3er CONGRESO NACIONAL Ensayos Acelerados de...

3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS

Ensayos Acelerados

de Pavimentos

Luis Loria-Salazar, PhD

Octubre, 2017


Filosofía de investigación…

MICROMACRO

Escala RealNANO

3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS • Cargas seudo constantes.

• Diseño para fallar.

• Pavimentos “eternos” son extremadamente costosos.

Diseño de pavimentos


• Los pavimentos se

colocan en grandes

distancias y diversas

condiciones.

Condiciones


• Los materiales y sus propiedades

varían geográficamente.

Materiales disponibles


• Los ensayos de laboratorio para control de calidad son limitados para conocer el comportamiento de las estructuras en servicio.

Laboratorio


• El seguimiento de un

pavimento durante su vida

útil es costoso y toma muchos

años.

• Es necesario atender

limitaciones específicas de los

pavimentos (problemas).

Problemas


Fallas prematuras

• Los pavimentos que fallan prematuramente son extremadamente costosos.

"Si cree usted que la educación es cara, pruebe

con la ignorancia“

Derek Curtis Bok


Buscando respuestas

• Los ensayos acelerados de

pavimentos han sido una

fuente de respuestas por

muchos años.

• Los ensayos acelerados

pueden agruparse en

cuatro categorías.

Perfilómetro pista AASHO, Illinois.

1958-1960


1. Circulares


2. Circuitos


3. Lineales fijos


4. Lineales móviles


• Costa Rica por medio del

LanammeUCR ha

incursionado desde 2013

en los ensayos acelerados

de pavimentos.

PaveLab - LanammeUCR


� 20,000 cargas bi-direccionades por día.

�Velocidad de rueda: 10 km/hr

� Cargas aplicadas: 40,50, 60, 70, 80 kN

� Llanta de ensayo: Dual 11R22-5

�Oscilación lateral: 100 mm

� Condición seca

� 23/6

Especificaciones de ensayo


HMA HMAHMA HMA

GB

GB

CTB

CTB

SB SB

SB SB

0

5

10

15

20

25

0

10

20

30

40

50

60

70

AC1 AC2 AC3 AC4

Th

ick

ne

ss, i

n

Th

ick

ne

ss, c

m

Test Section

Pavimento

real


Instrumentación

Subgrade

Subbase

GB/CTB

HMA

60 cm

MDD MDD

30 cm

Thermocouple

90 cm

Section Length = 6.0 m


PaveLab


• Perfilómetro laser (Laser profiler)

• Transductores para deformación de pavimentos

(PAST)

• Transductores de presión para suelo (SOPT)

• Deflectometros de profundidad múltiple (MDD)

• Deflectometro de superficie (RSD)

• Termocuplas

Instrumentación


Subgrade

Subbase

GB/CTB

HMA

60 cm

MDD MDD

30 cm

Thermocouple

90 cm

Section Length = 6.0 m

Celda de presión

Sensores para

deformación

Ubicaciones

3er CONGRESO NACIONAL DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS 3.07

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

0 200,000 400,000 600,000 800,000 1,000,000 1,200,000 1,400,000 1,600,000

Re

gu

lari

da

d S

up

erf

icia

l -

IRI

(m/k

m)

Repeticiones de carga

Máximo en zona ensayada

Promedio de todos los datos

Promedio de zona ensayada

Promedio datos fuera de la zona ensayada

Polinómica (Máximo en zona ensayada)

IRI – Tramo 004AC3


0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Pre

ssu

re, k

Pa

MESALS

AC1

AC2

AC4

La celda de presión en la estructura AC3 presentó problemas de funcionamiento.

HMA HMAHMA HMA

GB

GB

CTB

CTB

SB SB

SB SB

0

5

10

15

20

25

0

10

20

30

40

50

60

70

AC1 AC2 AC3 AC4

Th

ick

ne

ss, i

n

Th

ick

ne

ss, c

m

Test Section

Presión en subrasante


-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0 1 2 3 4 5 6

De

fle

ctio

n, m

m

Distance, m

mdd1-0

mdd1-180

mdd1-450

mdd1-700

mdd2-60

mdd2-300

mdd2-600

mdd2-900

60 cm

MDD MDD

30 cm

Termocupla

90 cm

Largo del tramo= 6.0 m

MDD’s


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 5 10 15 20

MD

D S

urf

ace

De

fle

ctio

n, m

m

MESALS

AC1

AC4

AC2

AC3

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 5 10 15 20

MD

D S

ub

gra

de

De

fle

ctio

n, m

m

MESALS

AC1

AC4

AC2

AC3

Superficie

Subrasante

HMA HMAHMA HMA

GB

GB

CTB

CTB

SB SB

SB SB

0

5

10

15

20

25

0

10

20

30

40

50

60

70

AC1 AC2 AC3 AC4

Th

ick

ne

ss, i

n

Th

ick

ne

ss, c

m

Test Section

Max. Deflección @ 40 kN – MDD’s


1

10

100

1000

10000

0 250000 500000 750000 1000000

Ba

ckca

lula

ted

Mo

du

lus,

MP

a

Repetitions

M1 M2 M3 C

y = 1.0016x

R² = 0.9962

0

100

200

300

400

500

600

700

0 100 200 300 400 500 600 700

Est

ima

ted

De

fle

ctio

n, m

m-3

Measured Deflection, mm-3

Deflection

Equality

n

dSR

MPaCE

×=

1.0

σ

Valor promedio “n”= -0.4

Deflecciones @ 40 kN

CR-ME

MDD Módulo retrocalculado porcapa – 001AC1


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 1000000

De

fle

ctio

n,

mm

Repetitions

N1 S1 N2 S2

60 cm

MDD MDD

30 cm 90 cm

RSD – N1 RSD – N2

RSD – S2RSD – S1

100 cm

RSD Deflecciones @ 40 kN - 001AC1


Dos ubicaciones diferentes a lo largo de la línea de centro.

10

100

1000

10000

0 5 10 15 20

Ba

ckca

lcu

late

d

Mo

du

lus,

MP

a

MESALs

HMA CTB SBG SG

10

100

1000

10000

0 5 10 15 20

Ba

ckca

lcu

late

d

Mo

du

lus,

MP

aMESALs

HMA CTB SBG SG

RSD-002AC4


-200

-100

0

100

200

300

400

500

0 1 2 3 4 5 6

Mic

roS

tra

in

Distance, m

Longitudinal

Transverse

Transductores para deformación 003AC2

003AC2 @ 2k rep. 003AC2 @ 1M rep.

Deformaciones unitarias @ 40 kN


003AC2

Deformaciones @ 40 kN

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Mic

rost

rain

MESALS

Longitudinal

Transverse

Agua

agregada a la

superficie



004AC3

Deformaciones @ 40 kN

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 2 4 6 8 10 12 14

Mic

rost

rain

MESALS

Longitudinal

Transverse

Evidencia de agrietamiento



004AC3

Agrietamiento de fatiga


0

400

800

1200

1600

2000

0 200 400 600

Loca

liza

ció

n d

el s

en

sor,

mm

Surface Modulus, MPa

FWD

RSD

MDD

Estado inicial (0 ESAls)

Evidencia de comportamiento no lineal

en capas inferiores.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 500 1000 1500 2000

De

fle

ctio

n, m

m-3

Sensor location, mm

FWD

RSD

MDD

Análisis de defleciones


0

400

800

1200

1600

2000

0 200 400 600

Loca

liza

ció

n d

el s

en

sor,

mm

Surface Modulus, MPa

FWD

RSD

MDD

Estado final ( 17,7 millones de ESALs)

Deflexión 2.5 – 3 veces mayor

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 500 1000 1500 2000

De

fle

ctio

n, m

m-3

Sensor location, mm

FWD

RSD

MDD

Análisis de defleciones


Se están desarrollando herramientas de análisis

y bases de datos

Que permitan el mejor aprovechamiento de la información


Metodología Calibración

Sí No

Ajuste de los

coeficientes del

modelo

Modelos ajustados

Modelación

Modelado del

desempeño

Análisis estadístico de

los resultados teóricos

y de campo

Difieren los

resultados

Investigar las fuentes

bibliográficas

disponibles

Revisión de los datos

obtenidos de las

pruebas en campo

Interpretación del

modelo obtenido de

pruebas en laboratorio

Lab-HVS


Funciones de transferencia


Mecanismo de falla

Subrasante

MAC

Base

Estabilizada Subbase Granular

Subrasante

Subbase

Base

Mezcla Asf.

CargaDeformación

Permanente

Agrietamient

o por Fatiga

Carga


Ubicación a lo largo de la capa asfáltica

ContracciónMAC

Fricción en la interface

Esfuerzo

Tensión

Resistencia a tensión

Mecanismo Agrietamiento Térmico

Mecanismo de falla


200+ mmHMA

Penetración de Oxidación

Grieta iniciada en superficie

Interface entre capas asfálticas

Agrietamiento Top-Down

Mecanismo de falla


Secundaria

Primaria

Flujo

Terciario

Número de flujo

Def. plástica inicia

Ciclos de carga (N)

Defo

rmació

n a

cum

ula

da

mm

/mm

Relación típica entre la deformación plástica

acumulada y los ciclos de carga

Pend.

Deformación permanente


30 psi

σd = 45 psi

Antes Despues

Deformación permanente - Laboratorio


εp = deformación permanente acumulada a N-repeticiones de

carga (pulg/pulg)

εr = deformación resilente de la capa de HMA (pulg/pulg)

N = número de repeticiones de carga

T = temperatura del pavimento (F)

ai = constantes de regresión

βri = factores de ajuste de laboratorio a campo

βri = factores de calibración

332232

111rr aa

r

aa

t

pNTaNTa

ββββεε

==

Deformación permanente - Modelo


D.P. en material granular y

suelos

�� = �1 ∗ ��2 ∗ ��0��3 ∗ 3�0�

�4


Agrietamiento por fatiga

100

1000

10000

100000

1000000

300 400 500 600 700 800 900

Nu

mb

er

of

loa

d r

ep

eti

tio

ns

Tensile MicroStrain

Plant 30°C Plant 20°C

Plant 10°C Lab 30°C

Lab 20°C Lab 10°C

�� = �1��2��3��4

4PBB

�� = e37.352��−4.554��0.094

�� = e35.533��−4.401��0.115

Mezcla de planta

Mezcla de lab.

“E” no significativo α = 0.05


4PBBγβ

α

×

××=

refref E

E

resp

respMNADamage

MN = repeticiones de carga en millones,

resp = respuesta (deformación unitaria),

respref = respuesta de referencia,

E = módulo del material (adjustado por temp. y

daño),

Eref = módulo de referencia, y

A, α, β, & γ = coeficientes de regresión.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 100000 200000 300000 400000

Da

ma

ge

, w

4PBB Load Repetitions

Daño = caida relativa del módulo de la mezcla (∆E / Ei)



Mezcla de planta

Mezcla de lab.

( )TeE

MN ××

×

××= 04121.0

79765.059529.1

31003.0

3000200)(09295.0

εω

( )TeE

MN ××

×

××= 03517.0

53480.00696.1

2707.0

3000200)(18941.0

εω

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000

Da

ma

ge

, w

Number of Load Repetitions

Measured

Predicted

Todas las variables

significativas α = 0.05



MDD Retrocálculo de módulos

1

10

100

1000

10000

0 250000 500000 750000 1000000

Ba

ckca

lula

ted

Mo

du

lus,

MP

a

Repetitions

M1 M2 M3 C

y = 1.0016x

R² = 0.9962

0

100

200

300

400

500

600

700

0 100 200 300 400 500 600 700

Est

ima

ted

De

fle

ctio

n, m

m-3

Measured Deflection, mm-3

Deflection

Equality

n

dSR

MPaCE

×=

1.0

σ

Caída relativa del módulo = daño (DAMAGE)

Datos del HVS…


Respuesta medida vs estimada

-150

-50

50

150

250

350

450

550

650

0 1 2 3 4 5 6

Mic

rost

rain

Distance, m

Predicted Long. Circular

Predicted Trans. Circular

Predicted Long. Treaded

Predicted Trans. Treaded

Measured Transverse

Measured Longitudinal

Datos del HVS…


Calibración Inicial

y = 0.4123x

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Pre

dic

ted

Da

ma

ge

Measured Damage

Plant Mix

Equalityy = 0.7299x

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Pre

dic

ted

Da

ma

ge

Measured Damage

Lab Mix

Equality

Mezcla de planta Mezcla de Lab.

Daño medido= caída relativa de módulo retrocalculado

Daño estimado= Utiliza ecuaciones de laboratorio con datos de tramos

experimentales

Factor de cambio de 2.5 para mezcla de planta.

Factor de cambio de 1.4 para mezcla de laboratorio.


Para un nivel de daño dado…

( )Te

EMN

×−−−

×

×

×= 129.0

976.1951.3

300020039.18

ε

( )

×

×

×××= ×TeE

MN 03517.0

53480.00696.1

2707.0

3000200)(18941.04.1

εω

Modelo ajustado

50% del módulo inicial

Transformado en la ecuación clásica de fatiga


• Desarrollo y calibración de diferentes modelos (deformación, fatiga, IRI, otros)

• Ajuste para condiciones climáticas

• Desarrollo y ajuste para más tramos de prueba (otrosmateriales)

• Ajuste para tramos de largo seguimiento (LTPP)

Futuro…


Tramo Repeticiones ESALS

001 AC1 1 000 000 10 872 709

002 AC4 1 500 000 21 550 195

003 AC2 1 000 000 9 350 461

004 AC3 1 580 000 17 415 031

005AC1BA 20 000 20 000

006AC2BA 30 000 30 000

007AC2H 270 000 270 000

008AC1H 350 000 536 340

009AC4H 1 420 000 2 652 068

Total (26-Sep-2017) 7 170 000 63 245 817

Más de 63 Millones ESALs


¡Muchas Gracias!http://www.lanamme.ucr.ac.cr/

[email protected]

@lgloria27

Luisguillermoloriasalazar

53

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