] 1,32 W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [MPa] 0,13 [kg/mm] 85,39 [kg/cm2/mm] 1,05 [Mpa/mm] 0,10 Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2/mm] 2,76 [Mpa/mm] 0,27 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 100,06 [MPa.mm] 0,12 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 218,99 [MPa.mm] 0,26 C2.3 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación [mm] 0,73 [kg] 163,94 [kg/cm2] 2,02 [MPa] 0,20 [kg/mm] 223,96 Tabla 47. Resultados pormenorizados de serie de probetas C2 A continuación se presenta la Figura 125 que representa el trabajo absorbido por las probetas. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 169-194 Las curvas no presentan un patrón marcado, aunque sí se denota mayor fragilidad como en el anterior caso de empleo de Geogrillas. Trabajo Carga vs Deformación 500 450 400 Carga [Kg] 350 300 C2.1 250 C2.3 200 150 100 50 0 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Deformación [mm] Figura 125. Curvas de Trabajo de las probetas C2 9.8 ENSAYOS SOBRE SERIE D1 Dada la conformación de malla abierta de la Geogrilla GR2, y los resultados no satisfactorios obtenidos con sólo su empleo, se ha decidido confeccionar la serie de probetas denominadas D1. Esta serie, corresponde a las probetas que han sido confeccionadas con dos capas de mezcla asfáltica de iguales características, entre las cuales se aplicó un riego de impregnación y liga para el conjunto de Geotextil y Geogrilla empleados como Geocompuesto, y la colocación propiamente dicha de dichos productos. La dotación del riego de liga, ha sido constante, y corresponde a la óptima obtenida para el Geotextil empleado en la serie de probetas B1. En la serie de probetas D1, el Geotextil empleado ha sido el GTX1, dado que su gramaje es el adecuado para acompañar y funcionar como sostén complementario a la Geogrilla. La Geogrilla empleada ha sido la denominado GR2, cuyas características han sido descriptas en el Capítulo 4. Las probetas así confeccionadas fueron sometidas al Ensayo de corte sobre probetas (LCB Laboratorio de Caminos de Barcelona), y arrojaron los resultados presentes en la Tabla 48 y Tabla 49. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 170-194 Resistencia al Corte LCB LEMaC / UTN - FRLP Nº de Lab. = PAG015 Producto = MEZCLA MEZCLA RIEGO DE LIGA GR2+GTX1 Nº Exped. = Fecha = 27/02/2008 Temp. = 22 H.R.% = 65 Nº Laborat. = Este ensayo ha sido efectuado siguiendo los lineamientos del Ensayo LCB Celda de Carga= 2 Velocidad de rotura = Tn 1,27 Dotación de Asfalto = Residuo de Emulsión = Emulsión por probeta = mm/min lts/m2 1,2 62,4% 15,59 Probeta Nº gr = 100% Area [cm 2] 81,1 Lectura Carga Deslizamiento [adim] D1.1 [div] - [kg] 31,1 [mm] 0,2 W [kg/cm 2] 0,4 D1.2 D1.3 PROMEDIO 81,1 81,1 81,1 - 6,1 29,1 30,1 0,7 0,9 0,6 0,1 0,4 0,4 Tabla 48. Resumen de resultados de serie de probetas D1 D1.1 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima [mm] 0,22 [kg] 31,08 [kg/cm2] 0,38 W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [MPa] 0,04 [kg/mm] 141,29 [kg/cm2/mm] 1,74 [Mpa/mm] 0,17 Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2/mm] 0,10 [Mpa/mm] 0,01 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 43,76 [MPa.mm] 0,05 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 11,07 [MPa.mm] 0,01 Area debajo de la curva Area debajo de la curva TRABAJO [kg.mm] 52,41 [MPa.mm] 0,06 D1.2 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación [mm] 0,74 [kg] 6,12 [kg/cm2] 0,08 [MPa] 0,01 [kg/mm] 8,23 Relación W MáximaDeformación Relación W MáximaDeformación [kg/cm2/mm] 0,39 [Mpa/mm] 0,04 D1.3 Deformación corresp. a Carga Máxima Valor de Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima W corresp. a Carga Máxima Relación Carga MáximaDeformación [mm] 0,92 [kg] 29,10 [kg/cm2] 0,36 [MPa] 0,04 [kg/mm] 31,49 Tabla 49. Resultados pormenorizados de serie de probetas D1 A continuación se presenta la Figura 126 que representa el trabajo absorbido por las probetas. Las curvas demuestran que la tendencia no satisfactoria de la GR2, no fue mejorada por el aporte del GTX1, por lo contrario el aumento de espesor de la interfase y la continuidad del GTX1 que evita el contacto íntimo mezcla - mezcla, se evidenciaron con menores valores de carga y tensión tangencial de adherencia. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] ENSAYOS DE LABORATORIO 171-194 Trabajo Carga vs Deformación 500 450 400 Carga [Kg] 350 300 D1.1 250 D1.2 200 D1.3 150 100 50 0 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Deformación [mm] Figura 126. Curvas de Trabajo de las probetas D1 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] CONCLUSIONES 172-194 10. CONCLUSIONES 10.1 SOBRE LA FALLA DE ADHERENCIA EN LOS PAVIMENTOS Los pavimentos asfálticos, en especial las intervenciones de mantenimiento que conllevan recapados, son sistemas multicapas que deben trabajar mancomunadamente en forma indefectible para asegurar su éxito. Si la adherencia entre capas falla, la vida útil del pavimento se ve gravemente deteriorada acortando los tiempos en que se llega al colapso de la estructura. La falla por adherencia entre capas es identificable fácilmente por el efecto de corrimiento (shoving o corrugation) que se produce en las mezclas de carpeta, muchas veces en forma de medialuna en sentido del tránsito, sobre todo en aquellas zonas que estarán sometidas a solicitaciones severas de frenado y aceleración por parte de los vehículos. Este tipo de falla puede deberse también a otras causas como las deficiencias en las técnicas constructivas. Sin embargo cuando esta falla es producto de la falta de adherencia entre capas generalmente vendrá acompañada, en un estadio posterior de su evolución, de fisuras en la fibra más traccionada y la posterior aparición en la superficie. 10.2 SOBRE EL ESTADO ACTUAL DE LA VALORACIÓN DE ADHERENCIA Actualmente en el mundo existen diversos métodos para la valoración de adherencia entre capas, muchos de ellos aplicables a capas de un pavimento. Sin embargo no se llega a un consenso generalizado del método a emplear y de los límites tolerables que consideran una buena adherencia o una pobre adherencia. Los métodos de valoración de adherencia que generan esfuerzos cortantes sobre la interfase son de preferencia ya que, reproducen solicitaciones que pueden darse de manera real entre las capas de un pavimento, acompañado por otras solicitaciones en menor medida, ante cargas como el tránsito o las contracciones y dilataciones térmicas. El ensayo LCB se ha destacado del resto porque brinda una serie de ventajas: 1. El ensayo LCB permite evaluar la adherencia de los distintos tratamientos o elementos que se den a la intercapa de unión entre el sustrato y la capa de rodamiento de un pavimento. 2. El ensayo LCB es aplicable tanto a probetas confeccionadas en laboratorio como a núcleos calados del pavimento. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] CONCLUSIONES 3. 173-194 El ensayo LCB permite que la aplicación de las cargas se materialice mediante el empleo de una prensa Marshall convencional, equipo con velocidad de avance controlada, la cual se ha establecido en 1,27 mm/min. Esta prensa es de uso ampliamente difundido en reparticiones viales, laboratorios de ensayos, centros de investigaciones que obran en el ámbito de la República Argentina como así también en la esfera internacional. 4. El sistema de apoyos requerido para la ubicación de la probeta o núcleo a ser ensayo consta de dos apoyos simples, los cuales no requieren ajustes como los sistemas de mordaza o las fijaciones de otros equipos de corte. 5. Para la situación más rudimentaria de ensayos al pie de obra, el equipo LCB permite arrojar valores de carga última y deformación correspondiente, registrados con aros dinamométricos y flexímetros. Para un desarrollo más específico puede dotarse al equipo de un registro continuo de cargas y deformaciones a través de celdas de carga y LVDT, como el empleado en la presente Tesis. 10.3 SOBRE LA INFLUENCIA DE LOS GESOINTÉTICOS EN LA REPAVIMENTACIÓN DE CAMINOS El empleo de Geosintéticos en la repavimentación de caminos, surge en los estados del sur de EE.UU., con el principal fin de retardar la propagación de fisuras reflejas desde el pavimento envejecido a la capa de pavimento nuevo. Dentro de los Geosintéticos los de mayor empleo en la repavimentación son los Geotextiles no tejidos embebidos en asfalto, las Geogrillas también conocidas como Geomallas, y los Geocompuestos formados por una capa de Geotextil acompañada por un mastic asfáltico polimerizado, estos últimos se han difundido en menor medida porque son productos relativamente nuevos en el mercado local. La función de retardo de las fisuras reflejas que cumplen los Geosintéticos, ha sido comprobada por diversas investigaciones internacionales y otros estudios del ámbito local se están llevando a cabo. Sin embargo hasta el momento no se había estudiado como incidía la incorporación de un producto tal en la adherencia entre el sustrato y la capa de refuerzo, lo que motivó el desarrollo de la presente Tesis. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] CONCLUSIONES 174-194 10.4 SOBRE LA INFLUENCIA DE LOS GEOSINTÉTICOS EN LA ADHERENCIA ENTRE CAPAS DE UN PAQUETE ESTRUCTURAL DE CAMINOS 10.4.1 Análisis Comparativo El análisis comparativo de los resultados obtenidos en el capítulo 9 ENSAYOS DE LABORATORIO, es sin lugar a duda el objetivo principal al cual se arriba con la presente Tesis. Para el análisis de los valores promedios obtenidos, en las circunstancias más favorables (dotaciones óptimas de emulsión, para el caso de Geotextiles), se han obtenido los resultados que se presentan en conjunto, para su mejor comparación, en la presente tabla y figuras. MATERIAL MEZCLA MEZCLA MEZCLA MEZCLA MEZCLA MEZCLA MEZCLA - RIEGO - MEZCLA - RIEGO - GTX 1 - MEZCLA - RIEGO - GTX 2 - MEZCLA - RIEGO - GTX 3 - MEZCLA - GR1 - MEZCLA - GR2 - MEZCLA - RIEGO - GTX 1 - GR2 - MEZCLA DOTACIÓN CTO. ASF. (lt/m2) 0,40 0,94 1,01 1,01 0,60 0,60 1,20 CARGA (Kg) 401,90 248,00 329,56 152,60 277,26 135,34 30,10 TENSIÓN (Kg/cm2) 4,96 3,06 4,06 1,88 3,42 1,67 0,37 DEFORMACIÓN T/D (mm) (MPa/mm) 1,43 3,48 1,19 2,57 0,92 4,44 0,87 2,18 0,82 4,19 0,99 1,68 0,57 0,65 Tabla 50. Tabla comparativa de adherencias entre valores promedios Gráfico comparativo con y sin geosintéticos Carga (kg) 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 MEZCLA - RIEGO - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 2 - MEZCLA MEZCLA - GR1 - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 1 - GR2 - MEZCLA 1 MEZCLA - RIEGO - GTX 1 - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 3 - MEZCLA MEZCLA - GR2 - MEZCLA Figura 127. Comparativa de Carga máxima de adherencias entre valores promedios Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] CONCLUSIONES 175-194 Gráfico comparativo con y sin geosintéticos Dotación (lt/m2) 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 MEZCLA - RIEGO - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 2 - MEZCLA MEZCLA - GR1 - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 1 - GR2 - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 1 - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 3 - MEZCLA MEZCLA - GR2 - MEZCLA Figura 128. Dotación de emulsión aplicada en cada caso Gráfico comparativo con y sin geosintéticos Tensión (kg/cm2) 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 MEZCLA - RIEGO - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 2 - MEZCLA MEZCLA - GR1 - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 1 - GR2 - MEZCLA 1 MEZCLA - RIEGO - GTX 1 - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 3 - MEZCLA MEZCLA - GR2 - MEZCLA Figura 129. Comparativa de Tensión de adherencias entre valores promedios Gráfico comparativo con y sin geosintéticos Deformación (mm) 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 MEZCLA - RIEGO - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 2 - MEZCLA MEZCLA - GR1 - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 1 - GR2 - MEZCLA 1 MEZCLA - RIEGO - GTX 1 - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 3 - MEZCLA MEZCLA - GR2 - MEZCLA Figura 130. Comparativa de Deformación entre valores promedios De los cuales se puede decir: En ninguno de los casos estudiados, la incorporación de Geosintético entre capas asfálticas ha mejorado la adherencia, en comparación con el contacto íntimo entre mezcla y mezcla. Esto se debe a que la propia naturaleza del ligante asfáltico es menos compatible a adherirse a los Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] CONCLUSIONES 176-194 polímeros que componen los Geosintéticos, que a sí mismo. Sin embargo los Geosintéticos tienen aportes sustanciales en el retardo de la fisuración refleja, es por ello que se los emplea en la actualidad como elementos inter capa en los refuerzos asfálticos. Si se considera a la máxima adherencia obtenida entre capas, a aquella presente entre dos capas de mezcla y riego de liga, y se considera a tal circunstancia como adherencia total, para la cual se le asigna un coeficiente 1,0; el Geosintético que mejor se comporta a la adherencia es el GTX2 con su dotación óptima de riego de impregnación y liga de 1,0 lt/m2, al cual le correspondería un coeficiente de adherencia de 0,82; o lo que es equivalente decir, posee una adherencia del 82 % de la adherencia total, o de la máxima que se puede obtener. Este coeficiente de adherencia, que surge de comparar la tensión de adherencia de la muestra con producto, con la tensión de adherencia máxima obtenida entre contacto intimo mezcla – mezcla; posee un valor agregado ya que muchos métodos de cálculo de paquete estructural lo cuantifican y lo hacen intervenir en la determinación de espesores de capas de pavimento. CAd Ad1 Ad max Ecuación 18. Coeficiente de Adherencia CAd. Donde: CAd = Coeficiente de Adherencia = [adimensional] Ad1 = Tensión de adherencia de la muestra con producto = [kg/cm2] Admax = Tensión de adherencia máxima entre contacto intimo mezcla – mezcla = [kg/cm2] El valor de este coeficiente de adherencia puede ser obtenido, como queda demostrado, por el Ensayo de Corte sobre Probetas (LCB). Si se hiciera un análisis cualitativo de los resultados se puede decir, que la rotura de probetas que poseen productos Geosintéticos intercalados es del tipo dúctil, propiciando la deformación luego de la carga máxima y hasta alcanzar la separación total de la probeta. Esta situación observada, lleva a que los especimenes con Geosintético absorban un mayor trabajo, calculado como el área debajo de la curva carga vs. deformación. Por otro lado, en la mayoría de las determinaciones efectuadas el Geosintético terminó firmemente adherido a una de las caras de la interfase. Del total de las determinaciones efectuadas, en el 86 % de los casos el geosintético terminó adherido a la semi probeta superior, lo que denota una mejor adherencia a la mezcla asfáltica en caliente que al riego de emulsión. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] CONCLUSIONES 177-194 10.4.2 El Ensayo LCB como herramienta para determinar la dotación óptima de riegos de impregnación y liga Se ha encontrado en el Ensayo LCB, una metodología simple y de fácil aplicación en el control de la adherencia entre capas de pavimentos. Dicho ensayo ha sido tomado para verificar los efectos que generan los productos Geosintéticos, en la adherencia entre capas asfálticas. (64) El Ensayo LCB es apto para ser utilizado en etapas de laboratorio sobre probetas, ya sea para investigación o control de calidad, como también en etapas pos obra sobre núcleos calados del pavimento. Su sencilla implementación lo hace apto para ser efectuado en laboratorios de obra. Gracias al Análisis de Sensibilidad efectuado, haciendo variar para cada producto Geotextil empleado los distintos porcentajes de su dotación máxima de emulsión, se ha podido obtener mediante un medio cuantificable (Ensayo LCB) la dotación óptima para cada producto que arroja la máxima adherencia ante la solicitación del ensayo. El valor de la adherencia entre capas asfálticas con intercapa de Geotextil se ha cuantificado, y el promedio de los resultados para la dotación óptima asciende a 4,1 kg/cm2, en el caso del Geotextil recomendado. Esta adherencia puede ser considerada como aceptable. 10.5 CONCLUSIONES FINALES Atendiendo a lo planteado como objetivo principal de la tesis y objetivos específicos y complementarios, se menciona: Se ha logrado estudiar, mediante un método de ensayo verificado, el comportamiento de la adherencia entre capas asfálticas cuando se intercala entre ellas un producto Geosintético (Geotextil y/o Geogrilla), considerando como patrón la adherencia entre capas asfálticas sin ningún material intercalado. Además se ha plasmado la importancia de la cuantificación de la adherencia entre capas de un paquete estructural, y las dificultades que conlleva en este sentido la aplicación de un Geosintético entre las capas con otros fines, como ser el retardo de la fisuración refleja. A través de esta Tesis se difunde la metodología de Ensayo de Corte sobre probetas LCB, la cual fue adaptada a las tecnologías de nuestro país, como así también se consolidan metodologías de confección de probetas y otros condicionantes no Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] CONCLUSIONES 178-194 explicitados en otros trabajos de investigación, o en la normativa consultada al respecto. Los diferentes Geosintéticos, por su conformación, textura, materiales componentes y forma, se comportan de manera diferente ante un ensayo de adherencia. Además, cada producto posee una condición óptima de utilización, la cual ha sido indagada y obtenida en los respectivos análisis de sensibilidad presentes en los apartados 9.3.1 , 9.4.1 , 9.5.1. Queda entonces por decir, que los interrogantes planteados en el capítulo 2 LA FALLA POR ADHERENCIA EN PAVIMENTOS FLEXIBLES, quedan respondidos de la siguiente manera: ¿La incorporación de un producto Geosintético en el paquete estructural de un pavimento, influye en la adherencia entre capas asfálticas? Como era de preverse, pero ahora con evidencia cuantificable, se puede asegurar que la incorporación de un producto Geosintético entre capas asfálticas de un paquete estructural de un pavimento influye en la adherencia de dichas capas. ¿La influencia en la adherencia, al incorporarse un Geosintético, es perjudicial o es beneficiosa? En los casos estudiados, la influencia en la adherencia ha sido perjudicial si lo que se busca es obtener el monolitismo y el trabajo en conjunto de las capas resistentes. No obstante ello, la incorporación de los Geosintéticos, la mayoría de las veces, se debe a otros fines como ser el retardo de la fisuración refleja. La valoración de la adherencia sirve para cuantificar en que proporción se ve perjudicada esta propiedad, y por lo tanto hacer las correcciones necesarias de los cálculos del paquete estructural. ¿En cuánto altera la adherencia de las capas asfálticas la incorporación de un Geosintético? La incorporación de un Geosintético, altera la adherencia reduciéndola desde un 18 % hasta un 66 %, dependiendo del tipo de producto intercalado. ¿Existe la posibilidad de optimizar la adherencia de un paquete estructural cuando en él fue incorporado un Geosintético? Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] CONCLUSIONES 179-194 Existe la posibilidad de optimizar la adherencia de un paquete estructural cuando en él fue incorporado un Geosintético, la manera de hacerlo se propone que sea con una caracterización completa de los materiales y una valoración de adherencia por el Ensayo de Corte sobre probetas (LCB), como la metodología empleada en la presente Tesis. El análisis de sensibilidad, variando condiciones de la interfase como ser, principalmente dotaciones de riego de liga, tipología de emulsiones a emplear, y tratamientos de los sustratos, darán como resultados las condiciones óptimas de aplicación del producto con las cuales se obtenga la máxima adherencia. ¿Qué condiciones constructivas son las óptimas para lograr una buena adherencia entre capas asfálticas cuando se les intercalo un Geosintético? En la aplicación de Geosintéticos en repavimentación es fundamental el tratamiento previo adecuado de la capa existente envejecida. Deberá preverse que la superficie sobre la cual se colocarán los rollos del Geosintético esté razonablemente libre de elementos tales como suciedad, agua, vegetación y escombros que pudiesen entorpecer el contacto entre el ligante asfáltico y la mezcla asfáltica envejecida. Los equipos recomendables utilizados en este tipo de operaciones son compresores neumáticos con boquillas adecuadas para limpieza o incluso se permite la utilización de escobas. Cuando se trabaja sobre fresado se debe realizar una limpieza muy minuciosa, ya que la superficie debe quedar libre del polvillo que se genera durante el fresado, preferiblemente se debe realizar esta limpieza con aire comprimido o con agua dejando secar muy bien la superficie. Después de terminar el proceso de limpieza, todas las fisuras deberán ser sopleteadas y selladas con un material apropiado para tal fin, sin sobrepasar la cantidad por encima del nivel existente; dichas fisuras deberán recibir un tratamiento adecuado según su grado de deterioro. En el caso de que las fisuras sean originadas por fallas estructurales, el pavimento será intervenido de la manera más adecuada dependiendo de los resultados de la auscultación y evaluación del pavimento. Se deberá escoger el material adecuado para el riego de liga, que posee la mejor compatibilidad posible con el Geosintético y en las dotaciones que resulten de un estudio como la presente Tesis. En el caso de utilizar emulsiones se deberá esperar su rompimiento antes de iniciar la instalación del Geosintético. Se recomienda colocar la emulsión asfáltica siempre en dos etapas, en forma homogénea y uniforme, para evitar desplazamiento por efectos de la pendiente transversal de la calzada. Se riega el 50% de la cantidad total de emulsión, se espera Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] CONCLUSIONES 180-194 a que rompa esta primera parte; luego, se instala el Geosintético, y luego se aplica el 50% restante. Se deberá procurar que los riegos sean uniformes en toda la superficie a tratar. Se debe instalar el Geosintético, extendiéndolo en forma manual o mecánica sobre la superficie de manera pareja, de tal manera de evitar la formación de arrugas o pliegues. Para facilitar un mayor contacto (adherencia) del Geosintético con el ligante y con la capa antigua y eliminar en mayor proporción las arrugas del Geosintético, se podrán utilizar equipos mecánicos de compactación como es el caso de un rodillo neumático en una pasada directamente sobre el Geosintético transitando a bajas velocidades. Otro factor principal a considerar es evitar la formación de arrugas durante la colocación del Geosintético, ya que las mismas atentan en forma gravitante sobre la adherencia entre capas, además de afectar otros parámetros como el confort del usuario ante la rugosidad del pavimento terminado. La formación de arrugas, por otro lado, impide la correcta impregnación del Geosintético y su contacto adecuado con el riego de liga. Si se diera el caso de formación de arrugas, dependiendo su magnitud, deberá ser cortado el material para proceder a eliminar la arruga o reemplazar un sector del mismo. (63) ¿Todos los Geosintéticos alteran la adherencia de las capas asfálticas de la misma manera? Como se puede observar en la Figura 129 y se resalta en la Figura 131, no todos los Geosintéticos alteran la adherencia entre capas de la misma manera. Los Geotextiles han tenido, en general mejor comportamiento a la adherencia que la Geogrilla abierta, y dentro de los Geotextiles, aquel de gramaje medio fue el más satisfactorio. Gráfico comparativo de geosintéticos Tensión (kg/cm2) 6,00 4,00 2,00 0,00 MEZCLA - RIEGO - GTX 1 - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 3 - MEZCLA MEZCLA - GR2 - MEZCLA 1MEZCLA - RIEGO - GTX 2 - MEZCLA MEZCLA - GR1 - MEZCLA MEZCLA - RIEGO - GTX 1 - GR2 - MEZCLA Figura 131. Comparativa de Tensión de adherencias entre valores promedios considerando sólo Geosintéticos Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] CONCLUSIONES 181-194 ¿De que depende una mayor o menor alteración? ¿Esta alteración está relacionada con algún parámetro del Geosintético? Los distintos grados de alteración de la adherencia pueden depender de muchos factores, dentro de los cuales se han identificado aquellos presentes en los productos de las evaluaciones efectuadas. La primera clasificación que se puede hacer, es la distinción entre Geotextiles y Geogrillas, ya que las características intrínsecas identificadas como posibles alteradoras de la adherencia son diferentes para cada caso. Como ya se ha visto, en el análisis de sensibilidad efectuado en el capítulo 9 ENSAYOS DE LABORATORIO, para los Geotextiles el principal factor que perjudica su adherencia es la dotación del riego de impregnación y liga efectiva. Esta dotación (llamada dotación óptima para un producto) depende propiamente de la retención asfáltica que posea el Geotextil (dotación máxima) y de su coeficiente de alteración que sufre esa dotación máxima para convertirse en óptima (fruto del estudio con el Ensayo de Corte sobre probetas LCB). De los resultados obtenidos no es directamente obtenible una relación entre la dotación del riego y la Tensión de Adherencia, por lo que fue necesario obtener un Factor de relación entre distintos parámetros de los Geotextiles, de tal manera que sea factible establecer una vinculación entre este factor y la Tensión de Adherencia. El Factor de relación conjuga la dotación de riego, con el espesor del Geotextil y la resistencia a la Tracción del mismo. Si bien los límites recomendados de dotación para Geotextiles pueden oscilar entre 1,6 lt/m2 a 2 lts/m2 si se siguieran los lineamientos de la Ecuación 06 Dotación de cemento asfáltico según Button, los resultados obtenidos han demostrado que cada producto posee su punto óptimo de dotación. Para el conjunto de los Geotextiles cuanto mayor sea el Factor de relación, mejor será la respuesta al ensayo de adherencia. Relación Tensión de Adherencia vs. Factor de relación DOT*ESP/TRACC Dot*Esp/Tracc 0,3000 DOT*ESP/TRACC 0,2500 0,2000 Lineal (DOT*ESP/TRACC) 0,1500 y = 0,0347x + 0,14 R² = 0,8778 0,1000 0,0500 0,0000 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Figura 132. Relación Tensión de Adherencia vs. Factor de relación para Geotextiles Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] CONCLUSIONES 182-194 Para el caso del empleo de Geogrillas, se ha obtenido un parámetro compuesto entre resistencia a la tracción por el método de la banda ancha y el espesor de la Geogrilla, del cual se puede obtener una relación con la Tensión de Adherencia obtenida por el Ensayo LCB. A mayor tensión de tracción y a menor espesor de la Geogrilla, las respuestas ante el ensayo de adherencia serán mejores, como se puede visualizar en la Figura 133. Relación Tensión de Adherencia vs. Tracción sobre Espesor para Geogrillas Tracción/Espesor (kN/m.mm) 25,00 TRACCION SOBRE ESPESOR 20,00 Lineal (TRACCION SOBRE ESPESOR) 15,00 y = 5,2383x + 4,3043 R² = 0,9355 10,00 5,00 Tensión de Adherencia (kg/cm 2) 0,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 Figura 133. Relación Tensión de Adherencia vs. Tracción sobre Espesor para Geogrillas 13.6 RECOMENDACIÓN La presente Tesis brega por llevar la evaluación de adherencia por el Ensayo de Corte sobre probetas (LCB) a los Pliegos de Especificaciones de organismos gubernamentales, como un elemento más de control en las obras viales de repavimentación y obra nueva donde el paquete estructural proyectado deba asegurar una adecuada adherencia entre capas. Por los resultados vistos, esta necesidad de incorporar la evaluación de adherencia en el control pre y pos obra se ve acentuada cuando en los paquetes estructurales de repavimentación se emplean productos Geosintéticos. Se propone implementar el Ensayo de Corte sobre probetas (LCB), para determinar las condiciones óptimas de instalación de Geosintéticos aplicados entre capas asfálticas con diversos fines, entre los cuales se encuentra el retardo de la fisuración refleja. Cuando se incorporan Geotextiles entre capas de un pavimento con fines determinados, debe tener especial importancia la adecuada definición de las dotaciones de riego a ser aplicadas. En cambio en el uso de las Geogrillas, se deberá determinar la adecuada abertura de malla de la misma como así también si la instalación debe ser con el acompañamiento de un Geotextil o no. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] BIBLIOGRAFÍA 183-194 BIBLIOGRAFÍA (1) Método AASHTO'93 AASHTO. Traducido por Ing. Oscar V. Cordo Ing. 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Proceedings of the Second International RILEM Conference National Institute of Standards and Technology ACI Structural Journal (19) Riegos de adherencia. Materiales y Ensayos de Control Miró Recasens, Rodrigo Universidad Politécnica de Catalunya España (20) Test Method No. Iowa 406-C “Method of Test for Determining the Shearing Strength of Bonded Concrete”. (21) Repeatability of Interlayer Shear Resistance determined with Two Test Procedures (22) IRAM 78001:2003. Geosintéitocos. Terminología Oklahoma Department of Transportation Oklahoma Department of Estados Unidos Transportation Canestrari, Francesco; Ferrotti, Gilda; Partl, S.I.I.V. Società Italiana Infrastutture Italia Manfred; Santagata, Felice Viarie IRAM IRAM Argentina Año 2000 (23) Designing with Geosynthetics Koerner, Robert M. Prentice Hall Estados Unidos Año 2005 (24) Soluciones con Geosintéticos Geotextiles Uralita Uralita España Año 2003 (25) Análisis del uso de los Geotextiles en la Ingeniería Civil Sociedad Argentina de Mecánica de Suelos Argentina Año 1991 (26) Sierra, Sistema de retención de taludes Tensar Earth Technologies Sociedad Argentina de Mecánica de Suelos Tensar Earth Technologies Estados Unidos Año 2006 (27) Introducción a los Textiles Hollen, Norma; Saddler, Jane; Langford, Anna Ing. Botasso, Gerardo; Ing. Fensel, Enrique; Ing. Ricci, Luis Palmeira, E.M. LIMUSA España Año 2005 Comisión Permanente del Asfalto Argentina Año 2004 Estados Unidos Año 2007 Estados Unidos Año 2005 (28) Caracterización de Geosintéticos para uso Vial (29) Geosynthetics in Road Engineering Año 2009 Año 2005 Año 2003 (30) Geotextile Specification for Highway Aplications AASHTO Designation M 288-05 (31) IRAM 78002 Determinación de la masa por unidad de área AASHTO International Geosynthetics Society (IGS) AASHTO IRAM Subcomité de Geosintéticos IRAM Argentina Año 1997 (32) IRAM 78004-1 Determinación del espesor a presiones prefijadas Parte 1: Capas individuales IRAM Subcomité de Geosintéticos IRAM Argentina Año 1998 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] BIBLIOGRAFÍA 185-194 (33) IRAM 78018 Determinación de la resistencia a la tracción de geotextiles no tejidos bajo carga concentrada por el método de agarre (“grab test”) (34) IRAM 78012 Ensayo de tracción con probetas anchas IRAM Subcomité de Geosintéticos IRAM Argentina Año 2004 IRAM Subcomité de Geosintéticos IRAM Argentina Año 2001 (35) Geosintéticos desde la Fabricación a su Aplicación en Obra UTN LEMaC - INTI CIT LEMaC Argentina Año 2003 (36) Tesis de Becarios Año 2009. Tracción con probetas anchas UTN LEMaC - Guido Rosso LEMaC Argentina Año 2010 (37) IRAM 78027 Determinación de la retención de asfalto por los geotextiles empleados en pavimentación asfáltica en todo su ancho. (38) Manual de Diseño. Séptima edición IRAM Subcomité de Geosintéticos IRAM Argentina Año 2007 Amanco - PAVCO Amanco - PAVCO Colombia Año 2006 (39) Manual del Asfalto The Asphalt Institute URMO España Año 1973 (40) Las Emulsiones Asfalticas UTN LEMaC – Cecilia Soengas, Rubén Gonzalez Transportation Research Board Characteristics of Bituminous Materials Committe Akzo Nobel LEMaC Argentina Año 2006 Transportation Research Board Estados Unidos Año 2006 Akzo Nobel Suecia Año 1999 (43) IRAM 6691 Asfaltos. Emulsiones asfálticas catiónicas convencionales (44) IRAM 6721 Método para la determinación de la viscosidad Saybolt Furol (45) IRAM 6719 Método de determinación por destilación del residuo asfáltico y de los hidrocarburos destilables (46) IRAM 6716 Método de ensayo de asentamiento IRAM Subcomité de Asfaltos IRAM Argentina Año 2008 IRAM Subcomité de Asfaltos IRAM Argentina Año 1989 IRAM Subcomité de Asfaltos IRAM Argentina Año 1988 IRAM Subcomité de Asfaltos IRAM Argentina Año 1989 (47) IRAM 6715 Determinación del residuo asfáltico por determinación de agua (48) IRAM 6717 Residuo sobre tamiz IRAM 850 m IRAM Subcomité de Asfaltos IRAM Argentina Año 1986 IRAM Subcomité de Asfaltos IRAM Argentina Año 1991 (49) IRAM 6576 Determinación de la penetración utilizando un penetrómetro de aguja IRAM Subcomité de Asfaltos IRAM Argentina Año 2004 (41) Asphalt Emulsion Technology (42) Emulsiones Asfálticas. Boletín Técnico Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] BIBLIOGRAFÍA (50) IRAM 6579 Determinación de la ductilidad 186-194 IRAM Argentina Año 2005 (51) Análisis de la resistencia a las deformaciones plásticas de Padilla Rodríguez, Alejandro mezclas bituminosas densas de la normativa mexicana mediante el ensayo de pista (52) Especificaciones Técnicas de Mezclas Asfálticas en Caliente Comisión Permanente del Asfalto. Subcamisión Redacción de Especificaciones (53) Ingeniería de Carreteras. Vol. 1 y Vol. 2. Kraemer, Carlos; Pardillo, Jose Maria; Sandro, Rocci (54) Las Mezclas Asfálticas y su Diseño en Revestimientos Bolzan, Pablo Viales (55) Pliego de Especificaciones Técnicas Generales Dirección Nacional de Vialidad Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Infraestructura del Transport i del Territori Comisión Permanente del Asfalto España Año 2004 Argentina Año 2006 McGraw Hill/ Interamericana de España S.A. Maestría en Ingeniería del Transporte – Orientación Vial - UBA Dirección Nacional de Vialidad España Año 2004 Argentina Año 2006 Argentina Año 1998 (56) Norma VN – E9 – 86 Ensayo de Estabilidad y Fluencia por el Método Marshall Dirección Nacional de Vialidad Argentina Año 2008 (57) VN – E69 – 78 Determinación del Contenido de Asfalto en Mezclas en caliente por el Método de Centrifuga Dirección Nacional de Vialidad Argentina Año 2008 (58) Procedimiento de ensayo de corte para la evaluación de la unión entre capas proporcionada por los riegos de adherencia (59) NLT-382/08 Evaluación de la adherencia entre capas de firme, mediante ensayo de corte (60) Evaluación de adherencia entre capas asfálticas con mezclas elaboradas en laboratorio mediante el ensayo de corte LCB (61) Apuntes de la Cátedra Métodos Cuantitativos de la Maestría en Ingeniería del Transporte Orientación Vial Universitat Politècnica de Catalunya Dirección Nacional de Vialidad – Edición 2008 1º Distrito Buenos Aires Dirección Nacional de Vialidad – Edición 2008 1º Distrito Buenos Aires Oficina Española de Patentes Y Marcas CEDEX Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas Comisión Permanente del Asfalto España Año 2006 España Año 2008 Argentina Año 2004 Argentina Año 2006 (62) HaTelit Installation Guidelines HUESKER Departamento de Transporte, Facultad de Ingeniería, Universidad de Buenos Aires HUESKER Alemania Año 2008 (63) Especificaciones Generales de Construcción con Geosintéticos (64) Recapados de Pavimentación Urbana con Productos Geosintéticos. La Valoración de su Adherencia mediante Ensayo LCB PAVCO PAVCO Colombia Año 2007 Ing. Luis RICCI VACCARINI , Ing. Enrique FENSEL BUDIMIR , Ing. Gerardo BOTASSO CAMPAGNO V Congreso Latinoamericano de Geosintéticos, Santa Marta, Colombia Colombia Año 2007 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI IRAM Subcomité de Asfaltos CEDEX Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas Ing. Williams, Eduardo; Ing. López, Mariano; Ing. Larsen, Diego Ing. Dobrusky, Fernando; Ing. Raspall Galli, Demian [email protected] LISTADO DE TABLAS 187-194 LISTADO DE TABLAS Tabla 01 Clasificación de los ensayos según los esfuerzos sometidos. Pág. 19 Tabla 02 Requerimientos para las Propiedades del Geotextil en Pavimentación según PG3. Pág. 49 Tabla 03 Requerimientos para las Propiedades del Geotextil en Pavimentación según Pág. 55 AASHTO. Tabla 04 Resultados de Masa por Unidad de Área para el GTX1, GTX2 Y GTX3. Pág. 57 Tabla 05 Resultados de Espesores a Presiones Prefijadas para el GTX1, GTX2 Y GTX3. Pág. 62 Tabla 06 Grab test, variantes de ensayos según normas. Pág. 63 Tabla 07 Resultados de Grab Test para el GTX1, GTX2 Y GTX3. Pág. 69 Tabla 08 Resultados de Tracción en banda ancha para el GTX1, GTX2 Y GTX3. Pág. 71 Tabla 09 Resultados de Retención Asfáltica para el GTX1. Pág. 73 Tabla 10 Resultados de Retención Asfáltica para el GTX2. Pág. 73 Tabla 11 Resultados de Retención Asfáltica para el GTX3. Pág. 74 Tabla 12 Cartilla técnica de Geogrilla GR1. Pág. 76 Tabla 13 Cartilla técnica de Geogrilla GR2. Pág. 77 Tabla 14 Resultados de Masa por Unidad de Área para el GR1. Pág. 78 Tabla 15 Resultados de Masa por Unidad de Área para el GR2. Pág. 79 Tabla 16 Resultados de Tracción en banda ancha para el GR1 y GR2. Pág. 80 Tabla 17 Clasificación de emulsiones y tipos de emulsificantes. Pág. 90 Tabla 18 Usos de las emulsiones catiónicas convencionales en construcciones viales. Pág. 93 Tabla 19 Emulsiones catiónicas: Requisitos de las emulsiones originales. Pág. 94 Tabla 20 Emulsiones catiónicas convencionales: Requisitos del residuo de destilación. Pág. 95 Tabla 21 Resultados obtenidos de la emulsión catiónica empleada. Pág. 104 Tabla 22 Resultados obtenidos del residuo recuperado de la emulsión catiónica empleada. Pág. 104 Tabla 23 Resultados obtenidos de caracterización de la mezcla asfáltica. Pág. 118 Tabla 24 Especificaciones generales e individuales de la celda utilizada. Pág. 127 Tabla 25 Especificaciones generales e individuales de la celda utilizada. Pág. 128 Tabla 26 Resultados obtenidos del moldeo PAG001 Pág. 134 Tabla 27 Resultados obtenidos del moldeo PAG002 Pág. 135 Tabla 28 Resultados obtenidos del moldeo PAG003 Pág. 135 Tabla 29 Resultados obtenidos del moldeo PAG004 Pág. 136 Tabla 30 Resultados obtenidos del moldeo PAG005 Pág. 137 Tabla 31 Resultados obtenidos del moldeo PAG006 Pág. 138 Tabla 32 Resultados obtenidos del moldeo PAG007 Pág. 138 Tabla 33 Resumen de los resultados de moldeo agrupados y promediados Pág. 141 Tabla 34 Verificación de la distribución de densidades en la altura de la probeta Pág. 146 Tabla 35 Plan de Moldeo Pág. 148 Tabla 36 Resumen de resultados de serie de probetas A1 Pág. 149 Tabla 37 Resultados pormenorizados de serie de probetas A1 Pág. 150 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LISTADO DE TABLAS 188-194 Tabla 38 Resumen de resultados de serie de probetas B1 Pág. 153 Tabla 39 Resultados pormenorizados de serie de probetas B1 Pág. 154 Tabla 40 Resumen de resultados de serie de probetas B2 Pág. 158 Tabla 41 Resultados pormenorizados de serie de probetas B2 Pág. 158 Tabla 42 Resumen de resultados de serie de probetas B3 Pág. 162 Tabla 43 Resultados pormenorizados de serie de probetas B3 Pág. 163 Tabla 44 Resumen de resultados de serie de probetas C1 Pág. 166 Tabla 45 Resultados pormenorizados de serie de probetas C1 Pág. 167 Tabla 46 Resumen de resultados de serie de probetas C2 Pág. 168 Tabla 47 Resultados pormenorizados de serie de probetas C2 Pág. 168 Tabla 48 Resumen de resultados de serie de probetas D1 Pág. 170 Tabla 49 Resultados pormenorizados de serie de probetas D1 Pág. 170 Tabla 50 Tabla comparativa de adherencias entre valores promedios Pág. 174 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LISTADO DE ECUACIONES 189-194 LISTADO DE ECUACIONES Ecuación 01 Tensión o esfuerzo debido a la flexión en secciones rectangulares de Pág. 12 materiales homogéneos. Ecuación 02 Tensión tangencial o esfuerzo debido al corte directo en el ensayo de Pág. 20 Francesio sobre especimenes circulares. Ecuación 03 Tensión tangencial o esfuerzo debido al corte por flexión en el ensayo LCB Pág. 23 sobre especimenes circulares. Ecuación 04 Retención asfáltica. Pág. 71 Ecuación 05 Retención de emulsión asfáltica. Pág. 74 Ecuación 06 Dotación de cemento asfáltico según Button. Pág. 74 Ecuación 07 Reacción de un emulsionante aniónico. Pág. 87 Ecuación 08 Reacción de un emulsionante catiónico. Pág. 88 Ecuación 09 Determinación del residuo asfáltico. Pág. 97 Ecuación 10 Determinación de los hidrocarburos destilables. Pág. 98 Ecuación 11 Determinación del asentamiento. Pág. 99 Ecuación 12 Determinación del contenido de agua. Pág. 99 Ecuación 13 Contenido de ligante asfáltico. Pág. 100 Ecuación 14 Residuo sobre tamiz. Pág. 101 Ecuación 15 Relaciones para el cálculo de las reducciones. Pág. 122 Ecuación 16 Energía de compactación aplicada sobre probetas. Pág. 130 Ecuación 17 Energía de compactación aplicada sobre probetas doble Marshall. Pág. 132 Ecuación 18 Coeficiente de Adherencia CAd. Pág. 176 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LISTADO DE FIGURA 190-194 LISTADO DE FIGURAS Figura 01 Resistencia de elementos multicapas adheridos y sin adherir. Pág. 11 Figura 02 Esquema de fuerzas de compresión y tracción en viga sometida a flexión. Pág. 12 Figura 03 Falla del tipo Shoving o corrimiento. Pág. 13 Figura 04 Falla del tipo Shoving o corrimiento fotografiada. Pág. 13 Figura 05 Falla del tipo Shoving o corrimiento, esquema y fotografía. Pág. 14 Figura 06 Falla del tipo Corrugation o corrugación fotografiada, esquema y fotografía. Pág. 14 Figura 07 Falla del tipo fisuras en arco, esquema y fotografía. Pág. 14 Figura 08 Componentes de la adhesión. Pág. 17 Figura 09 Esquema de solicitación del Ensayo de Francesio. Pág. 21 Figura 10 Sistema de mordazas para el ensayo de corte sobre testigos. Pág. 21 Figura 11 Ensayo de tracción sobre testigos. Pág. 22 Figura 12 Equipo para el ensayo in situ proyecto MTQ. Pág. 23 Figura 13 Esquema de ensayo LCB y distribución de cargas. Pág. 24 Figura 14 Equipo portátil de medición Pull – Off Test Method Pág. 25 Figura 15 Diagrama de Ensayo y Muestras del Slant Shear Test. Pág. 26 Figura 16 Equipamiento para el ensayo in situ por el método de repique. Pág. 27 Figura 17 Esquema de ensayo Wedge Splitting Test. Pág. 28 Figura 18 Mordazas del ensayo Iowa 406. Pág. 29 Figura 19 Esquema de Ensayo de cisallamiento de Ancona. Pág. 29 Figura 20 Clasificación de los Geosintéticos. Pág. 34 Figura 21 Clasificación de los Geotextiles. Pág. 36 Figura 22 Ejemplo de aplicación de Geomembrana. Pág. 37 Figura 23 Geogrilla uni-direccional y geogrilla bi-direccional. Pág. 39 Figura 24 Geored. Pág. 40 Figura 25 Geocelda. Pág. 41 Figura 26 Geomanta tridimensional y biomanta. Pág. 42 Figura 27 Geocompuesto triplanar, geored+geotextil, gemembrana+geored+geotextil. Pág. 43 Figura 28 Tejido plano o de calada. Pág. 44 Figura 29 Tejido de punto por trama, tejido de punto por urdimbre. Pág. 45 Figura 30 Tejido no-tejido. Pág. 45 Figura 31 Etapas constructivas para la aplicación de los geosintéticos. Pág. 50 Figura 32 Sellado de fisuras y relleno de grietas. Pág. 51 Figura 33 Determinación de Masa por Unidad de Área. Pág. 58 Figura 34 Determinación de Espesor a Presión Prefijada. Metodología de eliminación de Pág. 59 error. Figura 35 Ensayo de Tracción Grab Test. Pág. 63 Figura 36 Ensayo de Tracción con probetas anchas. Probeta pos y pre ensayo. Máquina Pág. 70 de ensayo trabajando. Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LISTADO DE FIGURA 191-194 Figura 37 Espécimen de ensayo (Ma). Pág. 72 Figura 38 Inmersión de probetas en asfalto. Pág. 72 Figura 39 Probetas colgadas en una dirección. Pág. 72 Figura 40 Espécimen de ensayo (Msat). Pág. 72 Figura 41 Estructura de la Geogrilla compuesta con Geotextil. Pág. 76 Figura 42 Estructura de la Geogrilla GR2. Pág. 76 Figura 43 Determinación de Masa por Unidad de Área en GR1. Pág. 78 Figura 44 Determinación de Masa por Unidad de Área en GR2. Pág. 79 Figura 45 Ensayo de Tracción con probetas anchas en Geogrillas GR1. Probeta pos y pre Pág. 80 ensayo. Máquina de ensayo trabajando. Figura 46 Ensayo de Tracción con probetas anchas en Geogrillas GR2. Probeta pos y pre Pág. 80 ensayo. Máquina de ensayo trabajando. Figura 47 Salida del programa del equipo de Tracción. Tracción paralela con probetas Pág. 81 anchas sobre GR1. Figura 48 Salida del programa del equipo de Tracción. Tracción perpendicular con Pág. 82 probetas anchas sobre GR1. Figura 49 Salida del programa del equipo de Tracción. Tracción paralela con probetas Pág. 83 anchas sobre GR2. Figura 50 Salida del programa del equipo de Tracción. Tracción perpendicular con Pág. 84 probetas anchas sobre GR2. Figura 51 Etapas en la rotura de una emulsión. Pág. 85 Figura 52 Molécula de emulsificante catiónico. Pág. 86 Figura 53 Las cargas positivas se concentran en la gota de asfalto y las cargas negativas Pág. 87 quedan en la fase acuosa. Figura 54 Etapas en la rotura de una emulsión catiónica. Pág. 91 Figura 55 Equipamiento empleado para determinar la viscosidad Saybolt Furol. Pág. 97 Figura 56 Equipamiento utilizado en determinación del residuo asfáltico por destilación. Pág. 98 Figura 57 Equipamiento utilizado en determinación del residuo asfáltico por destilación Pág. 100 de agua. Figura 58 Tamiz Nº 20 empleado en la determinación del residuo. Pág. 101 Figura 59 Penetrómetro y baño de agua a temperatura controlada. Pág. 102 Figura 60 Ductilómetro una vez finalizado el ensayo (foto de archivo). Pág. 103 Figura 61 Camión regador con ajuste adecuado de la altura de barra pulverizadora. Pág. 105 Figura 62 Orientación de las boquillas dispersoras. Pág. 105 Figura 63 Altura de barra pulverizadora. Pág. 106 Figura 64 Rehabilitación de mezcla asfáltica aplicada en caminos. Pág. 107 Figura 65 Distintas capas de un pavimento asfáltico. Pág. 108 Figura 66 Distintos esqueletos granulares empleados en mezclas asfálticas. Pág. 109 Figura 67 Equipamiento empleado para el moldeo Marshall y confección de probetas Pág. 113 para caracterización. Figura 68 Compactador Marshall y equipo para desmolde de probetas. Pág. 114 Figura 69 Determinación del peso al aire y peso sumergido de probetas Marshall. Pág. 114 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LISTADO DE FIGURA 192-194 Figura 70 Pág. 115 Inmersión en baño de agua termostatizado a 60ºC durante 40 minutos y Ensayo Marshall. Figura 71 Disgregado de Mezcla y cuarteo para Densidad Rice y Recuperación. Pág. 115 Figura 72 Determinación de Densidad Rice. Pág. 116 Figura 73 Determinación del contenido de asfalto en mezclas en caliente por el Método Pág. 116 de centrifuga y recuperación de finos mediante centrifuga de vasos. Figura 74 Granulometría vía húmeda y vía seca de áridos recuperados. Pág. 117 Figura 75 Curva granulométrica de los áridos recuperados. Pág. 119 Figura 76 Esquema de ensayo LCB y distribución de cargas. Pág. 121 Figura 77 Vista frontal de la Máquina para el ensayo de corte por flexión LCB. Pág. 122 Figura 78 Vista lateral de la Máquina para el ensayo de corte por flexión LCB. Pág. 123 Figura 79 Moto reductor adquirido para automatización de velocidad de avance de Pág. 123 prensa Marshall. Figura 80 Sistema de apoyo para encastre en prensa Marshall. Pág. 124 Figura 81 Esquema de moldes, sobre moldes y bases empleadas en el moldeo de Pág. 125 probetas y ensayo. Figura 82 Esquema de mordazas media caña empleadas en el ensayo. Pág. 126 Figura 83 Visualización del programa de ensayo “UTN LEMaC LCB”. Pág. 129 Figura 84 Equipamiento de ensayo montado. Pág. 129 Figura 85 Condición de moldeo de la semi probeta inferior sobre base alta Pág. 134 Figura 86 Condición de moldeo de la semi probeta superior sobre semi probeta inferior Pág. 134 Figura 87 Probetas PAG001, vista superior Pág. 134 Figura 88 Probetas PAG001, vista perfil Pág. 134 Figura 89 Probetas PAG002, vista superior Pág. 135 Figura 90 Probetas PAG002, vista perfil Pág. 135 Figura 91 Probetas PAG003 (i) defectuosa Pág. 136 Figura 92 Probetas PAG003, vista perfil Pág. 136 Figura 93 Probetas PAG004, vista superior Pág. 136 Figura 94 Probetas PAG004, vista perfil Pág. 136 Figura 95 Probetas PAG005, vista superior Pág. 137 Figura 96 Probetas PAG005, vista perfil Pág. 137 Figura 97 Probetas PAG006, vista superior Pág. 138 Figura 98 Probetas PAG006, vista perfil Pág. 138 Figura 99 Probetas PAG007, vista superior Pág. 139 Figura 100 Probetas PAG007, vista perfil Pág. 139 Figura 101 Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG001 Pág. 142 Figura 102 Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG002 Pág. 142 Figura 103 Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG003 Pág. 142 Figura 104 Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG004 Pág. 143 Figura 105 Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG005 Pág. 143 Figura 106 Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG006 Pág. 143 Figura 107 Densidades obtenidas en la serie de probetas PAG007 Pág. 144 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LISTADO DE FIGURA 193-194 Figura 108 Densidades promedio para cada metodología de moldeo Pág. 144 Figura 109 Errores promedio en la densidad para cada metodología de moldeo Pág. 144 comparada con la MARSHALL 75 (error = 0%) Figura 110 Distribución de densidades en la altura de la probeta Pág. 146 Figura 111 Curvas de Trabajo de las probetas A1 Pág. 150 Figura 112 Curvas de Trabajo de las probetas B1 Pág. 154 Figura 113 Variación de la Tensión Tangencial con la Dotación de Riego, serie B1 Pág. 155 Figura 114 Variación de los Deslizamientos entre Capas con la Dotación de Riego, serie Pág. 156 B1 Figura 115 Resultados del programa SOLVER, serie B1 Pág. 156 Figura 116 Curvas de Trabajo de las probetas B2 Pág. 159 Figura 117 Variación de la Tensión Tangencial con la Dotación de Riego, serie B2 Pág. 159 Figura 118 Resultados del programa SOLVER, serie B2 Pág. 160 Figura 119 Variación de los Deslizamientos entre Capas con la Dotación de Riego, serie Pág. 160 B2 Figura 120 Curvas de Trabajo de las probetas B3 Pág. 164 Figura 121 Variación de la Tensión Tangencial con la Dotación de Riego, serie B3 Pág. 165 Figura 122 Variación de los Deslizamientos entre Capas con la Dotación de Riego, serie Pág. 165 B3 Figura 123 Resultados del programa SOLVER, serie B3 Pág. 166 Figura 124 Curvas de Trabajo de las probetas C1 Pág. 167 Figura 125 Curvas de Trabajo de las probetas C2 Pág. 169 Figura 126 Curvas de Trabajo de las probetas D1 Pág. 171 Figura 127 Comparativa de Carga máxima de adherencias entre valores promedios Pág. 174 Figura 128 Dotación de emulsión aplicada en cada caso Pág. 175 Figura 129 Comparativa de Tensión de adherencias entre valores promedios Pág. 175 Figura 130 Comparativa de Deformación entre valores promedios Pág. 175 Figura 131 Comparativa de Tensión de adherencias entre valores promedios considerando Pág. 180 sólo Geosintéticos Figura 132 Relación Tensión de Adherencia vs. Dotación para Geotextiles Pág. 181 Figura 133 Relación Tensión de Adherencia vs. Tracción sobre Espesor para Geogrillas Pág. 182 Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected] LISTADO DE FIGURA 194-194 Esta Tesis se terminó de imprimir en el mes de Junio de 2011 en el LEMaC Centro de Investigaciones Viales de la Univerisdad Tecnológica Nacional – Facultad Regional La Plata Maestrando: Ing. Luis Agustín RICCI [email protected]
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