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Mezclas SMA Sostenibles y Medioambientalmente
Comportamiento mecánico de las mezclas bituminosas SMA y de las mezclas X-SMA
Medioambientalmente Amigables
Madrid, 3 Octubre de 2013
Félix E. Pérez Jiménez
Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech
Departamento Infraestructura del Transporte y del Territorio
ObjetivoObjetivo
Estudiar el comportamiento mecánico de las mezclas
SMA convencionales
Estudiar el comportamiento mecánico de mezclas Estudiar el comportamiento mecánico de mezclas
diseñadas con un propósito específico siguiendo la
filosofía de las mezclas SMA
Madrid, 3 Octubre de 2013
Contenido ponenciaContenido ponencia
Mostrar el mejor comportamiento mecánico de las
mezclas SMA y XSMA
Mejoras de los ensayos y procesos de medida
Variación térmica de las propiedades de las mezclas
SMA y XSMASMA y XSMA
Madrid, 3 Octubre de 2013
Características y comportamiento Características y comportamiento mecánico de las mezclas SMA y XSMAmecánico de las mezclas SMA y XSMAmecánico de las mezclas SMA y XSMAmecánico de las mezclas SMA y XSMACaracterísticasCaracterísticasCaracterísticasCaracterísticas
Mezclas con una granulometría con elevados huecos y alto
rozamiento
Mezclas con un alto contenido de betún
Uso, a veces, de fibras y betunes modificados
ComportamientoComportamientoComportamientoComportamientoComportamientoComportamientoComportamientoComportamiento
Presentan una mejor resistencia a la acción del agua
Mezclas dúctiles y tenaces. Resistentes a la fisuración
Mezclas resistentes a las deformaciones plásticas
Madrid, 3 Octubre de 2013
Ensayos de caracterizaciónEnsayos de caracterización
Resistencia a Tracción Indirecta (sensibilidad al agua)
Ensayo Fénix (ductilidad y resistencia a la fisuración)
Método CEDEX (resist. a la propagación de fisuras)
Ensayo de fatiga en 4 puntos (fisuración por fatiga)
Ensayo de rodadura (resistencia a la deformaciones
plásticas)
Madrid, 3 Octubre de 2013
MezclasMezclas
Mezcla SMA11 BM3cSMA 16 BC
35/50AC16S B50/70 XSMA11 NFU
XSMA16 Alto % Betún
XSMA11 Alto % Huecos
Granulometría SMA 11 SMA 16 AC16 S SMA 11 SMA 16 SMA 11
Ligante BM3c BC 35/50 B 50/60 B35/50 BM3c BM3c
Árido Grueso Ofita Calizo Silíceo Ofita Milonita Ofita
Huecos en mezcla (%)
4,4 4.9 5,0 2,9 3,0 12,8
Contenido betún/mezcla
(%)5,7 5.7 4,8 5,7 8,3 5,7
Madrid, 3 Octubre de 2013
(%)Fibras de celulosa
/mezcla (%)0,3 0,8 0,5
Contenido NFU vía seca/mezcla
(%)0.5
Resistencia a tracción indirecta y Resistencia a tracción indirecta y sensibilidad al agua sensibilidad al agua sensibilidad al agua sensibilidad al agua
Resistencia a tracción indirecta a 15ºC
Resistencia conservada (%)
SMA11 BM3c 1.6 88
SMA 16 BC 35/50 1.7 86
XSMA11 NFU 2.6 82
XSMA16 Alto %
Madrid, 3 Octubre de 2013
XSMA16 Alto % Betún
1.5 95
XSMA11 Alto % Huecos
1.5 95
Ensayo Fénix. Ductilidad y resistencia a la Ensayo Fénix. Ductilidad y resistencia a la fisuración.fisuración.fisuración.fisuración.
F
F
F
A
WG =
m
F
IRT∆
⋅
=max2
1
20ºC y 1 mm/min
Madrid, 3 Octubre de 2013
Ensayo Fénix. Ductilidad y resistencia a la Ensayo Fénix. Ductilidad y resistencia a la fisuración.fisuración.fisuración.fisuración.
Madrid, 3 Octubre de 2013
Ensayo Fénix. Ductilidad y resistencia a la Ensayo Fénix. Ductilidad y resistencia a la fisuración.fisuración.fisuración.fisuración.
Madrid, 3 Octubre de 2013
Método CEDEX. Resistencia a la Método CEDEX. Resistencia a la propagación de fisuras.propagación de fisuras.
Fisuración ensayo CEDEX
1
1,5
2
2,5
3
Fu
erz
a,
kN SMA 11 2A+B
SMA11 3A+B
SMA 16 4A+B
SMA 16 5A+B
Madrid, 3 Octubre de 2013
0
0,5
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
desplazamiento, mm
Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 puntos (UNE EN 12697puntos (UNE EN 12697--24)24)
20ºC y 30 Hz
Madrid, 3 Octubre de 2013
Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 puntos (UNE EN 12697puntos (UNE EN 12697--24)24)puntos (UNE EN 12697puntos (UNE EN 12697--24)24)
Mezcla Módulo inicial promedio (MPa) a b r2 ε6 (10-6)
SMA11 BM3c 5416 0.0007 0.073 0.66 255
AC16S B50/70 10600 0.0008 0.122 0.85 148
XSMA11 NFU 9540 0.0014 0.141 0.93 200
XSMA16 Alto % Betún 3727 0.0014 0.104 0.9 333
XSMA11 Alto % Huecos 3220 0.0012 0.101 0.89 297
Madrid, 3 Octubre de 2013
Resistencia a las deformaciones plásticas Resistencia a las deformaciones plásticas UNE EN 12697UNE EN 12697--2222UNE EN 12697UNE EN 12697--2222
RD (mm) - Ciclos
2
3
4
RD
(m
m)
Muestra Nº1 Muestra Nº2 Media
SMA 16 BC 35/50 XSMA 16 BM3c Alto % Huecos
Madrid, 3 Octubre de 2013
0
1
2
0 2000 4000 6000 8000 10000Ciclos
RD
(m
m)
Resistencia a las deformaciones plásticas Resistencia a las deformaciones plásticas UNE EN 12697UNE EN 12697--2222UNE EN 12697UNE EN 12697--2222
RD (mm) PRD (%) WTSAIRE
SMA11 BM3c 0.37 0.93 0.035
SMA 16 BC 35/50
2.06 3.40 0.042
XSMA11 NFU 0.98 2.46 0.025
XSMA16 Alto %
Madrid, 3 Octubre de 2013
XSMA16 Alto % Betún
0.86 1.40 0.023
XSMA11 Alto % Huecos
1.93 4.83 0.056
Mejora de los procesos de medidaMejora de los procesos de medida
Falso fallo del ensayo de fatiga (criterio 50%)
Leyes de fatiga (criterio 50% / criterio 30%)
Ensayo EBADE
Madrid, 3 Octubre de 2013
Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 puntos (UNE EN 12697puntos (UNE EN 12697--24)24)
Madrid, 3 Octubre de 2013
Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 puntos (UNE EN 12697puntos (UNE EN 12697--24)24)
Madrid, 3 Octubre de 2013
Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 Ensayo de fatiga a flexotracción en 4 puntos (UNE EN 12697puntos (UNE EN 12697--24)24)
10
100
1000
De
form
aci
ón
(1
0-6
)
Leyes de fatiga con diferentes criterios de fallo
50%
30%
Ley 50%
Madrid, 3 Octubre de 2013
1
1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08 1,0E+09
De
form
aci
ón
(1
0
Ciclos hasta fallo (según criterio establecido)
Ley 50%
Ley 30%
Ensayo de Barrido de Deformaciones Ensayo de Barrido de Deformaciones (EBADE)(EBADE)
20ºC y 10 Hz
...
Madrid, 3 Octubre de 2013
......
...x 5.000x 5.000
x 5.000
Ensayo EBADEEnsayo EBADE
Madrid, 3 Octubre de 2013
Ensayo EBADEEnsayo EBADE
Madrid, 3 Octubre de 2013
EBADE vs Fatiga en 4 puntosEBADE vs Fatiga en 4 puntos
Fatiga en 4 puntos EBADE
MezclaMódulo inicial
(MPa)ε6 (10-6)
Módulo Inicial (MPa)
εF (10-6)
SMA11 BM3c 5416 255 5834 683AC16S B50/70 10600 148 11510 255XSMA11 NFU 9540 200 11513 321
XSMA16 Alto % Betún 3727 333 5797 966
Madrid, 3 Octubre de 2013
XSMA16 Alto % Betún 3727 333 5797 966XSMA11 Alto %
Huecos3220 297 4111 719
Ensayo más corto y práctico, que permite una caracterización más acorde con
la respuesta de la mezcla
Variación térmica de las propiedadesVariación térmica de las propiedades
Ensayo Fénix y EBADE a 20, 5, Ensayo Fénix y EBADE a 20, 5, --5 y 5 y --15ºC15ºC
La diferencia de comportamiento de las mezclas SMA
y convencionales es notable a temperaturas medias.
A medida que baja la temperatura esta diferencia es A medida que baja la temperatura esta diferencia es
menor, aunque se mantiene.
Madrid, 3 Octubre de 2013
Ensayo FénixEnsayo Fénix
Madrid, 3 Octubre de 2013
Ensayo EBADEEnsayo EBADE
Madrid, 3 Octubre de 2013
ConclusionesConclusiones
Las mezclas SMA presentan un excelente comportamiento mecánico,
con: - Mejor resistencia a la acción del agua. - Mayor resistencia a la fisuración respecto a mezclas
convencionales, tanto bajo cargas cíclicas como monotónicas- Alta resistencia a las deformaciones plásticas
Entre las mezclas XSMA estudiadas se han identificado mezclas muy Entre las mezclas XSMA estudiadas se han identificado mezclas muy dúctiles, ε6 , εF y IT elevados.
Las mezclas tipo SMA resultan más dúctiles a bajas temperaturas
El ensayo de fatiga en 4 puntos y el ensayo EBADE proporcionan información equivalente sobre el comportamiento a fatiga de las mezclas.
Madrid, 3 Octubre de 2013
PublicacionesPublicaciones
F.E. Pérez Jiménez et al. “El comportamiento a fisuración térmica y por fatiga
de las mezclas SMA”. Asfalto y Pavimentación 2013 Num. 8, Vol. 3, pp. 11-17.
F.E. Pérez Jiménez et al. “Resistencia a la fisuración de las mezclas SMA” VIII
Jornada Nacional ASEFMA: Soluciones Técnicas para Tiempos de Crisis, 2013
F.E. Pérez Jiménez et al. “Effect of load application rate and temperature on the
fracture energy of asphalt mixtures. Fénix and semi-circular bending tests” fracture energy of asphalt mixtures. Fénix and semi-circular bending tests” Construction and Building Materials, 2013, Num. 48, pp. 1067-1071.
F. E. Pérez-Jiménez et al. “Analysis of the mechanical behaviour of bituminous
mixtures at low temperatures”. Construction and Building Materials, 2013, Num.
46, pp. 193-202.
Madrid, 3 Octubre de 2013
AgradecimientosAgradecimientos
Madrid, 3 Octubre de 2013