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TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION

ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018

Sitio Web: https://lemac.frlp.utn.edu.ar/

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Se encuentra registrada en las siguientes bases de datos:

BINPAR (Bibliografía Nacional de Publicaciones Periódicas

Registradas, (Argentina); Sistema Regional de Información en

Línea para Revistas Científicas de América Latina, el Caribe,

España y Portugal Latindex (México).

Director: Mg. Ing. Hugo Gerardo Botasso

Subdirector: Mg. Ing. José Julián Rivera

Responsables de Áreas: Tecnología de los pavimentos flexibles: Ing. Enrique Fensel

Tecnología de los pavimentos rígidos y estructuras: Ing. Marcelo Barreda

Gestión y diseño vial: Mg. Ing. José Julián Rivera Corrección de estilo y Diagramación: Arq. Gustavo A. Das Neves

mailto:[email protected]

Se presentan en este número las memorias sintéticas de la Tesis de Becarios 2017

efectuadas en el LEMaC. Como sucede todos los años, cada Alumno Becario cuenta con el

apoyo de al menos un Docente Investigador del LEMaC, cumpliendo el rol de Director de

Tesis. Si bien estos últimos intervienen en la redacción de las memorias de cada trabajo, son

los Becarios los encargados finales de las mismas, revistiendo en la mayoría de los casos su

primera publicación de un trabajo técnico. Comúnmente estas memorias son luego

adaptadas y ampliadas en su redacción, para pasar a formar parte, en forma aislada o en

conjunto con otros estudios asociados, de publicaciones en Reuniones Científicas o Revistas

Indexadas, dada su pertenencia a una línea de estudio o un proyecto I+D del LEMaC.

CONTENIDO

página

ANAEL PORRO -DESARROLLO DE METODOLOGIA DE EVALUACION DE APTITUD EN BASES VIALES DE SUELO, CEMENTO Y ESTABILIZANTE QUIMICO.

5

NICOLAS DE ABAJO FREIRE-ANALISIS DE TIPOLOGIA DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA RESPUESTA MODULAR DINAMICA DE CAPAS VIALES DE SUELO – CEMENTO, ANTE DIVERSOS CONTENIDOS DE CEMENTO.

11

NICOLÁS BATTISTA- DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN FAST-TRACK 19

JEREMIAS BORGHELLO - EVALUACION DEL COMPORTAMIENTO DE ADITIVOS EN HORMIGÓN FAST-TRACK

23

ALDANA ORELLANA- RECUPERACIÓN DE ASFALTO POR DISNTINTOS MÉTODOS HORNO DE IGNICIÓN, ABSON Y MÉTODO LEMaC.

29

ADRIANA HUESPE, RAFAEL PEÑA Y VICTORIA ANZOLA-MEZCLAS ASFALTICAS EN FRIO CON INCORPORACIONDE CAUCHO DE NEUMATICOS FUERA DE USO (NFU).

33

REGIS GARCIA -MÉTODO UNIVERSAL DE CARACTERIZACIÓN DE LIGANTES (UCL).

41

MAYRA ATOCHE -AHUELLAMIENTO EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOS UTILIZANDO GEOSINTÉTICOS.

47

MARIANO DAMIA-EVALUACION DE UN SISTEMA DE DEMARCACION VIAL MEDIANTE EL ENSAYO DE RUEDA CARGADA

51

MATÍAS FREGOSSI -RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA. 57

MARIANA PENA-FISURACIÓN DE MORTEROS, LADRILLOS Y REVOQUES POR CRECIMIENTO DE LAS RAÍCES DE PLANTAS MURÍCOLAS.

61

WALTER LOPEZ-ANÁLISIS METODOLÓGICO DE DEFLECTOMETRÍA DE UN PAQUETE ESTRUCTURAL CON GEOSINTÉTICO, UTILIZANDO EL LIGHT WEIGT DEFLECTOMETER (LWD).

63

MICAELA SEQUEIRA-MEDICICIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO EN HORMIGONES DE APERTURA TEMPRANA.

67

JUAN TIDONI- PRIMERAS EXPERIENCIAS A FATIGA SOBRE MEZCLAS ASFLATICA IMPLMENTANDO ENSAYO DE LA SEMI PROBETA.

73

4

TESIS DE BECARIOS DE INVESTIGACION ISSN 2250-7221 | N° 12 |MAYO DE 2018

5

DESARROLLO DE METODOLOGIA DE EVALUACION DE APTITUD EN

BASES VIALES DE SUELO, CEMENTO Y ESTABILIZANTE QUIMICO

Becaria: A. Porro1;

Directores: G. Sosa2; M. Villanueva

3; J. Rivera

4

1,2,3,4LEMaC Centro de Investigaciones Viales, Universidad Tecnológica Nacional Facultad

Regional La Plata, Calle 60 y 124, (1900) La Plata, Bs. As., Argentina. [email protected]

Área: Gestión y Diseño Vial PID Asociado: Análisis para la calibración a las condiciones locales de modelos para el

diseño de pavimentos basados en evaluaciones superficiales y estructurales (TVUILP3943TC)

Resumen Los suelos utilizados para la conformación del paquete estructural vial en la región de La Plata generalmente son estabilizados con agentes

hidráulicos y/o químicos.

En este trabajo se pretende evaluar desde el punto de vista estructural para un tipo de suelo característico de la zona, la metodología más

apropiada para analizar su estabilización con diversos contenidos de ligante hidráulico y contenidos de estabilizante químico en forma

combinada.

Palabras clave: Ingeniería Vial, Diseño Estructural Vial, Bases Estabilizadas.

1. Introducción

Uno de los métodos más extendidos en el área vial para la

estabilización de suelo seleccionado, está constituido por la

adición de cemento y también, desde hace algunos años, el

aditamento de agentes químicos.

Dado que la zona de influencia de La Plata se caracteriza,

casi en su totalidad, por presentar suelos finos, se debe

aceptar que el más apto que se puede encontrar, desde el

punto de vista vial como suelo seleccionado, es el que

clasifica como A-4. Este material utilizado como base en el

paquete estructural vial una vez estabilizado, presenta

condiciones relativamente homogéneas, por ello cabe

esperar que establecer una generalidad en el

comportamiento del mismo, ante la adición de estabilizantes

hidráulicos y/o químicos, permita visualizar un modelo de

comportamiento del material en cuestión, en estas

situaciones.

2. Materiales y procedimientos

2.1. Materiales

Suelo seleccionado (SS) extraído de una cantera de

los alrededores de La Plata, limo-arcilloso cuya

clasificación Highway Research Board (HRB) fue

A-4 (0).

Cemento Portland Compuesto (CPC-40). Es un

cemento Portland compuesto con adiciones

minerales, de los que habitualmente se emplean en

la obra vial.

Aditivo químico denominado como B. Se lo puede

definir como un agente de superficie que modifica

la capacidad de mojado de las partículas de arcilla.

A su vez esta condición permite que las partículas

de suelo se aproximen entre sí, generando

estructuras posiblemente más densas de las capas

de suelo aditivado. Se ha asignado con la letra B a

una de las marcas comerciales utilizadas en el

proyecto de investigación.

2.2. Procedimientos Para trabajar con suelos es necesario conocer sus

características y propiedades, para esto se le realizó la

clasificación HRB del mismo [1] [2]. Posteriormente se

realizaron Ensayos de Compactación (Proctor) [3]

obteniendo la Densidad Seca Máxima (Dsecamáx) y

Humedad Optima (Hópt); y de Valor Soporte Relativo

(VSR) [4] a esos niveles de densidad y humedad,

obteniéndose una valoración de su capacidad portante con su

correspondiente Hinchamiento (H). Este último ensayo se

caracteriza por ser empleado para bajos contenidos de

cemento. (Tabla 1)

Tabla 1. Proctor VSR

Dsecamáx = 1,470 g/cm3 17,7%

Hópt = 24,6% H = 1,8%

Para el proceso de aditivación con el producto B, se aplicó la

metodología establecida por su empresa proveedora, de

diluir X cantidad de centímetros cúbicos en un litro de agua

(en este caso la cantidad diluida fue de 3 cm3) y de aplicar

esta solución a razón de 10 cm3 por cada kilogramo de suelo

seco a aditivar, continuando luego con la aplicación del


6

procedimiento “LEMaC-B07/12 - Metodología para el

análisis de la incorporación de un estabilizante químico de

suelos en la estabilización de tipo suelo-cemento”. [5]

Luego se compararon dos procesos de aditivación para

seleccionar el más apto. Un procedimiento con la

incorporación del cemento y el estabilizante de manera

simultánea (Tabla 2); y el otro aplicando un proceso de

“curado” del suelo luego de haber sido aditivado con el

estabilizante, consistente en dejarlo al aire en ambiente de

laboratorio durante 48 horas, para proceder luego a la

incorporación del cemento (Tabla 3). Para seleccionar el

método de trabajo, se realizaron Ensayos de Compactación

[3] y VSR [4]. Analizando los resultados obtenidos se

observó que los VSR mediante la primera metodología de

mezclado aplicable fueron superiores (es decir mezclado en

forma simultánea), por lo que se decidió ratificarla para el

resto del estudio.

Tabla 2.

Proctor VSR

Dsecamáx Hópt VSR H

SS + 1,5% cto 1,426g/cm³ 27,80% 17,9% 0,20%

SS +1,5% cto +

3cm³ de B 1,435g/cm³ 24,40% 20,3% 0,50%

Tabla 3.

Proctor VSR


SS + 1,5% cto 1,485 g/cm³ 24,5% 15,5% 0,5%

SS +1,5% cto +

3cm³ de B 1,453 g/cm³ 24,5% 18,5% 0,3%

Se observa en la Tabla 3 un VSR para la mezcla de

SS+1,5% CTO de 15,5 %, inferior al que se informa en la

Tabla 2 para el SS solo de 17,7%. Esto se debe a un

inconveniente registrado en el equipo de ensayo que fuera

luego subsanado. En tal sentido debe considerarse el VSR

expresado en la Tabla 2 sólo a nivel de entorno de situación.

En esta instancia, se ejecutaron también Ensayos de

Compactación [3] y VSR [4] al suelo con una adición de 6

cm3 de producto B, manteniendo la cantidad de cemento en

1,5%, comprobándose que no se modificaron los valores de

Compactación ni de VSR. Por esto se dedujo que la dotación

utilizada previamente sería la óptima para este material,

manteniéndola fija de aquí en adelante.

Finalmente, dentro de las metodologías empleadas, cabe

destacar el ensayo de Resistencia a Compresión Inconfinada

(RCI) necesario para los estudios llevados a cabo

generalmente cuando los contenidos de cemento son

elevados. Éste se ejecutó según la metodología “LEMaC-

B05/15 - Resistencia inconfinada de capas de suelo cemento

que emplean suelos finos”. [5]

3. Resultados

Se analizaron las curvas de evolución de la Dsecamáx y Hópt

a contenidos crecientes de cemento, en estabilizaciones de

suelo seleccionado + cemento. (Tabla 4)

Además, se analizó esta tendencia en mezclas de suelo

seleccionado, cemento y estabilizante químico B. (Tabla 5)

Tabla 4.

Proctor

Dsecamáx Hópt

SS + 0% cto 1,459 g/cm³ 25,80%

SS + 1,5% cto 1,434 g/cm³ 26,20%

SS + 3% cto 1,436 g/cm³ 26,20%

SS + 5% cto 1,445 g/cm³ 25,10%

SS + 7% cto 1,437 g/cm³ 25,90%

SS + 9% cto 1,420 g/cm³ 26,50%

Tabla 5.

Proctor

Dsecamáx Hópt

SS + 3cm³ de B

+ 0% cto 1,453 g/cm³ 25,70%

SS + 3cm³ de B

+ 5% cto 1,469 g/cm³ 24,80%

SS + 3cm³ de B

+ 9% cto 1,506 g/cm³ 23,80%

En ambas tablas se observan valores aproximadamente

constantes de la Hópt, próximos al 26,0%, razón por la cual

se decide instrumentarlo como de referencia. Al graficar los

resultados de Dsecamáx versus contenido de cemento de la

Tabla 4, puede observarse la existencia de una tendencia,

más allá de algunos valores puntuales (Figura 1).

Figura 1. Densidad Seca Máxima. (Suelo sin aditivar)

Como el Coeficiente de Determinación (R2) resulta

deficiente, se decide observar las tendencias dejando de lado

los valores correspondientes al 1,5 % y 3,0 % de cemento,

ya que aparentan ser datos atípicos respecto del resto. Se

obtiene la gráfica resultante con su correspondiente R2.

(Figura 2)

Dsecamáx – Porcentaje de Cto


7

Figura 2. Densidad Seca Máxima corregida en suelo sin aditivar.

La pendiente de la gráfica Dsecamáx vs. Porcentaje de cto,

cuando el suelo no está aditivado químicamente, es negativa

(Figura 2); mientras que sucede todo lo contrario cuando el

suelo está estabilizado con el agente químico. (Figura 3)

Figura 3. Densidad Seca Máxima en suelo con aditivo químico.

Para analizar si los rangos de Dsecamáx establecidos en

ambos casos resultan significativos en cuanto a la RCI, se

moldearon probetas con mezclas con un mismo contenido de

cemento (5%), con valores de Dsecamáx de 1,440 g/cm3 y

1,500 g/cm3 y una Hópt de 26%. Sobre estas probetas se

determinó su RCI, pudiéndose corroborar que las diferencias

de Dsecamáx resultan significativas; ya que en las mezclas de

suelo + cemento la RCI aumenta aproximadamente un 50 %

entre los límites establecidos; y en las mezclas de suelo +

cemento + estabilizante aumenta aproximadamente un 30 %.

Por lo cual se deduce que deben efectuarse los moldeos para

cada contenido de cemento en función de la Dsecamax que se

estime para cada caso en particular.

A partir de las tendencias en los valores Proctor en ambos

casos analizados, se estudian las resistencias alcanzables a

través del ensayo de RCI. El estudio se aplica sobre el suelo

con la adición de 2, 3, 4, 5 y 7% de cemento, con las

Dsecamáx obtenidas de las regresiones efectuadas en los

casos de adición de estabilizante químico B y sin la adición

del mismo. Los resultados son los volcados en la Tabla 6.

Tabla 6.

Proctor RCI

Dsecamáx Hópt Tensión promedio

SS + 3cm³ de B

+2% CTO 1,461 g/cm³ 26,00% Se disgregaron

SS + 3cm³ de B

+3% CTO 1,466 g/cm³ 26,00% 118,4 KPa

SS + 3cm³ de B

+4% CTO 1,472 g/cm³ 26,00% 490,4 KPa

SS + 3cm³ de B

+5 CTO 1,478 g/cm³ 26,00% 1167,0 KPa

SS + 3cm³ de B

+7% CTO 1,490 g/cm³ 26,00% 2569,4 KPa

SS + 2% CTO 1,454 g/cm³ 26,00% Se disgregaron

SS + 3% CTO 1,450 g/cm³ 26,00% 256,6 KPa

SS + 4% CTO 1,445 g/cm³ 26,00% 470,7 KPa

SS + 5% CTO 1,441 g/cm³ 26,00% 843,4 KPa

SS + 7% CTO 1,433 g/cm³ 26,00% 2000,6 KPa

También se repitieron los ensayos de VSR para 1,5%, 2% y

3% de cemento, poniendo en práctica el análisis de

compactación necesario. Tabla 7. Tabla 7.

Valores empleados VSR


SS + 3cm³ de B

+ 1,5% CTO 1,458 g/cm³ 26,00% 21,30% 0,70%

SS + 3cm³ de B

+ 2% CTO 1,461 g/cm³ 26,00% 22,00% 0,50%

SS + 3cm³ de B

+ 3% CTO 1,466 g/cm³ 26,00% 56,10% 0,30%

SS +1,5% CTO 1,455 g/cm³ 26,00% 19,90% 0,50%

SS + 2% CTO 1,453 g/cm³ 26,00% 24,30% 0,70%

SS +3% CTO 1,450 g/cm³ 26,00% 54,60% 0,31%

4. Análisis estructural y discusión Se observa de los resultados de la Tabla 6, que no pueden

aplicarse determinaciones de RCI en contenidos de cemento

menores al 2%, por disgregarse las probetas, previo a su

ensayo.

También en la Tabla 6 se evidencia que a contenidos de

cemento superiores al 4%, con el ensayo de RCI existe un

incremento de la capacidad portante en mezclas de suelo +

cemento + estabilizante, respecto de mezclas de suelo +

cemento. La misma tendencia se repite para el ensayo de

VSR para 1,5% y 3% de cemento, según se observa en la

Tabla 7. Lo observado parece indicar una incongruencia con

los resultados volcados en la Tabla 7 para el contenido del

2% de cemento, razón por la cual se decide desestimarlos en

los análisis a efectuarse a continuación.

Para analizar la existencia de una correlación entre los

valores obtenidos de RCI y VSR, y los correspondientes

coeficientes estructurales asignables, según lo que propone

la Guía AASHTO93 [6], se confecciona la Figura 4.



8

Figura 4. Relación entre el coeficiente estructural y los ensayos

RCI y VSR.

Los valores así obtenidos se vuelcan en la Tabla 8,

generándose las gráficas comparativas entre los coeficientes

estructurales y el % de cemento. (Figura 5 y Figura 6).

Tabla 8.

RCI VSR Coeficiente

SS + 3cm³ de B

+1,5% CTO 21,3% 0,073

SS + 3cm³ de B

+3% CTO 56,1% 0,120

SS + 3cm³ de B

+3% CTO 118,4 KPa 0,102

SS + 3cm³ de B

+4% CTO 490,4 KPa 0,109

SS + 3cm³ de B +5

CTO 1167,0 KPa 0,122

SS + 3cm³ de B

+7% CTO 2569,4 KPa 0,148

SS + 1,5% CTO 19,9% 0,070

SS + 3% CTO 54,6% 0,119

SS + 3% CTO 256,6 KPa 0,105

SS + 4% CTO 470,7 KPa 0,109

SS + 5% CTO 843,4 KPa 0,116

SS + 7% CTO 2000,6 KPa 0,136

Figura 5. Coeficiente vs. % de cemento para suelo sin aditivar.

Figura 6. Coeficiente vs. % de cemento para suelo aditivado.

Se observa una incongruencia entre los coeficientes de

aporte estructural obtenibles por una vía o la otra. Todo esto

permite arribar a una serie de conclusiones.

4. Conclusiones

Para la combinación de suelo, cemento y estabilizante

químico analizados, puede arribarse a las siguientes

conclusiones:

El proceso de aditivación de suelo + cemento +

estabilizante, muestra resultados óptimos cuando se efectúa

de manera simultánea.

Existe una tendencia a que la Dsecamáx disminuya con el

incremento del contenido de cemento en mezclas de suelo +

cemento, y se incremente en mezclas de suelo + cemento +

estabilizante. Se observa en cambio que la Hópt se mantiene

relativamente constante.

Debido a que las variaciones obtenibles en la Dsecamáx

redunda en diferencias no despreciables en cuanto a RCI, es

necesario efectuar ensayos de Compactación para cada

combinación de suelo + cemento + estabilizante y suelo +

cemento, que se decida analizar.

El ensayo de VSR permite poner en evidencia a contenidos

de cemento del 1,5% el incremento en la capacidad portante

obtenible en mezclas de suelo + cemento + estabilizante

respecto de mezclas de suelo + cemento.

No es posible aplicar el ensayo de RCI en mezclas con

menos de un 2 % de cemento, porque las probetas se

disgregan previo a su ensayo; ni es posible poner de

manifiesto el incremento en la capacidad portante obtenible

en mezclas de suelo + cemento + estabilizante respecto de

mezclas de suelo + cemento, en contenidos de cemento

menores al 4 %.

Los coeficientes de aporte estructural obtenibles por ambas

vías para el 3% de cemento, no son coincidentes, e incluso

para arribar mediante RCI a los coeficientes alcanzables por

VSR al 3% de cemento, hay que analizar los valores

obtenidos por esa vía para el 5% de cemento.

Por lo señalado, es probable que el VSR al 3% de

cemento no sea un ensayo representativo de su aporte

estructural, quedando ese contenido por fuera de los

límites de aplicación del ensayo (el material no se

comportaría como granular). Por otro lado, también es

probable que hasta un contenido del 5% de cemento, el


9

ensayo de RCI se encuentre fuera de los límites de

aplicación (el material no se comportaría como

claramente cementado). En resumen, subsiste al análisis

tradicional para el caso abordado, una región indefinida

en cuanto a su forma de tratamiento entre el 2% y el 5%

de cemento, al efectuar una consideración estructural de

la situación de acuerdo a AASHTO93.

5. Trabajos Futuros Corroborar los estudios realizados muestras que presenten

características diferentes a las del presente informe.

Agradecimientos

El presente trabajo ha sido desarrollado en el marco del plan

de tesis de investigación de alumnos avanzados del

Departamento de Ingeniería Civil. Por ello como primer

autor, manifiesto mi agradecimiento al LEMaC por la

oportunidad y confianza para llevar a cabo este trabajo. En

especial a mis directores de beca Gladys, Martín y Julián

quienes me orientaron en este camino de investigación. A

mis abuelos por el apoyo, mis padres por la formación y mi

pareja por su compañía.

Referencias [1] VN-E3-65 Limite Plástico e Índice de Plasticidad.

[2] VN-E4-84 Clasificación de Suelos.

[3] VN-E5-65 Compactación de Suelos.

[4] VN-E6-84 Determinación del V.S.R e Hinchamiento de

Suelos.

[5] Guía de Metodologías y procedimientos para uso Vial.

Desarrollados en el LEMaC.

[6]AASHTO GUIDE FOR Desing of Pavement Structures

VN-E: Normas de ensayo. Dirección Nacional de Vialidad.

(1998)

10


11

ANALISIS DE TIPOLOGIA DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA

RESPUESTA MODULAR DINAMICA DE CAPAS VIALES DE SUELO –

CEMENTO, ANTE DIVERSOS CONTENIDOS DE CEMENTO

Becario; Sr. Nicolás de Abajo Freire

LEMaC, Centro de investigaciones viales, Facultad Regional La Plata, Universidad

Tecnológica Nacional, La Plata, Buenos Aires, Argentina.

[email protected]

Director; Ing. Luciano Brizuela

LEMaC, Centro de investigaciones viales, Facultad Regional La Plata, Universidad

Tecnológica Nacional, La Plata, Buenos Aires, Argentina.

[email protected]

Codirector; Mg. Ing. Julián Rivera

LEMaC, Centro de investigaciones viales, Facultad Regional La Plata, Universidad Tecnológica Nacional, La Plata,

Buenos Aires, Argentina.

[email protected]

Área: Gestión y Diseño Vial. PID Asociado: “Análisis para la calibración a las condiciones locales de modelos para

el diseño de pavimentos basados en evaluaciones superficiales y estructurales”. Código: UTI3943TC. Resumen Es una necesidad local contar con ensayos representativos y consistentes para la evaluación de los materiales de la zona con la finalidad de

diseñar paquetes estructurales para pavimentos flexibles mediante técnicas modernas, las que pretenden otorgarnos obras de mayor eficiencia y

durabilidad. Actualmente tenemos algunas aproximaciones pero todavía no estamos en condiciones de asegurar resultados certeros que nos

permitan llevar a cabo dicha tarea. En esta investigación se intentara correlacionar el ensayo de Módulo Dinámico y el ensayo de Módulo

Resiliente para suelos ligados hidráulicamente con cemento, se apunta a definir qué tipología de ensayo es acorde a cada dosificación. Si bien

hemos avanzado mucho todavía nos queda un camino por recorrer y los logros obtenidos hasta el momento nos indican que debemos continuar.

Palabras clave: Suelo – Cemento – Modulo – Resiliente – Dinámico

1. Introducción

El presente trabajo de investigación surge de la necesidad de

contar con metodologías de evaluación modular para

materiales granulares locales ligados hidráulicamente con

cemento para utilizarlos en capas estructurales de

pavimentos flexibles.

Dada una tensión desviante, la presión de confinamiento y el

contenido de humedad se supone que el suelo tiene un

comportamiento lineal ante determinada cantidad de ciclos

de cargas dinámicas. (Fig. 1)

Debido a este fenómeno cuantificable de manera repetitiva

el número utilizado en los cálculos basados en métodos

empírico-mecanicistas es el asociado a las deformaciones

recuperables del material denominado módulo de resiliencia,

calculado a partir de la relación entre la tensión desviante y

la deformación recuperable.

(1)

con,

Mr: módulo resiliente

sd: tensión desviante

εr: deformación recuperable

Figura 1. Grafico tensión – deformación de material granular.

Los suelos utilizados en estructuras viales se pueden

clasificar en ligados y no ligados. Según los antecedentes,

estos últimos no poseen un único resultado para el módulo

resiliente, el mismo es variable y depende de la tensión de

confinamiento, del tensor desviador y de la humedad, como

se puede apreciar en la ecuación constitutiva de Uzan.

(2)

donde,



12

Mr: Modulo Resiliente

sd: tensión desviante

Ѳ: invariante de tensiones

pa: presión atmosférica

k1, k2, k3: constantes del material

En los suelos ligados hidráulicamente, hasta el momento, se

entiende que con elevado contenido de cemento (mayores al

6%) el valor del módulo se mantiene constante para las

diferentes frecuencias y cargas de actuación. [1]

Para el desarrollo de la investigación se utilizaron los

procedimientos enunciados en normativas internacionales:

“Determinación del Módulo Resiliente de Suelos y

Agregados” (AASHTO, 2003) [2] y “Mezclas bituminosas.

Métodos de ensayo para mezclas bituminosas en caliente.

Parte 26: Rigidez” (UNE-EN, 2012) [3].

En trabajos anteriores [4] realizados en el centro se evaluó la

respuesta del material ante ensayos de “Valor Soporte

Relativo” (DVN, 2010) [5] y “Resistencia a Compresión

Inconfinada” (LEMaC, 2016) [6] para determinar cuál es el

adecuado ante los diferentes contenidos de cemento con el

mismo material utilizado en la investigación que nos ocupa,

un suelo con clasificación HRB A-4- (0) proveniente de una

cantera local.

Figura 2. Ubicación de cantera origen de la muestra.

Figura 3. Vista general de cantera origen de la muestra.

Figura 4. Frente de extracción de la muestra.

En esta investigación se pretende determinar el

procedimiento de análisis para utilizar en suelos ligados

hidráulicamente con cemento de acuerdo a las características

del material y a la dosificación utilizada. A diferencia de lo

realizado anteriormente, en los que se realizaron ensayos

viales clásicos para diseño empírico de paquetes

estructurales, se evalúan los parámetros con estudios

abocados al diseño empírico-mecanicista mediante ensayos

acordes al mismo que nos entregan resultados de los

módulos de rigidez de los materiales, los que forman parte

de las variables del método.

Para suelos no ligados químicamente se utiliza el ensayo de

Módulo Resiliente y para el suelo tratado con alto porcentaje

de cemento el ensayo de Módulo Dinámico. La primera

metodología consiste en aplicar cargas cíclicas axiales a una

probeta cilíndrica confinada por medio de aire comprimido.

La segunda aplica las cargas en dos generatrices opuestas

del espécimen y sin confinamiento. Por lo expuesto, se

estima que en lo referente a las tensiones principales el

material se comporta de manera similar en todas las

direcciones

El objetivo concreto es definir el límite entre ambos

métodos en función del porcentaje de cemento utilizado, es

decir, hasta donde consideramos el suelo como ligado o no

ligado.

2. Metodología

2. 1. Materiales y moldeo de especímenes

El suelo en estudio sin tratamiento se caracteriza con una

clasificación HRB (DVN, 2010) [7] y valores de Proctor

(DVN, 2010) [8] indicados en la siguiente tabla:

CLASIFICACION PROCTOR

A-4-(0) gs. max.= 1.442 g/cm

3 LL=34

LP=0 wop.= 24.2 %

IP=0

Figura 5. Clasificación, densidad seca máxima y humedad optima

del suelo.

Para el suelo tratado hidráulicamente se utilizaron los

resultados obtenidos en una investigación anterior [4]


13

realizada con el mismo material donde para diferentes

porcentajes de cemento se obtuvo la siguiente ecuación con

la que se puede determinar la densidad seca máxima en

función de la dosificación,

(3)

donde,

a: porcentual de cemento en peso,

y, una humedad optima del 26% independiente de las

proporciones utilizadas.

El cemento utilizado para la confección de las probetas fue

un CPC 40 (Cemento Portland Compuesto de 40 MPa).

Se utilizaron dos tipos de probetas, ambas moldeadas

estáticamente a doble pistón con densidad prefijada

(LEMaC, 2016) [6] utilizando los resultados del ensayo de

compactación antes mencionado.

CEMENTO

[%]

DENSIDAD SECA

[g/cm3]

HUMEDAD

[%]

0 1.442 24.2

2 1.453 26.0

4 1.445 26.0

6 1.437 26.0

8 1.429 26.0

10 1.421 26.0

Figura 6. Densidades y humedad para cada dosificación.

Las probetas utilizadas para el ensayo de Modulo Dinámico

son cilíndricas de 101.6 mm de diámetro y 60 mm de alto.

Figura 7. Probeta de Módulo Dinámico.

Figura 7. Probeta de Módulo Dinámico.

Las de Módulo Resiliente son de la misma forma pero de

esbeltez 2, de 71 mm de diámetro y 147 mm de alto

correspondientes a materiales cohesivos.

Todos los especímenes tratados se llevaron a cámara

humedad por 28 días para independizarnos de la variable

que representa la hidratación del cemento a edades

tempranas.

2. 2. Experimental

Al comenzar a realizar los ensayos se tuvo que realizar una

puesta a punto de los equipos y algunos accesorios. Se han

realizado correcciones técnicas en el funcionamiento del

software, calibración de la maquinaria, adquisición de

nuevos elementos de medición como LVDT’s y una celda

de carga. Por otro lado, se desarrolló en el centro un

procedimiento para fabricar las membranas de caucho

necesarias para confinar las probetas en el ensayo de

Modulo Resiliente, las que hasta el momento nos producían

varios inconvenientes con pérdidas de confinamiento.

En principio, para la parte experimental propiamente dicha,

se recorrió un camino de prueba y error para acercarnos a

metodologías que nos otorguen resultados representativos

del comportamiento del material.

Se ensayaron con el equipo de Modulo Resiliente los

porcentajes más bajos (0 – 6 %) de cemento y con el de

Modulo Dinámico los más altos (4 - 10 %).

Para el primer procedimiento se comenzó con la secuencia

utilizada en suelos de subrasante y como era de esperar se

obtuvo una alta variabilidad de resultados, ya que utiliza un

tensor desviador y una presión de confinamiento de bajas

magnitudes no acordes a las características del material que

estamos utilizando.

Luego, se ejecutaron ensayos correspondientes a suelos de

base/subbase y otros con parámetros fundados en

correlaciones que puedan hacer comparativas las dos

metodologías en estudio.

Con esta primera parte el camino fue un poco más corto, ya

que el ensayo de Modulo Resiliente viene siendo base de

diferentes investigaciones en suelos por lo que el

conocimiento sobre el mismo es más profundo. Además, es

un ensayo concebido específicamente para el material de

interés aunque sin tratamientos estabilizantes.

Para el segundo procedimiento, el de Modulo Dinámico, nos

enfrentamos a un panorama diferente. Si bien,

conceptualmente estamos evaluando los mismos parámetros,

el procedimiento difiere en algunas cuestiones.

14

Aquí, las variables que manejamos son la frecuencia de la

carga, su magnitud y la temperatura. La última es utilizada

para mezclas asfálticas por lo que no fue de nuestro interés

ya que el comportamiento del suelo es independiente de la

misma. Para cada dosificación se experimentó variando los

parámetros que manejamos y se pudo observar que para

cargas mayores a 400 kg es muy probable la rotura del

espécimen. Lo mismo concluimos para ensayos sucedidos

en cortos lapsos de tiempo con cargas superiores a 300 kg

cuando el material se fatiga. También, se evidenció que a

menor frecuencia mayor es el deterioro del espécimen.

Figura 7. Probeta de Módulo Dinámico llevada hasta rotura.

Figura 8. Probeta de Módulo Dinámico llevada hasta rotura.

2. 3. Cálculos

Para compatibilizar los parámetros entre los dos

procedimientos es necesario realizar algunas conversiones.

Las unidades de cada uno se expresan a continuación:

Módulo Resiliente

sd : Tensión Desviante, [psi].

s3 : Presión de Confinamiento, [psi].

Módulo Dinámico

f : Frecuencia, [Hz].

P : Carga, [kg].

La frecuencia en el ensayo de Módulo Resiliente es

invariable e igual a 1Hz por lo que se adoptó la misma para

el de Módulo Dinámico.

Contrariamente, en este último no poseemos confinamiento,

por lo que se propone utilizar en el primero una presión

nula, es decir que el espécimen se encuentre sometido

únicamente a la producida por la atmosfera. La solución más

cercana fue utilizar 1 psi, el confinamiento más bajo que

permite el equipo de ensayo.

Para la magnitud de la carga en Módulo Dinámico se toma

como base la secuencia personalizada del ensayo de Módulo

Resiliente indicada a continuación,

Serie N° s3 [psi] sd [psi] Ciclos

1 1 10 100

2 1 10 100

3 1 10 100

4 1 20 100

5 1 20 100

6 1 20 100

7 1 30 100

8 1 30 100

9 1 30 100

Figura 9. Secuencia personalizada de ensayo de Módulo

Resiliente.

A partir de las tensiones indicadas se calcula la carga que se

debe aplicar en las probetas de Módulo Dinámico.

Figura 10. Dimensiones de espécimen para ensayo de Módulo

Dinámico.

El área considerada para el cálculo del módulo es la

correspondiente a la superficie cilíndrica,

(3)

donde,

A: sección de la probeta

∅: diámetro de la probeta

h: espesor de la probeta

(4)

(5)

con,

sd: tensión desviante en psi

P: carga en kgf

A: sección de la probeta

sd [psi] P [kg]

10 67

20 134

30 200


15

Figura 11. Correlaciones entre Tensión Desviante utilizada para

Módulo Resiliente y Carga utilizada en Módulo Dinámico.

3. Resultados (o Resultados y Discusión)

La fórmula utilizada para el cálculo del Módulo Dinámico

fue la que se encuentra en la norma UNE-EN 12697-

26:2012 [3] para ensayo por compresión diametral.

% DE CEMENTO

4 6 8 10

CA

RG

A [

KG

]

100 2092 4600 8050 7937

200 1691 4497

250 7573 8047

300 4208

400 3296 7754 7902

450 2491 Figura 12. Resultados obtenidos para el ensayo de Módulo

Dinámico.

Figura 13. Gráfico Carga-Módulo en base a los resultados de la

Fig. 12 para diferentes contenidos de cemento.

Figura 14. Gráfico Porcentaje de cemento-Módulo en base a los

resultados de la Fig. 12 para diferentes magnitudes de solicitación.

% CEMENTO MR [Mpa] s3 [psi] sd [psi]

60 1 10

55 1 20

62 1 30

137 1 10

142 1 20

164 1 30

118 3 10

133 5 15

150 10 20

174 15 30

177 20 35

2

4

6

Figura 15. Resultados obtenidos para el ensayo de Módulo

Resiliente con la secuencia personalizada.

Figura 16. Gráfico Tensión Desviante-Módulo en base a los

resultados de la Fig. 15 para diferentes contenidos de cemento y

curvas de ajuste con sus coeficientes de determinación.

Figura 17. Gráfico Tensión de Confinamiento-Módulo en base a

los resultados de la Fig. 15 para diferentes contenidos de cemento

y curva de ajuste con su coeficiente de determinación.

16

Figura 19. Gráfico Tensión Desviante-Módulo en base a los

resultados de la Fig. 18 para diferentes contenidos de cemento.

Figura 17. Gráfico Tensión de Confinamiento-Módulo en base a

los resultados de la Fig. 18 para diferentes contenidos de cemento

y curvas de ajuste con sus coeficientes de determinación.

% CEMENTO MR [Mpa] s3 [psi] sd [psi]

92 3 1,8

73 3 5,1

68 3 6,9

84 5 2,6

73 5 8,3

72 5 13,2

93 10 7,8

88 10 17,8

94 10 27,7

110 15 7,9

100 15 13,8

109 15 27,7

120 20 13,3

118 20 18,6

129 20 36,0

170 3 2,4

133 3 5,0

154 3 6,8

121 5 2,8

156 5 8,1

172 5 13,5

189 10 8,3

209 10 18,6

207 10 28,8

219 15 8,8

211 15 13,7

226 15 27,4

223 20 14,2

229 20 19,0

237 20 37,1

318 3 1,7

139 3 4,9

160 3 6,3

118 5 2,7

135 5 8,0

163 5 12,7

168 10 7,6

188 10 18,6

194 10 28,5

193 15 7,7

202 15 13,8

219 15 27,2

193 20 12,7

214 20 20,3

252 20 36,3

4

6

2

Figura 18. Resultados obtenidos para el ensayo de Módulo

Resiliente con la secuencia de base/subbase.


17

4. Conclusiones

Se pueden observar las siguientes situaciones fijando la

tensión de confinamiento igualándola a la atmosférica para

que ambas metodologías de ensayo sean comparativas:

En el ensayo de Módulo Dinámico, a partir de 8% de

cemento el modulo tiende a mantenerse constante

independientemente de la variación de la carga y de la

dosificación. Para porcentajes más bajos se registra que

el modulo disminuye al aumentar la carga y que la

relación entre el E-% es linealmente proporcional.

En el ensayo de Módulo Resiliente, a mayor porcentaje

de cemento y mayor tensión desviante, mayor valor de

módulo. Se lograron curvas de ajuste lineal con muy

buena aproximación en las dosificaciones de 4-6%. En

cambio, con 2% de cemento el coeficiente R2 logrado no

fue satisfactorio.

Por otro lado, variando las condiciones de ensayo fijadas

al principio de esta sección, encontramos una relación

lineal entre módulo y presión de confinamiento, con

valores de modulo que crecen junto con el porcentaje de

cemento.

A pesar de lo enunciado, hasta el momento no se puede

concluir concretamente sobre que metodología es la

apropiada para cada tipo de material. La información

adquirida nos hace creer que debemos aumentar el universo

de ensayos y reacomodar algunos procedimientos para

continuar con la investigación.

Agradecimientos

Se agradece a los integrantes del LEMaC por brindarnos el

espacio para la investigación y particularmente al Ing.

Enrique Giaccio por su colaboración para el desarrollo y

fabricación de las membranas necesarias para el ensayo de

Módulo Resiliente.

Referencias

[1] Ing. Hugo E. Poncino, Gabriela Coirini, Rossana Cassan.

Caracterización de materiales tratados con ligantes

hidráulicos para su aplicación al dimensionamiento de

pavimentos flexibles.

[2] AASHTO: T 307-99. Método de ensayo para la

Determinación del Módulo Resiliente en Suelos y

Agregados, (2003).

[3] UNE-EN 12697-26. Mezclas bituminosas. Métodos de

ensayo para mezcla bituminosa en caliente. Parte 26:

Rigidez. Ensayo de tracción indirecta sobre probetas

cilíndricas, (2006).

[4] Anael Porro, Gladys Sosa, Martin Villanueva.

Metodologías apropiadas de análisis para

estabilizaciones de suelo, cemento y estabilizante químico

en forma combinada, (2016).

[5] DVN-E6–84. Determinación del valor soporte e

hinchamiento en suelos, (2010)

[6] LEMaC, Centro de Investigaciones Viales. Guía de

Metodologías y Procedimientos para Uso Vial

desarrolladas en el LEMaC. Resistencia inconfinada de

capas de suelo cemento que emplean suelos finos, 2016.

[7] DVN-E4-84. Clasificación de suelos, (2010).

[8] DVN-E5–93. Compactación de suelos, (2010).

18


19

DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN FAST-TRACK

Becario; Battista, Nicolás Daniel

LEMaC, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional La Plata, Av. 60 y 124, La

Plata, Buenos Aires, Argentina. [email protected]

Director/res; Barreda, Marcelo Fabián

LEMaC, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional La Plata, Av. 60 y 124, La

Plata, Buenos Aires, Argentina. [email protected]

.

Área: Gestión y Diseño Vial. PID Asociado: “Hormigones de apertura rápida al transito (fast-track) para

rehabilitación de pavimentos”. Código: UTN - 4125.

Resumen El hormigón de alta resistencia inicial, también llamado hormigón de alta resistencia a edad temprana o fast-track, logra su resistencia

especificada más rápido que el hormigón convencional. El período en el cual se debe desarrollar la resistencia necesaria puede variar de unas

pocas horas hasta varios días. Se puede lograr la alta resistencia a edades tempranas con la utilización de materiales componentes y prácticas de colado convencionales, a

pesar de que en algunos casos se hacen necesarios materiales y técnicas especiales.

En el pavimento de rápida habilitación al tránsito o fast-track, el uso de mezclas de alta resistencia temprana permite el tránsito de vehículos

algunas horas después de la colocación del hormigón. El objetivo de este trabajo fue obtener un hormigón que adquiera la resistencia de

habilitación en un plazo máximo de 24 horas.

Palabras clave: hormigones, pavimentos, tránsito, rehabilitación, resistencia

1. Introducción

Con el crecimiento del tránsito, particularmente en áreas

urbanas, los usuarios de los pavimentos son cada vez menos

tolerantes a las demoras ocasionadas durante su

rehabilitación.

Los pavimentos de hormigón convencionales deben ser

curados por un período mínimo determinado con el

propósito de que adquieran la resistencia necesaria para

soportar las cargas del tránsito. En consecuencia, se requiere

el cierre de la vía durante un tiempo relativamente

prolongado. Esta circunstancia provoca retraso en la

liberación de las calzadas restauradas.

Los hormigones de apertura temprana al tránsito permiten la

puesta en servicio del pavimento rápidamente después de

efectuadas las reparaciones, causando menos molestias para

el tránsito vehicular. El empleo de estos hormigones

disminuye las pérdidas económicas que se producirían en los

negocios ubicados en las zonas afectadas por la construcción

debido a un dilatado proceso de reparación con hormigón

convencional.

La diferencia principal entre el hormigón de apertura

temprana al tránsito y el hormigón convencional es que en el

primero la ganancia de resistencia ocurre mucho más

rápidamente. Generalmente, se espera que el hormigón

desarrolle una resistencia suficiente para que un pavimento

pueda ser abierto al tránsito en un tiempo inferior a las 24

horas después de su colocación.

En el presente trabajo se exponen los resultados obtenidos

de la evaluación de diferentes hormigones diseñados para

pavimentos y aptos para su habilitación al tránsito en un

plazo máximo de 24 horas.

2. Metodología El factor fundamental en la construcción fast-track es

determinar el momento en que el pavimento puede

habilitarse al tránsito. Esta decisión debe tomarse evaluando

la resistencia y no el tiempo. En la presente tesis se toma

como referencia la resistencia a compresión de los

hormigones que muestra la Tabla 1.

Tabla 1. Resistencias minimas para la apertura al transito en

reparaciones de espesor total [ACPA TB002P. 1995]

Las consideraciones principales para el diseño de mezclas de

hormigón de apertura temprana al tránsito son la selección

del tipo y contenido de cemento, la relación agua/cemento,

el aditivo acelerante, si se emplea, y el aditivo reductor de

agua. En general, la alteración de uno o más de estos

componentes, para acelerar la ganancia de resistencia

temprana, puede afectar negativamente a la durabilidad del

hormigón.

20

En Estados Unidos, las agencias estatales de carreteras han

utilizado dos tipos de hormigón de apertura temprana al

tránsito como material de reparación. Uno permite la

apertura al tránsito en un tiempo de 6 a 8 horas después de

efectuada la reparación y el otro de 20 a 24 horas. El

primero ha sido especificado por 16 agencias estatales de

carreteras en Estados Unidos. Estas agencias han establecido

diferentes requisitos de resistencia a la compresión mínima

durante el período inicial de 6 a 8 horas, que varían entre 8,3

y 24,0 MPa y entre 1,8 y 2,8 MPa de resistencia a la flexión

mínima, determinada con carga en los tercios de la luz.

El requerimiento de cemento varía entre 425 kg/m3 y 525

kg/m3. La relación agua/cemento varía entre 0,36 y 0,40.

Los agregados gruesos constituyen el 70-80 % del volumen

de mezcla. Once agencias estatales de carreteras en Estados

Unidos han especificado mezclas de hormigón de apertura

temprana al tránsito de 20 a 24 horas. El diseño de mezcla y

otros requisitos son muy similares a los hormigones de

apertura temprana de 6 a 8 horas excepto que el contenido

de cemento es inferior (400 a 475 kg/m3) y relación

agua/cemento es superior (0,40 a 0,43).

Algunos resultados ensayos de laboratorio en Estados

Unidos han sugerido que las mezclas de hormigón de

apertura temprana al tránsito de 6 a 8 horas son menos

durables que las mezclas de 20 a 24 horas. Estas

observaciones se basan en su mayoría en su pobre

desempeño con respecto a las condiciones de congelación y

deshielo, que sólo son importantes en algunas regiones de

nuestro país. Las mezclas de hormigón de apertura temprana

al tránsito de 6 a 8 horas durables pueden lograrse mediante

la mejora de sus características.

2. 1. Experimental

Se dosificaron mezclas de hormigón empleando los

siguientes materiales:

Cemento: CPN 50 (ARI) (cemento portland normal, de 50

MPa de resistencia, de alta resistencia inicial), el cual

cumple con la norma IRAM 50000.

Agregado grueso: piedra partida granítica 6:20.

La densidad relativa del agregado en estado saturado y

superficie seca (IRAM 1533) resulto igual a 2,66 y el

tamaño máximo obtenido de las granulometrías efectuadas

(IRAM 1505) fue 1" (25,4 mm).

El PUV seco y compactado (IRAM 1548) resultó de 1491

kg/m3.

La absorción del agregado grueso alcanzada fue de 0,2 %.

Agregado fino: arena silícea y arena granítica triturada 0:6.

Las densidades relativas de las arenas en estado saturado y

superficie seca (IRAM 1520) resultaron iguales a 2,65 y

2,70 para las arenas silícea y triturada, respectivamente. Los

módulos de finura obtenidos de las granulometrías

realizadas (IRAM 1505) fueron 1,48 y 3,75 para las arenas

silícea y triturada, respectivamente. Se empleó un 42 % de

arena silícea y un 58 % de arena triturada Se obtuvo un

módulo de finura igual a 2,8 para las arenas combinadas

(Tabla 3).

Las absorciones de los agregados finos obtenidas fueron 0,3

% para ambas arenas.

Aditivos: plastificante formado a base de de lignosulfatos,

superfluidificante reductor de agua de medio rango (MR),

superfluidificante reductor de agua de alto rango (AR).

Todos cumplen con la norma IRAM 1663.

Tabla 2. Análisis granulométrico de los agregados gruesos (IRAM

1505)

Tabla 3. Análisis granulométrico de los agregados finos (IRAM

1505)

Se realizaron pastones correspondientes a distintas

dosificaciones según se observa en la Tabla 4. En todos los

casos se determinó el asentamiento y se moldearon probetas

cilíndricas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura para

posteriormente determinar la resistencia a compresión del

hormigón.

Tabla 4. Dosificaciones de los Hormigones

2. 2. Cálculos

Con los resultados de resistencia a compresión efectuados a

diferentes horas contadas a partir de la terminación de las

probetas, se realizaron gráficos de la resistencia (MPa) en

función del tiempo (Horas) y se obtuvieron las ecuaciones

de correlación correspondientes para cada mezcla (Tabla 5).


21

Tabla 5. Ecuaciones correspondientes a cada mezcla

3. Resultados y Discusión Considerando una losa de 200 mm de espesor, aplicando las

ecuaciones de la Tabla 5 y comparando con la Tabla 1, se

obtuvieron las edades de habilitación (Tabla 6).

Tabla 6. Edad a la cual se alcanza la resistencia de habilitación para

un espesor de losa de 200 mm

A continuacion de visualizan los graficos donde se observa la

evolucion de la resistencia (MPa) con la edad (Horas) de las

mezclas considerados.

Grafico 1. Curva correspondiente a la Mezcla Nº 1.




Observando las Tablas 4 y 6 y los Gráficos 1, 2, 3 y 4 se

pueden apreciar como en la Mezcla 1, al no utilizarse algún

aditivo fluidificante o superfluidificante, no es posible

alcanzar el asentamiento deseado (8+2 cm) pero, sin

embargo, se alcanza la resistencia de habilitación en el

menor tiempo (8 horas).

Con la Mezcla 2 se logra alcanzar la resistencia de

habilitación a las 15 horas, aunque su asentamiento no es el

deseado. Cabe aclarar que en esta mezcla no fue empleada

la dosis máxima de aditivo permitida por el fabricante del

producto, por lo tanto, podría aumentarse la dosis del

aditivo para obtener un asentamiento mayor.

La Mezcla 3 y la Mezcla 4 contienen el mismo tipo de

aditivo. La resistencia de habilitación se alcanza a las 13 y

16 horas, respectivamente. Sin embargo, con la Mezcla 3 no

ha alcanzado el asentamiento deseado, por lo tanto para la

Mezcla 4 se aumentó la dosis de aditivo empleada (Tabla 4)

lográndose obtener un aumento del asentamiento. No

obstante, comparando la Mezcla 4 con la Mezcla 3, se

observa que en el primer caso se produjo un retraso en la

velocidad de ganancia de resistencia, obteniéndose una edad

de habilitación a las 16 horas en lugar de 13 horas (Tabla

6).

En el caso de la Mezcla 5, se empleó una relación

agua/cemento menor que en los otros casos (0,40) y la edad

de habilitación se alcanzó a las 12 horas, pero el

asentamiento obtenido resultó excesivo, motivo por el cual

en el futuro debería reducirse el porcentaje de aditivo

utilizado con el propósito de lograr el asentamiento deseado.

22

4. Conclusiones

A partir de los datos alcanzados, la obtención de una mezcla

de hormigón que adquiera una resistencia de habilitación al

tránsito en un plazo máximo de 24 horas, con el

asentamiento deseado, y tomando como referencia el

reemplazo de una losa de 200 mm de espesor, fue logrado

adoptando una dosificación con una relación agua/cemento

de 0,43, empleando cemento de alta resistencia inicial y un

aditivo superfluidificante.

Los resultados obtenidos serán considerados como

información relevante con el objeto de seguir optimizando

las dosificaciones de los hormigones fast-track.

Agradecimientos

Se agradece al personal del LEMaC por la colaboración

prestada para lograr realizar este trabajo.

Referencias

[1] Fava Carlos A. P., Innovaciones y Mejoras

Tecnológicas en el Área de los Pavimentos de Hormigón,

Trabajos Técnicos Primer Seminario Provial Urbano, Tomo

I, Rosario, Argentina, 1998.

[2] Fast-Track Concrete Pavements, TB004.02P, American

Concrete Pavement Association, Skokie, Illinois, 1994.

[3] Guidelines for Full-Depth Repair, TB002P, American


[4] CIRSOC 201. Reglamento Argentino de Estructuras de

Hormigón, INTI, Argentina, 2005.

[5] Ese Material Llamado Hormigón, Asociación Argentina

de Tecnología del Hormigón, Buenos Aires, Argentina,

2012.

[6] Práctica para Dosificar Concreto Normal, Concreto

Pesado y Concreto Masivo, Instituto Mexicano del Cemento

y del Concreto, México, 1990.

[7] Fast-Track Concrete Pavements, TB004.02P, American


[8] Kosmatka Steven H., Kerkhoff Beatrix, Panarese

William C., Tanesi, Jussara, Diseño y Control de Mezclas de

Concreto, Portland Cement Association, Skokie, Illinois,

EE.UU., 2004.

[8] NCHRP Report 540, Guidelines for Early-Opening-to-

Traffic Portland Cement Concrete for Pavement

Rehabilitation, National Cooperative Highway Research

Program, Washington D.C, 2005.


23

EVALUACION DEL COMPORTAMIENTO DE ADITIVOS EN

HORMIGÓN FAST-TRACK

Becario: Jeremias Borghello, LEMaC, La Plata, Argentina. [email protected]

Director: Marcelo Barreda, LEMaC, La Plata, Argentina

[email protected]

Área: Tecnología de los Pavimentos Rígidos y Estructuras. PID Asociado: “Hormigones

de apertura rápida al tránsito (fast-track) para rehabilitación de pavimentos”. Código:

UTN4125.

Resumen Los aditivos químicos son una pieza clave en el desarrollo de hormigones de alta performance, modificando sus propiedades en estado fresco y

endurecido, por tanto es necesario evaluar su compatibilidad en pastas de cemento para determinar la influencia que tendrá el aditivo en el

hormigón. El objetivo de este trabajo fue evaluar la compatibilidad entre cementos y aditivos, y la dosis máxima de estos últimos para la

realización de hormigones de apertura rápida al tránsito.

Palabras clave: hormigón, fast-track, aditivos, reductores de agua, acelerantes

1. Introducción

En los pavimentos de hormigón de rápida habilitación al

tránsito o fast-track, el uso de mezclas de alta resistencia en

edad temprana permite el tránsito de vehículos algunas horas

después de la colocación del hormigón.

Los aditivos químicos tales como reductores de agua,

acelerantes e incorporadores de aire, generalmente se

emplean en el hormigón fast-track con el propósito de

mejorar sus propiedades en estado fresco y endurecido.

Este trabajo se limitó al estudio de la fluidez de las pastas de

cemento correspondientes a mezclas factibles de uso en

hormigones fast-track de muy baja relación agua/cemento,

para pronosticar el comportamiento de los aditivos

reductores de agua de alto rango o superfluidificantes en

estas condiciones.

La norma IRAM 1663 define a los aditivos químicos como

el material que, aparte del cemento, los agregados y el agua

empleados normalmente en la preparación del hormigón,

puede incorporarse durante o después de la preparación del

pastón, con el objeto de modificar alguna o varias de sus

propiedades en la forma deseada.

Reductores de agua

Los aditivos reductores de agua normales [2] permiten una

reducción de la relación agua/cemento, para una

trabajabilidad [2] dada, sin que afecten significativamente

las características de fraguado del hormigón. Por tanto este

efecto puede utilizarse para:

• Tener la misma consistencia y menor relación

agua/cemento, lo cual permite obtener una mayor

resistencia, con respecto a un hormigón de referencia

• Sin variar las proporciones de mezcla, se obtiene un

hormigón de mayor consistencia

• Puede obtenerse un hormigón con trabajabilidad y

resistencias similares pero con menor contenido de cemento

que el hormigón de referencia, sin que afecte la durabilidad

y propiedades estructurales.

Existen también los aditivos de efecto doble como por

ejemplo reductores de agua y acelerante (resistencias más

altas a edad temprana), reductores de agua y retardante

(alargan el periodo que el hormigón permanece trabajable),

reductores de agua e incorporadores de aire (introducen

burbujas microscópicas dentro de la pasta de cemento

originando una mayor trabajabilidad en estado fresco y

mayor durabilidad frente a condiciones de congelación-

deshielo, pero disminuye la resistencia). Los

superfluidificantes permiten una adición de hasta 10 veces

más que los aditivos reductores de agua normales a las

mezclas de hormigón sin que aparezcan efectos indeseables

tales como oclusiones de aire o retardaciones excesivas en la

hidratación del cemento.

Los aditivos superfluidificantes son compuestos únicamente

por cinco materiales químicos que forman la base de todos

ellos.

1- Lignosulfonatos: Extraídos del proceso de producción de

pulpa de papel de la madera, es un subproducto que a través

de neutralización, precipitación y proceso de fermentación

produce un rango de lignosulfatos de diferente pureza y

composición que depende del álcali neutralizante, el grado

de fermentación, tipo y edad de la madera entre otros

factores. Los lignosulfonatos comerciales utilizados son

predominantemente cálcicos o sódicos con un contenido de

azúcar entre 1 y 30%. La sal de sodio tiende a mantener su

solubilidad a bajas temperaturas y posee mayor grado de

ionización en solución, esto se traduce que se requieren

mayores concentraciones de sal cálcica para obtener la

misma reducción en la relación agua/cemento. Sin embargo

las materias primas del lignosulfonato cálcico son más

baratas que las del lignosulfonato sódico. Aquellos

lignosulfonatos de menor pureza ocluyen una pequeña

proporción de aire en el hormigón, para reductores de agua

normales y superfluidificantes se añade una pequeña


24

cantidad de agente desaireante. Los azucares presentes

tienen un efecto retardante en la hidratación del cemento, si

es no deseado, se agregan compuestos acelerantes pero esta

adición puede tener ciertos efectos deletéreos sobre algunas

propiedades del hormigón.

2- Ácidos hidroxicarboxilicos: Se producen a partir de

materias primas puras de la madera, bien por medios

químicos o bioquímicos. Aproximadamente el 30% de

soluciones de las sales podrían ser usadas con adición de

otros tipos químicos, así las sales pueden estar presentes

para producir aditivos reductores de agua normales a bajas

dosificaciones y aditivos reductores de agua retardantes a

mayores dosificaciones (dependiendo de la cantidad de sal

de ácido hidroxicarboxilico presente en la formulación).

Pequeñas cantidades mezcladas con cloruro cálcico

producen aditivos reductores de agua acelerantes. No son

utilizados para superfluidicantes a causa de la influencia

retardante que podría generar con altas dosificaciones

necesarias para producir la trabajabilidad requerida.

3- Polímeros hidroxilados: Son derivados de materias

primas tales como maicena por hidrolisis parcial para formar

polímeros de menor peso molecular. Son materiales estables

bajo condiciones alcalinas y se comportan como agentes

reductores de agua, producen un retardo en el hormigón que

puede ser contrarrestado por la adición de pequeñas

cantidades de cloruro cálcico.

4- Sales de ácidos formaldehido naftaleno sulfonicos: Es

producido a partir del naftaleno por óleum o sulfonacion con

trióxido de azufre. Según el proceso para formarlo variara el

peso molecular, aquellos con bajo peso reducen la tensión

superficial de la fase acuosa en el hormigón ocluyendo aire,

se añaden agentes desaireantes. Los materiales basados en

altos pesos moleculares no causan oclusión de aire, estos se

utilizan para producir superfluidificantes porque es posible

añadir grandes cantidades sin efectos indeseables de fuerte

retardo u oclusión de aire.

5- Sales de formaldehido-melamina sulfonato: Se prepara

mediante técnicas normales de resinificacion. Es usado casi

siempre como el único componente en los superfluidificante,

ya que cumple con los requisitos de no retardar

excesivamente u ocluir aire a altos niveles de dosificación.

Efecto de los aditivos reductores de agua en estado fresco:

Parece probable que los diversos tipos de moléculas de los

aditivos reductores de agua, por virtud de su alto contenido

de hidróxidos (2 y 3), doble capa eléctrica de microgeles (1)

o alta densidad de electrones de sistemas de carácter

aromático (4 y 5), serán altamente disueltos y, por tanto,

rodeados de una vaina de moléculas asociadas de agua

formando una capa monomolecular de aditivo en la interface

agua/cemento, esta capa reduce las fuerzas de atracción de

Van der Wall que conlleva a una reducción de fricción entre

partículas y por lo tanto la energía necesaria para inducir un

flujo dentro del sistema también se reduce. Además genera

una dispersión de las partículas aglomeradas de cemento en

partículas más pequeñas, esto incrementa la superficie

específica lo que concluye en una velocidad más rápida de

hidratación del cemento. Los aditivos incrementa la

velocidad de pérdida de asiento de las mezclas.

Acelerantes

Los acelerantes del hormigón incrementan la velocidad de

endurecimiento de las mezclas del cemento y del hormigón.

Son utilizados en hormigonado en tiempo frio, ya que el

hormigón este menos sujeto al daño por helada en las

primeras edades porque el tiempo de curado es acortado y

contrarresta la baja resistencia inicial que desarrolla un

hormigón en tiempo frio. Otra aplicación es en elementos

premoldeados y pretensados, donde el aumento de la

productividad es un factor fundamental. En pavimentos de

rápida habilitación son fundamentales para alcanzar la

elevada resistencia requerida por las normas de vialidad en

periodos cortos.

El cloruro de calcio es el acelerante más efectivo y

económico del mercado, pero su uso está restringido, ya que

induce a la corrosión de las armaduras. Los límites de

cloruros están especificados en el CIRSOC 201-2005.

Cuando se realiza un hormigón armado como en nuestro

caso, se utilizan acelerantes “sin cloruros”, que son de base

nitrito de calcio. Este producto es más costoso que el

anterior y su efectividad está supeditada al tipo de cemento

que se emplee.

El cloruro de calcio es producido como un subproducto de la

fabricación del carbonato sódico, para su empleo como

acelerante es suministrado normalmente en una solución del

33 al 35%.

En el primer contacto entre la solución de cloruro cálcico y

el hormigón, reaccionan para formar muy pequeñas

cantidades de etringita, mientras el yeso continua

reaccionando para formar etringita el cloruro cálcico no

reacciona, pero puede continuar promoviendo la hidratación

de los silicatos, cuando todo el yeso es consumido, el

cloruro cálcico empieza a reaccionar otra vez con el

aluminato tricalcico hasta que el cloruro en la solución es

reducido a casi cero.

El formiato cálcico, utilizado en la elaboración de

acelerantes “con cloruro”, se obtiene como subproducto en

la fabricación de un alcohol polihidrico, pentaritritol. Este

reacciona con el aluminato tricalcico.

En el contacto inicial con agua el hormigón desarrolla un

calor atribuido al calor de humedecimiento, hidratación de la

cal libre y reacción del aluminato tricalcico con yeso para

formar etringita. Con el uso de acelerantes de cualquier tipo

este calor se incrementa debido a que la última reacción es

acelerada.

Estos aditivos reducen el tiempo inicial y final de fraguado,

aumentan las resistencias a compresión temprana pero, la

presencia del cloruro cálcico o trietanolamina reducirá las

resistencias a flexión y tracción y el módulo de elasticidad.

Dado que el grado de hidratación será considerable al

principio y el mayor volumen de productos de hidratación

llevaría a una reducción en la permeabilidad pero habrá un

efecto adverso en la distribución de poros y capilares, bajo

estas circunstancias, el hormigón será más poros y permitirá

un acceso más fácil a los líquidos y gases agresivos. Además

la resistencia del hormigón conteniendo cloruro cálcico al

ataque de sulfatos acuosos disminuye.

Por lo anterior mencionado, la protección de armaduras se

verá comprometida ya que la porosidad del hormigón se

incrementa y habrá una mayor oportunidad para que el aire y

la humedad lleguen a estar en contacto. La presencia de

cloruro cálcico a concentraciones mayores que 1.5% por

peso de cemento puede conducir a la rotura de la capa de

pasivacion en la interfase armadura/hormigón, volviendo a

la armadura más susceptible a la corrosión, con el formiato

cálcico esto no sucede.

Incorporadores de aire


25

Los aditivos incorporadores de aire son materiales

orgánicos, generalmente en solución, que cuando se añaden

al agua de amasado del hormigón ocluyen una cantidad de

aire controlada en forma de burbujas microscópicas

uniformemente repartidas.

La presencia de burbujas microscópicas de aire actúa como

un lubricante e incrementan la trabajabilidad o permiten la

correspondiente reducción en la relación agua/cemento,

también aumentan la cohesión o estabilidad de la mezcla

permitiendo una reducción de agregado fino. Las

resistencias a compresión y tensión decrecen con el

incremento en el contenido de aire cuando la dosificación

permanece sin cambiar. La durabilidad aumenta

considerablemente frente a condiciones de congelación y

deshielo. Una variante es ocluir cantidades de hasta 30% en

volumen para bajar la densidad del hormigón e incrementar

las propiedades de aislamiento térmico, este hormigón no

cumple funciones estructurales.

El origen de estos aditivos es diverso, se mencionaran los

más importantes.

Sales de ácidos adietico y pimerico: Componentes

principales en las resinas extraídas del pino, o

alternativamente de las resinas derivadas del proceso de

aceites altos. Los productos comerciales contienen entre 5-

20% de material activo en solución acuosa. Para realización

de hormigones ligeros se añade una proporción de cola

animal para estabilizar la estructura de las burbujas.

Sales de ácidos grasos: A fin de satisfacer requisitos de un

buen comportamiento, se utilizan ácido oleico y ácido

caprico, estos están en presentes en una distribución de

cadenas largas en grasas y aceites naturales como

subproducto de la producción química de la pulpa y aceite

de coco. Estos productos al contrario de las resinas

neutralizadas de madera, son compatibles en solución con

ciertos lignosulfonatos y sales de ácidos hidrocarboxilicos

para formar aditivos que posean las propiedades de aireantes

y reductores de agua.

Alkil-aril sulfonatos: Tienden a encontrar aplicaciones en la

producción de hormigón ligero y no en incrementar la

durabilidad al congelamiento-deshielo. Su materia prima es

un surfactante básico usado en una variedad de detergentes

industriales y domésticos.

Alkil sulfatos: Son compatibles con muchos aditivos

reductores de agua para producir aditivos aireantes

reductores de agua.

La principal composición de esta gama de aditivos son

surfactantes anionicos que, añadidos a las pastas de

cemento, se absorben por las partículas de cemento con sus

grupos polares orientados hacia las partículas. Esta “funda”

es de solubilidad limitada y solamente una pequeña

proporción permanece en solución como sal de calcio. La

débil solución surfactante forma burbujas por agitación en la

fase acuosa, que se estabilizan como esferas microscópicas

para unirse en grandes burbujas por la orientación del

surfactante insoluble a través de la interfase aire/líquido y

por la adherencia a la superficie hidrófoba originada en las

partículas de cemento por el surfactante absorbido.

En estado fresco el aditivo incorporador de aire cambia las

propiedades reologicas de la mezcla aumentando su

viscosidad, la magnitud del efecto debido a la presencia del

aditivo (cualquiera sea su origen) por sí mismo es pequeña

comparada con el efecto del aire que ocluye, esto permite

reducir el agregado fino sin disminuir la cohesión y/o

provocar segregación. La presencia de aire ocluido produce

un incremento en la trabajabilidad del hormigón, esto debido

a que el incremento del volumen de la pasta altera la

relación en volumen pasta/árido y a la “lubricación” de las

partículas de árido grueso y fino por las microscópicas

burbujas de aire, y además, aumentando el factor de

compactación. Si mantenemos la trabajabilidad original

puede reducirse de un 5 a 15% la relación A/C dependiendo

de los contenidos de cemento y aire.

Como se mencionó al principio la resistencia a compresión

sufre una considerable reducción por la oclusión de aire. Sin

embargo, con cambios en la dosificación del hormigón a

causa de la presencia de burbujas de aire, hormigones

conteniendo del 3 al 6% de aire y con un contenido

constante de cemento dentro del intervalo de 200 a 400

kg/m3 tienen solamente una débil, y si la hay, perdida de

resistencia, con contenidos de cementos más bajos pueden

obtenerse incrementos en la resistencia.

En la mayoría de sus casos está perdida de resistencia es

justificada con cambios significativos en la durabilidad del

hormigón como por ejemplo en el fenómeno hielo-deshielo.

Cuando el agua se hiela se expande aproximadamente en un

9% en volumen y si la expansión está restringida, se ejerce

una fuerza considerable. En un hormigón con aire ocluido,

las diminutas burbujas de aire actúan como un recinto para

absorber las expansiones del hielo.

1. De izq. a der: Acelerante, hiperfluidificante,

superfluidifacante de doble efecto, acelerante e incorporador

de aire.

2. Metodología La determinación del punto de saturación para cada

combinación aditivo-ligante se basa en la evaluación de la

fluidez de pastas preparadas con diferentes dosis de aditivos.

El método empleado consiste en llenar un cono de Marsh

con 800 ml de pasta y medir el tiempo que tardan en escurrir

200 ml a través de una boquilla de 8 mm de diámetro y 60

mm de longitud. En cada serie de pastas se mantiene

constante la razón agua/cemento. El aditivo se calcula como

peso líquido, esto es, se descuenta del agua de amasado el

aporte del aditivo. Una vez realizadas las determinaciones

en las diferentes pastas se representa la curva “tiempo de

escurrimiento – dosis de aditivo” para cada conjunto de

materiales y se define como “punto de saturación” a aquella

dosis a partir de la cual un aumento en la cantidad de aditivo

no provoca una mejora significativa de la fluidez.

Se prepararon 2 litros de pasta utilizando una mezcladora

normalizada de dos velocidades, mezclando durante 2 y ½

minutos a la velocidad baja y 2 y ½ minutos a velocidad

alta. Un tercio de la dosis de aditivo fue incorporada junto

con el agua de amasado y el ligante, y un minuto después los

2/3 de aditivo restante. Entonces se realizaron tres

determinaciones del tiempo de pasaje y cada punto

corresponde al promedio de ellas. Luego de medir la fluidez

durante los minutos posteriores al contacto del cemento con

el agua, se dejó reposar la pasta dentro de un recipiente

26

cubierto y se determinó en dos instantes más el tiempo de

escurrimiento cada aproximadamente 30 minutos. Previo a

cada medición se realizó la homogeneización con un

mezclado a velocidad rápida durante 30 segundos

2. Cono de marsh y análisis de resultados.

2. 1. Experimental

El programa experimental comprendió la utilización de

aditivo superfluidificante “GD19” (ASTM C1017 Tipo I -

ASTM C494 Tipo A y tipo F) y aditivo superplastificante

“SV6” (ASTM C494 Tipo A y tipo F). Cada aditivos se

combinó con cemento CPC 40 y cemento CPN 50 (ARI) en

dosis de 0,4%, 0,6% y 1,0% respecto del peso de cemento y

con relación agua/cemento 0,30.

2. 2. Cálculos

Dosificación

Porcentaje aditivo 0,4% 0,6% 1,0%

Peso aditivo [g] 7,2 10,8 18

Agua [g] 532,8 529,2 522

Cemento [g] 1800 1800 1800 3. Dosificación de pasta.

Aunque solo se necesiten 800 ml de pasta se eligió este

volumen de dosificación debido a los sucesivos ensayos que

se realizan y en cada intervalo debe limpiarse el Cono de

Marsh ya que queda adherida parte de la pasta lo cual

modificaría el tiempo de escurrimiento.

3. Resultados (o Resultados y Discusión)

4. Punto de saturacion 0,6%

5. Punto de saturacion 1,0%

6. Punto de saturación 0,6%

No pudo medirse la compatibilidad GD19 – CP ARI debido

a su escaza fluidez. Esto se debe fundamentalmente a la

mayor finura de este último que incide sobre la viscosidad

de la pasta, origina el aumento de los tiempos de pasaje (o

en nuestro caso nulo) y permite la adsorción de una mayor

cantidad de aditivo aumentando la dosis del punto de

saturación y de la fluidez requerida.

En todas las gráficas se observa una tendencia decreciente a

medida que aumenta la dosis de aditivo, esto es porque al

aumentar la cantidad de aditivo disminuye la viscosidad de

la pasta lo que provoca un pasaje más veloz por el orificio

de salida en el Cono de Marsh y por tanto el tiempo de

escurrimiento disminuye.

4. Conclusiones

El estudio de la fluidez de las pastas constituye una etapa

importante en el diseño de hormigones fast-track cuando se

utilizan relaciones agua/cemento muy bajas, tanto desde el

punto de vista tecnológico como económico.

Las propiedades de la pasta inciden en forma directa sobre la

trabajabilidad, resistencia y la durabilidad del hormigón. Sin

embargo el sistema resulta sumamente complejo ya que

implica elegir diferentes tipos y contenidos de cementos y

aditivos, como asi también definir las dosis más adecuadas

de estos últimos, ya que las mismas varían en forma

significativa conforme el ligante adoptado.

Otra variable significativa en la evaluación de la dosis de

aditivo máxima es la relación agua-cemento, que en nuestra

experiencia se mantuvo en 0,30. El método empleado

establece un valor máximo en la dosis efectiva de

superfluidificante, superado el punto de saturación no

aparecen mejoras de fluidez y aumentan el riesgo de

segregación y retraso en el inicio del proceso de hidratación,

sin embargo, aunque se colocaron dosis dentro del rango

establecido por el fabricante, se observaron efectos de


27

segregación de la pasta en varios ensayos como por ejemplo

SV9-CPC40 0,6% y GD19-CPC40 1%.

Aunque muchos autores recomienden la evaluación de las

propiedades de la pasta, esto no garantiza resultados

predecibles en el diseño de hormigones con uso de aditivos

superfluidificantes.

Referencias

[1] G. Giaccio y R. Zerbino, elección del tipo y dosis de

superfluidificante para el diseño de hormigones de alta

performance, Ciencia y tecnología del hormigón.- LEMIT

Nro. 8 (2000).

[2] M.R. Rixon, Aditivos para los hormigones, composición

propiedades y empleo, Editores técnicos asociados, S.A.

(ed) 1era edición (1984).

[3] A. Giovambattista, HORMIGON-materiales, vida útil y

criterios de conformidad y su consideración en el

reglamento CIRSOC 201-2005, INTI (ed) (2011)

[4] Norma Argentina IRAM 1663, Hormigón de cemento –

aditivos químicos, 3era edición (2002).

[5] C. Arcilla Lopez, G. Cuéllar Trujillo, Aditivos para

concreto y mortero, CMC Latinoamérica (ed) vol.1 nro.1

(2000)

[6] M. L. Brown, J.L. Schlegel, Chemical Admixtures for

Concrete, American Concrete Institute (ed) (2004)

[7] P. Kumar Mehta, P. J. M. Monteiro, Prentice – Hall, Inc.,

Concrete, structure, properties, and Materials, A Simon &

Schuster Company (ed), 1era edición (1998).

[8] Ese material llamado hormigón, H. Balzamo, O. A.

Cabrera, M. A. Clariá, Asociación Argentina de Tecnología

de Hormigón (ed) (2012).

28


29

RECUPERACIÓN DE ASFALTO POR DISNTINTOS MÉTODOS:

HORNO DE IGNICIÓN, ABSON Y MÉTODO LEMaC

Becario: Srta. Aldana Orellana

Universidad Tecnológica Nacional, La Plata, Argentina. [email protected]

Director: Ing. Oscar Rebollo

Universidad Tecnológica Nacional, La Plata, Argentina. [email protected]

Área: Tecnología de los Pavimentos Flexibles PID Asociado: “Utilización de polímeros con modificadores de

cementos asfálticos y su incidencia en el desempeño de mezclas asfálticas densas y semi densas. Código: IFILP4366 Resumen El objetivo de éste trabajo es explicar y hallar una conclusión de los resultados de ensayos hechos con mezcla

asfáltica, con el contenido de asfalto conocido y sobre muestras de las cuales no conocíamos el contenido de asfalto.

Los métodos de ensayos utilizados fueron: Horno de Ingnición (mufla), Abson y el método del LEMaC de las dos

centrífugas.

Palabras clave: ligante, horno, abson, centrífugas.

1. Introducción

El contenido de ligante de una mezcla asfáltica puede ser

determinado de distintas maneras, en ésta tesis se

compararán tres métodos: mediante el Horno de Ignición,

método Abson y el método del LEMaC. Ésta tesis tiene

como objetivo final identificar el contenido de asfalto y la

granulometría de la mezcla, para luego compararlos y así

determinar la exactitud de los métodos entre ellos.

Realizamos ensayos con muestras con el contenido de

asfalto conocido, para ajustar en los tres métodos el error

posible.

2. Metodología y Análisis de Resultados Para la determinación del contenido de ligante asfáltico en

mezclas asfálticas se utilizaron tres métodos. El primero

basado en el método del LEMaC publicado en la “Guía de

metodologías y procedimientos para uso vial desarrollados

en el LEMaC” perteneciente al LEMaC – Centro de

Investigaciones Viales, edición 2016 ISBN 978-987-1896-

51-6. El segundo método empleado es el descripto por la

norma ASTM D-6307, para obtener el porcentaje de asfalto

donde se utiliza el horno de ignición. El tercer método es el

especificado por la Dirección Nacional de Vialidad VN–

E17-87, donde se utiliza el ensayo “Abson” para la

determinación del contenido de asfalto de mezclas

preparadas en caliente, con una variación con el solvente a

utilizar, dado que el tricloroetileno es un producto

cancerígeno, se remplazó por el kerosene, por lo que hay

que tener mayor cuidado a la hora de realizar el ensayo

.

Se utilizaron muestras de obras de pavimentos de la

Municipalidad de La Plata y, mezclas de trabajos de

investigación donde el porcentaje de asfalto utilizado es

conocido.

2. 1. Experimental

En primera instancia, se tomó una muestra de una mezcla

asfáltica de obras de pavimentación de la Municipalidad de

La Plata, el destino de la cual es de una carpeta de

rodamiento.

Por cuarteo sucesivo se tomaron tres muestras iguales para

realizar los tres ensayos propuestos, se tomó una de ellas

para realizar el ensayo con el horno de ignición, la cual fue

colocada en una bandeja receptora provisoria y luego,

llevada a estufa hasta alcanzar los 110°C, una vez ingresada

al horno de ignición se siguieron los pasos tal cual indica la

norma de uso. Con la segunda muestra siguiendo la norma

de Vialidad Nacional, se la coloco en los recipientes del

ensayo abson y se realizó el ensayo. Y, la tercera y última,

fue ensaya mediante el método del LEMaC de las dos

centrífugas.

En la Tabla 1 se pueden ver los resultados de los tres

ensayos y se comparan con el porcentaje de asfalto conocido

(el cual era de 4,8%).

Tabla 1.

Muestra Dato Ensayo % asfalto % error

1 4,8

Horno 5,01 1,04

Abson 6,34 1,32

LEMaC 4,8 1,00

Los resultados obtenidos se compararon con el valor de dato

de referencia, el cual como muestra la Tabla 1, para las

mezclas ensayadas con los métodos horno de ignición y

LEMaC, están en el orden del valor de referencia. En

cambio, con el método abson, el valor obtenido es muy

elevado comparado con el de referencia. Para completar el

estudio, realizamos la granulometría de los agregados

obtenidos como muestra la Tabla 2 y el Gráfico 1.

Foto 4cm x 4cm



30

Tabla 2.

% Pasa

Horno Abson LEMaC

¾ 100 100 100

½ 90,6 86,4 89,5

4 65,1 61,8 60,0

10 47,5 45,4 45,0

40 32,2 30,8 29,0

80 22,8 22,1 21,9

200 0,8 12,0 7,8

Gráfico 1.

Analizando el Gráfico 1 se observan que las granulometrías

de los tres métodos, son muy similares con excepción del

tamiz N°200, donde se observa mucha disparidad entre

ellos, sobre todo en el método del horno de ignición donde

el valor es muy pequeño, comparado con los otros dos, por

lo que se deduce que puede llegar a ser un error del operario.

Luego, se decidió seguir realizando ensayos para minimizar

los errores. Se volvieron a hacer ensayos con la misma

mezcla asfáltica pero de otra obra de la Municipalidad de La

Plata. Ésta vez, los ensayos realizados fueron con el método

del horno de ignición y el método del LEMaC de las dos

centrífugas.

Los resultados se muestran en la Tabla 3, el ensayo de

recuperación de asfalto por el método LEMaC, también se

muestra en la Tabla 3.

Tabla 3.


2 4,8 Horno 5,35 1,11

LEMaC 4,8 1,00

Como se observa en la Tabla 3, los resultados de los ensayos

son similares, estando dentro del entorno del valor de

referencia, el cual es del 4,8%. Luego para continuar con lo

programado, se procedió a analizar las granulometrías, las

cuales se muestran la Tabla 4 y se representan en el Gráfico

2.

Tabla 4.

% Pasa

Horno LEMaC

¾ 98,2 94,8

½ 84,1 75,6

4 67,5 53,6

10 48,8 38,0

40 25,5 21,1

80 18,4 15,5

200 13,5 11,4

Gráfico 2.

Se logra ver una diferencia entre la curva granulométrica

obtenida luego del método LEMaC y la curva resultante del

método por el horno de ignición, esto puede deberse a una

pérdida de material por la mala ejecución del operario en el

ensayo del horno.

Para seguir ajustando los métodos, se realizaron nuevamente

ensayos, pero con mezcla asfáltica también de otras obras de

la Municipalidad de La Plata. Los ensayos que se realizaron

fueron con el horno de ignición y con el método abson, con

el fin de ajustar los procedimientos y valores de estos

ensayos.

Los resultados obtenidos, son los que se muestran en la

Tabla 5.

Tabla 5.


3 4,8 Horno 4,8 1,0

Abson 4,8 1,0

Habiendo ajustado los posibles errores del operario, se logró

efectivamente obtener el resultado correcto, ya que el

contenido de asfalto era el ya conocido del 4,8%.

En cuanto a la granulometría, los resultados también fueron

muy satisfactorios, se pueden ver en la Tabla 6 y en el

Gráfico 3 representados.

Tabla 6.

% Pasa

Horno Abson

¾ 100 98,4

½ 86,9 84,7

4 58,8 58,5

10 38,6 38,4

40 21,1 21,5

80 16,4 15,6

200 10.4 10,1


31

Gráfico 3.

En este caso, se destaca la exactitud que se obtuvo con el

método del horno de ignición comparado con el método

abson, ya que los resultados fueron muy semejantes.

Luego de realizar una cantidad considerable de ensayos y

estudiar sus resultados, se ahondó en elaborar un ensayo

final con una mezcla en la cual conocíamos el porcentaje de

asfalto utilizado, para ver si estos tenían la precisión que se

necesita a la hora de controlar una mezcla asfáltica.

Los resultados obtenidos de los ensayos, son los que se

muestran en la Tabla 7.

Tabla 7.


4 4,8

Horno 4,6 1,0

LEMaC 4,7 1,0

Abson 4,7 1,0

Como se observa en la tabla 7, los tres métodos son muy

precisos a la hora de obtener los resultados que representan

los valores de diseño de las mezclas asfálticas en caliente, en

lo referente al contenido de asfalto.

En cuanto a la granulometría, los resultados fueron muy

buenos, se pueden ver en la Tabla 8 y representados en el

Gráfico 4.

Tabla 8.

% Pasa

Horno Abson LEMaC

¾ 99,0 98,4 98,7

½ 86,9 84,7 85,4

4 58,8 58,5 58,7

10 38,6 38,4 38,4

40 21,1 21,5 21,3

80 10,1 11,1 11,0

200 11,4 10,1 10,0

Gráfico 4.

Se puede ver con claridad que también los tres métodos

tienen exactitud a la hora de analizar los resultados de la

curva granulométrica que compone a la mezcla asfáltica en

estudio, ya que los resultados fueron muy semejantes y se

observa que las curvas están superpuestas.

3. Conclusiones

- La determinación del contenido de ligante asfáltico por

medio de los tres métodos arrojaron resultados muy

precisos, pudiéndose decir que son confiables a la hora de

evaluar una mezcla asfáltica en caliente.

- El análisis de la curva granulométrica también es muy

precisa, siendo los tres métodos muy confiables.

- Determinar el porcentaje de asfalto utilizando el horno de

ignición tiene como ventaja con respecto a los otros dos

métodos, Abson y LEMaC, que el error que puede cometer

el operario a la hora de realizar el ensayo es mucho menor.

- Otra ventaja de realizar la determinación del contenido de

ligante utilizando el horno de ignición, es que resulta más

limpio en comparación con el método LEMaC y el Abson,

ya que no se utiliza kerosene como diluyente.

- En cuanto a los tiempos que duran los ensayos, el horno y

Abson dura 2 horas y, el método LEMaC 1 hora. Pero hay

que tener en cuenta que una vez terminado el ensayo, la

granulometría se puede hacer pasados los 30 minutos en el

horno, cuando se enfría la muestra, mientras que cuando se

realiza el método LEMaC y Abson, debe dejarse 24 horas

secándose en estufa a 100°C.

Agradecimientos

Le agradezco al LEMaC por brindarme el espacio para

realizar los ensayos y además por proveerme de los

materiales para ejecutar los mismos.

Referencias

[1] “Guía de metodologías y procedimientos para uso vial

desarrollados en el LEMaC” pertenecientes al LEMaC –

Centro de Investigaciones Viales, edición 2016 ISBN 978-

987-1896-51-6

[2] Norma de ensayo VN-E17-87. Determinación del

contenido de asfalto de mezclas preparadas en caliente por

el método de “Abson”

[3] Norma de ensayo NTL-384. Contenido de ligante en

mezclas bituminosas por el método de combustión.

[4] Norma de ensayo ASTM 6307. Método estándar para

determinar el contenido de asfalto con el Horno de Ignición

de una Mezcla Asfáltica en caliente.

32


33

MEZCLAS ASFALTICAS EN FRIO CON INCORPORACION

DE CAUCHO DE NEUMATICOS FUERA DE USO (NFU).

Becarios; Adriana Noemi Huespe; Rafael Peña; Victoria Anzola.

Universidad Tecnológica Nacional, Berisso, Argentina.

Director; Gerardo Botasso.

Universidad Tecnológica Nacional, Berisso,

[email protected]

Área: Tecnología de los Pavimentos Flexibles PID Asociado:

“Utilización de polímeros con modificadores de cementos asfálticos y su

incidencia en el desempeño de mezclas asfálticas densas y semi densas. Código: IFILP4366

Resumen

Obtener una mezcla en frio con la incorporación de caucho proveniente de neumáticos fuera de uso (NFU), utilizando

tecnología de fácil aplicación con la utilización de mano de obra no calificada, que pueda ser almacenada, transportada y

aplicada, con escasos recursos técnicos, la cual pueda ser destinada a instituciones como ONG municipios y poder

aplicarlos en sendas peatonales, bici senda, baldosas canchas de deporte.

Palabras clave: Mezcla Asfáltica en Frio, Neumáticos Fuera de Uso, Emulsiones Asfálticas.

1. Introducción

Se define a las mezclas asfálticas en frío tipo

concreto, a las que surgen como producto de la

combinación de uno o más agregados pétreos y un

relleno mineral (filler), de ser necesario, con un

asfalto emulsionado catiónico, cuya mezcla,

aplicación y compactación se realizan en frio

(condiciones ambientales).

Las mezclas en frio con emulsiones asfálticas

presentan un amplio campo de aplicación:

pavimentación urbana, arterias con bajo volumen

de tránsito, en ciudades donde no se justifique una

inversión en plantas de producción de mezclas en

caliente, tránsito casi exclusivo de automóviles,

zonas con amplio período sin temperaturas

extremas.

Uno de los principales inconvenientes detectados

en el proceso de diseño, que permitan que estas

mezclas sean durables, es la afinidad entre el árido

y la emulsión asfáltica, realizar una adecuada

valoración de los tiempos de corte y de curado,

como así también los procesos de almacenamiento

y de compactación.

En la presente experiencia se deciden utilizar dos

EA (emulsiones asfálticas),

ELM (emulsión lenta modificada)

EFLUX (emulsión fluxada).

Además se ha decidido incorporar NFU

(neumáticos fuera de uso) triturado. Este material

proviene de la trituración de neumáticos, esperando

pueda aportar mayor textura a las mezclas

diseñadas, amortiguar en mayor grado el caminar o

el tránsito de las bicicletas sobre esta superficie. De

esta forma también se lograra contar con la

disposición de un residuo, adquiriendo la propuesta

de mezcla un valor ecológico.

Se buscarán realizar las siguientes valoraciones:

Valoración estructural

Valoración constructiva

Valoración superficial

Se buscará de esta forma lograr obtener una técnica

de diseño de laboratorio, una propuesta de método

constructivo y una valoración superficial.

2. Metodología

2.1. Mezcla asfáltica en frio

Una mezcla asfáltica en frio es la unión homogénea

mediante el mezclado de agregados pétreos

gruesos, finos y emulsión asfáltica.

2.2. Emulsiones asfálticas: Desde el punto de vista fisicoquímico, una

emulsión es una dispersión de un líquido en otro no


34

miscible con el primero, son en definitivas

dispersiones de un ligante asfáltico en un medio

acuoso. El proceso de emulsificación consiste en

separar mecánicamente el cemento asfáltico

caliente en diminutos glóbulos dispersados en agua

tratada con una pequeña cantidad de agente

emulsivo. Existen dos tipos de emulsiones.

Directas: la fase dispersa (o interna) es

hidrocarbonada y el dispersante (o externa) es agua.

Inversas: la fase dispersa es la acuosa.

Para diseñar las MAF se utilizaron materiales que

cumplieran con las especificaciones vigentes con la

DNV (Dirección Nacional de Vialidad) para micro-

aglomerados en caliente, ya que la estructura de la

mezcla debe permitir su posible disposición en

espesor.

Como se ha dicho las emulsiones utilizadas fueron

de dos tipos.

La emulsión lenta modificada: el uso de una

emulsión del tipo lenta resulta necesaria para que la

mezcla producida pueda tener carácter de

almacenable. En este caso se ha utilizado además

una emulsión con un 2 % de latex SBR, que

garantiza que la adherencia árido ligante, sea más

alta y resultando además obligatorio su uso en

micro-aglomerados. Esta emulsión ha sido provista

por la empresa PROBIAR S.A. Se ha determinado

el porcentaje de residuo asfáltico el cual fue de

62,5 %.

La emulsión fluxada: El uso de la emulsión

asfáltica fluxada, se concibió a partir del concepto

de su composición. Estas emulsiones, son aquellas

que previo al proceso de emulsificación, diluyen el

cemento asfáltico en un solvente. De esta forma

luego la emulsión en su proceso de corte, deberá

perder el agua y el fluxante. Se logra de esta forma

mayor grado de recubrimiento con el árido dado

que el ligante posee menor viscosidad, y se logran

hacer mezclas almacenables de curado lento. La

empresa Cleanosol-Dakobra S.A ha provisto la

emulsión con un residuo asfaltico de 62 % y

Fluxante: 10 % Gasoil.

2.3. Agregados:

2.3.1. Agregados pétreos:

Fueron suministrados por la cantera PIATTI

ubicada en Sierras Bayas, Provincia de Buenos

Aires. En cuanto a la caracterización física de la

roca, cumple con las normas IRAM 1702 y 1703 y

clasifica como un granitoide compacto, al ser

observada en el microscopio óptico. Las

denominaciones comerciales de los áridos

utilizados son:

Piedra partida granítica 6-12 (A.G),

Piedra partida granítica 3-6 (A.I),

Arena de Trituración granítico 0:6 (A.F);

Cumpliendo con las especificaciones solicitadas en

el tipo de mezcla micro-aglomerados. Se han

realizado los ensayos físicos requeridos en el

Pliego de Especificaciones de Vialidad Nacional.

ANEXO Tabla 1- características principales de los

áridos.

La combinación de los agregados se hizo bajo dos

criterios:

Conformar una mezcla tipo densa, de un

micro-aglomerado en caliente. Curva 1

Conformar una mezcla más abierta que

simule las granulometrías de las mezclas

comerciales existentes en el mercado para

tareas de bacheo y mantenimiento vial.

Curva 2

grafica1.curvagranulométricacerrada

La gráfica 1 curva granulométrica cerrada cumple

con la especificación de los micro aglomerados

discontinuos en caliente.

Esta curva cumple con una mezcla densa en frio

siendo un micro aglomerado discontinuo en

caliente.

grafica2.curva granulométrica abierta


35

Las curvas tipo 2 se elaboran en general con

emulsión fluxada, ya que es la mejor forma de que

el fluxante se evapore de manera más rápida, con

una granulometría abierta siendo así el curado más

rápido.

2.3.2. Agua de pre envuelta:

El agua utilizada, es la proveniente de red.

2.3.3. NFU

Se utilizó neumático fuera de uso, el cual fue

proporcionado por la empresa Molicaucho.

Utilizamos dos tamaños.

Muestra 1: su tamaño varía de 1 cm a 0,3

cm aprox. (este fue luego el tamaño

elegido para incorporar a la muestra).

Muestra 2: su tamaño varía de 1 cm a 3

cm.

Las características físicas y de composición de este

caucho han sido estudiadas y se presentarán en la

presentación oral de la tesis

3. Experimental laboratorio

Con los materiales enunciados se decidió iniciar el

proceso de diseño sin considerar la incorporación

de caucho NFU para de esta forma ajustar los

patrones de prueba a fin de acercarse a

proporciones tentativas considerando la técnica de

prueba error.

Se desarrollaron una serie de probetas con el

moldeo de Marshall modificado. El Marshall

modificado es un método desarrollado por la

Dirección Provincial de Vialidad de Santa Fe, con

un moldeo estático y moldes con ranuras para la

eliminación del agua. Mientras que para baldosas

se usó el RollerCompact, con diferentes

dosificaciones. Por lo cual se plantearon dos

patrones de trabajo:

La probeta del Marshall modificado

La loseta de 30 x 30 cm

3.1. Procedimiento de elaboración de la

mezcla:

Se realizaron diferentes tipos de mezclas con la

finalidad de encontrar la apropiada para la

investigación.

Se determinaron las dosificaciones de diseño para

las mezclas. Los agregados fueron llevados a estufa

a 100°C por 24 horas, de esta manera se aseguró

que los agregados no contengan una humedad

natural lo cual puede afectar el diseño de mezclas.

Al finalizar el periodo establecido los agregados se

llevaron a temperatura ambiente para la realización

de la mezcla; es importante que los agregados

tengan una humedad adecuada ya calculada en la

dosificación, de esta manera se incorporó agua de

pre envuelta hasta que la superficie de los áridos

estuvo recubierta con la finalidad de que los

agregados no absorbieran el agua de la EA y

provocar un corte prematuro.

Se continuó agregando la EA hasta lograr que la

misma cubra a la totalidad de los agregados, aquí al

estar en contacto los áridos con la EA pone en

marcha el mecanismo de rotura de esta, además de

las acciones de mezclado y aireación de la mezcla

colaboran en la separación ligante-agua,

recubriéndose el agregado con la capa de ligante.

Este proceso se realizó con aire a temperatura

ambiente por 15 min y en horno a 60°C por 30 min.

Obteniendo las muestras en contextos de ensayo,

para conocer su comportamiento mecánico y

dinámico es preciso someterlas a pruebas de los

ensayos de Marshall modificado, densidad de rice y

para la mezcla colocada macro y micro textura, con

el fin de demostrar resultados en cuanto al

comportamiento de la mezcla en baldosa.

3.1.1. Moldeo de probetas con el método de

Marshall modificado.

Para el diseño de MAF la DPV de Santa Fe ha

ajustado el concepto de diseño conocido como

Marshall modificado. En este caso se moldearon

dos probetas de 1200 gr para cada caso.

Se le conoce habitualmente como método “francés”

y se desarrolla con los mismos elementos y equipos

de la técnica Marshall tradicional en caliente. La

única diferencia radica en que la mezcla es

preparada a temperatura ambiente, con áridos

húmedos y emulsión asfáltica. Mientras que en

relación a los moldes y moldeos se puede señalar

que se realiza en un molde que posee 60 agujeros

de 2 mm para que pueda escurrir el agua de la

emulsión, y se compactan de forma estática con un

pistón hasta un rechazo de 12 TN durante 2

minutos.

36

Tabla 1 - Moldeo de probetas Marshall modificado,

dosificaciones

3.1.2. Ensayo Marshall.

El método Marshall, solo es aplicable a mezclas

asfálticas para pavimentación que contengan

agregados con un tamaño máximo de 25mm o

menor.

Dos aspectos principales del método de diseño son,

la densidad-análisis de vacíos y la prueba de

estabilidad y flujo de las muestras compactadas. La

estabilidad de la probeta de prueba es la máxima

resistencia en N(lb) que una probeta estándar

desarrollará en baño de agua a 60°C por media hora

cuando es ensayada. El valor de flujo es el

movimiento total o deformación, en unidades de

0,25mm (1/100”) que ocurre en la muestra entre

estar sin carga y el punto máximo de carga durante

la prueba de estabilidad.

Tabla 2 - resultados promedio obtenidos de las mezclas

abiertas

Tabla 3 - resultados promedio obtenidos de las mezclas

cerradas

A raíz de los resultados obtenidos de las mezclas

abiertas y cerradas se optó por la mezcla abierta

con EFLUX ya que fue la que mejores resultados

obtuvo en promedio.

Las principales ventajas observadas se pueden

sintetizar en:

Observación de mayor grado de

recubrimiento del agregado tanto previo al

curado, como en la mezcla final en

servicio.

Mayor trabajabilidad de la mezcla en

estado fresco lo que redunda en mejoras

en las actividades de manipuleo y

compactación.

Mejora en el proceso de curado y secado.

3.1.3. Moldeo de probetas con Roller Compact.

A fin de poder materializar una superficie que

represente a escala las condiciones de servicio de la

mezcla asfáltica se decide adoptar los moldes de

30x30 (cm) de lado con una altura de 3 cm, con

moldes provenientes del ensayo de Wheel tracking

test. A los efectos de generar la compactación se

utiliza el compactador dinámico Roller Compact.

Estas experiencias se han realizado con los dos

tipos de mezclas, observándose un mejor

desempeño en la mezcla asfáltica abierta con

EFLUX, como se ha señalado con anterioridad.

Dosificación final seleccionada:

Mezcla abierta con emulsión fluxada

Piedra 6:12 (AG): 38,0 %

Piedra 3:6 (AI): 28.5 %

Arena O:6 (AF): 28.5 %

Emulsión Fluxada (EFLUX): 5, 0 %

Tabla 4 - Dosificación final seleccionada

Sobre estos valores que representan el 100% se

adicionó:

Agua de pre envuelta: 3,0 %

Polvo de NFU: 1,5 %

4. Experimental en laboratorio

La parte experimental evolucionó a medida que se

han realizado diferentes pruebas:

Primeramente se realizó una baldosa de 50x50 cm a

fin de poder valorar el comportamiento de la

mezcla en servicio, y además ajustar la

metodología. Por lo tanto se procedió a realizar

una mezcla abierta con emulsión fluxada al 5% con

1,5% de NFU.

La fabricación de la MA se ejecutó en el

laboratorio, realizando un mezclado manual, y

luego llevándolo a horno con recirculación de 60° y

sometiéndose a mezclados con espátula

aproximadamente cada 10 minutos, a fin de lograr

que la emulsión rompa, observando que tiene un

color café, que es el color en estado líquido y

después del rompimiento se torna de color negro.

En el caso de volúmenes más grandes será

necesario emplear equipos mecánicos como una

mezcladora y realizar el mezclado in situ. Durante

el curado se observa una mejor trabajabilidad de la

mezcla, suponemos que es por la incorporación del

NFU, el cual permite mejorarla.

En cuanto a la selección del lugar en el cual

emplear el desarrollo de laboratorio, en forma de

baldosa, se consideró que sea un lugar soleado,

aireado y con buena base de apoyo para la mezcla

de 3 cm diseñada.

AB

IER

TA

DENSIDAD MARSHALL [gr/cm3] 2.07

DENSIDAD RICE [gr/cm3] 2.59

VACIOS [%] 20

ESTABILIDAD CORREGIDA 1.6

FLUENCIA [mm] 4.1

CE

RR

AD

A

DENSIDAD MARSHALL[gr/cm3] 2.16

DENSIDAD RICE [gr/cm3] 2.45

VACIOS [%] 7

ESTABILIDAD CORREGIDA 1.38

FLUENCIA [mm] 3.08


37

Es así que se eligió el lateral de la calle de entrada

del acceso de 58 de la UTN FRLP, siendo además

cercano al laboratorio para su monitoreo.

4.1 Procedimiento:

Se procede a recortar la base se suelo a efectos de

garantizar un espesor uniforme de la mezcla a

colocar.

Teniendo la zona limpia se procedió a hace un

riego de impregnación con emulsión, a fin de que

se adhiera la mezcla perfectamente con el suelo y

se impermeabilice la superficie de la base.

Luego del riego se coloca un molde de madera de

dimensiones de 50 x 50 cm interior con una altura

de 1”.

Teniendo la mezcla ya hecha la cual tuvo el

rompimiento en el laboratorio, se ha llevado al

lugar elegido para confeccionar la baldosa de

prueba y luego se procedió a compactar, utilizando

como elemento de compactación un rodillo de

hormigón con un peso de 70.5kg y una longitud de

0.45m.

La compactación se realizó pasando el rodillo sobre

un film de plástico a fin de evitar la adherencia del

material a la superficie del rodillo; haciendo

movimientos sobre toda la baldosa de izquierda a

derecha aproximadamente unas 20 veces y después

del otro sentido para tener una buena

compactación. La tarea de compactación se dio por

culminada cuando el descenso en el espesor fue

nulo, luego del número de pasadas enunciado.

4.2 Resultados vistos

La baldosa se ejecutó un fin de semana donde fue

imposible hacer una revisión del proceso de

curación de la baldosa, a pesar de que hubo lluvias,

al iniciar la semana se analizó la baldosa y se

encontró firme y sin ninguna anormalidad,

evidenciando una evolución adecuado.

La experiencia evidenció que el proceso logrado

fue acertado y con pequeños ajustes puede ser

utilizado.

Utilizando el ensayo de parche de arena Norma

NLT 335, a fin de determinar la macrotextura de la

baldosa construida

La macrotextura será la encargada de facilitar el

mejor escurrimiento del agua en superficie, siempre

que las condiciones geométricas de las obra así

también lo permitan.

El ensayo del parche de arena se muestra

visualmente en la siguiente figura:

Figura 1- Riego de liga.

Figura 2- Baldosa de prueba

Figura 3 – Macro y micro textura

Figura 4 – Ensayo parche de arena

38

Los valores deseados de altura de parche de arena

se ubican por lo general entre 0.8 y 1,2 mm.

En el caso de la baldosa prototipo, el valor de H fue

de:

H (mm) = 0.70

Es intención es aumentar ese valor a fin de

garantizar la aplicación de la mezcla para otros

usos, pero en realidad el valor obtenido se

considera apto para veredas o ciclo vías.

5. Experimental en campo - Casa de madera.

Con el objetivo de poder valorar la tecnología

desarrollada en el laboratorio y habiendo ajustado

la dosificación en una baldosa de prueba, se

procedió a realizar una vereda para la entrada a la

casa de madera. Esta casa situada en el predio de

deportes de la Regional, fue desarrollada por el

Grupo de Vivienda del Departamento de Ingeniería

Civil, considerando el uso de madera local de

sauce, y además se ha desarrollado un sistema de

alimentación de electricidad con energía eólica y

termosolar, íntegramente desarrollado en la

Regional. Es por ello que una vereda ecológica de

mezcla en frío parece ser una muy buena

alternativa para cerrar conceptualmente la idea de

sostenibilidad de toda la construcción.

Para ello se seleccionó la mezcla abierta con

EFLUX al 5% con 1,5% de NFU. La misma

mezcla que fue utilizada para la baldosa

experimental ajustando a la técnica constructiva a

efectos de poder lograr mayor macrotextura. El

procedimiento de elaboración de la mezcla fue de

manera similar a la de la baldosa con la diferencia

que fue realizada en el sitio de la construcción de la

vereda, realizando la mezcla con un trompito y la

compactación con el mismo rodillo que se utilizó

para la baldosa experimental.

Como primer paso se preparó la base en la cual se

colocaría la vereda, en este caso de decidió hacer

una base con un suelo caracterizado en el LEMaC.

Dando como resultado un suelo A-4(5). Es un suelo

típico de este grupo, limoso no plástico o

moderadamente plástico, que normalmente tiene un

75% o más de material que pasa por el tamiz Nº

200. También se incluyen en este grupo los suelos

constituidos por mezclas de suelo fino limosos y

hasta un 64% de gravas y arenas.

5.1 Procedimiento

Obtenida la caracterización del suelo base y

verificando que es apta para la vereda, se inició el

proceso de construcción del suelo base.

Teniendo la base y las dosificaciones calculadas

para la vereda en relación con la baldosa de prueba,

se procede a la elaboración de la mezcla “in situ”.

Figura 6 - Suelo base.

La maquinaria utilizada para mezclar fue un

“trompito”.

Figura 7 - Mezclado de los materiales

Se trasladaron al lugar todos los materiales, equipos

y maquinaria necesarios para la realización de la

vereda como: palas, espátulas, balanzas de más de

60kg, vasos precipitados, mezcladora (trompito),

Figura 5 – Clasificación de la macrotextura


39

compactadora, riego de liga y se delimitan los

bordes con clavaderas de madera de 1”de espesor.

Estas tienen dos funciones fundamentales:

otorgarle soporte a la mezcla hasta que esta cure

por completo; y regular el espesor.

Se inició la construcción de la vereda realizando un

riego de impregnación con emulsión, a fin de que

se adhiera la mezcla perfectamente con el suelo.

Los agregados utilizados en la mezcla no fueron

secados en estufa debido al gran volumen, además

con el objetivo de valorar la tecnología a escala

real.

Primero se introducen en el trompito los agregados

luego el NFU y por último la emulsión. Se deja

mezclar unos minutos hasta que se observe que

todos los materiales estén recubiertos con la

emulsión y esta corte. Se realizaron tres mezclados

para completar la totalidad de la vereda.

Teniendo toda la mezcla agregada dentro de la

contención, se colocó al igual que la baldosa de

prueba, una lona plástica para que el material no se

adhiriera al rodillo y poder compactar de manera

fácil. Ya finalizando, se colocó la señalización para

que no haya transito sobre la vereda hasta un nuevo

aviso.

Figura 8 - Volcado de la mezcla.

5.1.1Resultados vistos

Posterior a la construcción de la vereda se

monitoreo periódicamente con el fin de determinar

el tiempo de curado para habilitar el tránsito

peatonal.

La evolución del proceso de curado fue de

aproximadamente un mes, hasta obtener la mayor

firmeza superficial. Si bien la mezcla pudo haber

sido transitada desde los 15 días de colocada.

En la baldosa, ejecutada como elemento patrón, en

donde el proceso de curado se logró hacer a

temperatura de 60°C en laboratorio, a los 2 días se

logró valores de curado similares a los de la vereda.

En el caso de esta última, se deberá procurar un

proceso de curado por acción de mezclado y

aireado en campo con pala por lo menos durante

media hora, dejar reposar y volver a repetir esta

operación 2 veces. Las próximas experiencias

durante el año 2019, pondrán en práctica esta

recomendación, considerando una temperatura

ambiente de al menos 20°C.

Una vez terminado el proceso de curado de la

mezcla se realizó el ensayo de parche de arena al

igual que la baldosa prototipo.

En este caso el valor de H fue de 0,90[mm]. Por lo

que se ubica en textura profunda (velocidades

mayores a 120 km/h) dentro de la clasificación

antes mencionada.

6. Conclusiones.

La mezcla de granulometría abierta, con

emulsión fluxada ha demostrado ser la que

mejor recubrimiento del ligante frente al

árido utilizado.

La granulometría abierta, con tres

fracciones de áridos, emulsión fluxada y la

adición de polvo de NFU, permitió

generar una mezcla homogénea, y con

adecuados valores de macrotextura.

Se recomienda dejar la mezcla suelta en la

obra un día aireada al sol y compactarla al

siguiente día, para favorecer la

evaporación..

Figura 9 – Ensayo de parche de arena

40


41

Método Universal de Caracterización de Ligantes (UCL)

Becario: Regis Andres Garcia Thanner LEMaC La Plata, Argentina. [email protected]

Director: Ing. Oscar Raúl Rebollo LEMaC La Plata, Argentina. [email protected]

Área: Gestión y Diseño Vial. PID Asociado: “Sistema creado para predecir el comportamiento de geosintéticos

interpuestos en la rehabilitación de pavimentos ante cargas dinámicas repetidas”. Código: UTI4052TC.

Resumen El ensayo UCL es un método que permite evaluar el betún asfaltico dentro del conjunto que proporciona la mezcla asfáltica, y su interacción,

no solo con los agregados, sino también con el filler que tendrá la mezcla. Este método permite clasificar los distintos betunes que podrían

utilizarse en una determinada obra de pavimentación. En este ensayo se evalúa 4 propiedades funcionales que los ligante han de aportar al

comportamiento de las mezclas bituminosas, cohesión, susceptibilidad térmica, adhesividad, resistencia al envejecimiento.

Palabras clave: cohesión, adhesividad, susceptibilidad térmica, mezclas bituminosas, probetas asfálticas

1. Introducción

El objetivo de esta investigación, es visualizar el

comportamiento de un asfaltos CA-20, y la influencia que

tienen en una mezcla asfáltica, con dos clases distintas de

fillers, uno de procedencia granítico, resultante de la

trituración de piedra granítica, muy fino pasa el tamiz de 74

µm y el otro filler es cal hidráulica uno de los más utilizados

a la hora de fillerizar una mezcla asfáltica en caliente. El

método UCL evalúa cuatro propiedades funcionales que los

ligantes aportan al comportamiento de mezclas bituminosas.

La cohesión que es el poder aglutinante que confiere un

ligante a una mezcla. La susceptibilidad térmica de los

ligantes que varían sus propiedades respecto a la

temperatura y frecuencia de carga. La adhesividad que es la

resistencia a la disgregación del material (adherencia

ligante-agregado). El envejecimiento que es la rigidización

de los ligantes en la mezcla debido a la oxidación y

envejecimiento producidos por una exposición a calor, aire y

otros medios.

2. Metodología Para la confección de las probetas se consideró la

metodología de ensayo, que plantea el método con una

granulometría específica y un porcentaje de asfalto igual a

4,5%. La curva granulométrica a utilizar se muestra en la

Tabla N° 1

ASTM

(Pulgadas)

IRAM

(mm)

%Pasa

(%)

N°4 4,76 100

N°8 2,38 20

N°30 0,59 0

Tabla N°1

Este método emplea un único ensayo, el ensayo cántabro de

pérdida por desgaste, rápido y sencillo capaz de caracterizar

de forma precisa las propiedades funcionales más

importantes del ligante. Este ensayo también es capaz de

evaluar las propiedades que aportan distintos tipos de filler a

la mezcla. Para el propósito de este estudio se utilizaran

filler cal y filler graníticos, este último se obtiene de la

explotación en canteras, es un material que abunda y no

tienen mucho uso, ya que lo denominan material de

descarte.

Se moldearon probetas asfálticas separadas en tres grupos

representativos, el primer grupo está compuesto por probetas

sin contenido de filler, el segundo grupo está integrado por

probetas con filler cal y el tercer grupo está conformado por

las probetas con filler granítico. Cada probeta fue

compactada con 50 golpes por cara.

Para confeccionar las probetas con los 2 filler se tomó como

base de partida la concentración crítica, así de esta manera

poder colocar una cantidad de filler igual, el valor se

muestra en la Fórmula N°1

(1)

Donde Cv es concentración volumétrica y Cc es

concentración critica. Una vez finalizado el moldeo delas

probetas se pasó a tomar los datos individuales de cada

probeta, se obtuvieron los diámetros, alturas, pesos al aire,

pesos sumergidos y se calculó el volumen, la densidad

Marshall, la densidad Rice y el porcentaje de vacíos. Luego

cada una fue clasificada mediante un código. Las probetas 1-

2 son probetas sin filler, las 4-5 son las probetas con filler

granítico y las 7-8 son las probetas con filler calcáreo, la

Tabla N°2 muestra lo expresado y la cantidad de probetas

moldeadas para cada acondicionamiento adoptado.



42

Envejecimiento

0 días 3 días 5 días 7 días

Sumergidas

en agua a

60°C 24 hs.

Temperatura 25 oC 80 oC 80 oC 80 oC 60 oC

CA 20 - Sin

filler 2 2 2 2 2

CA 20 - filler

granítico 2 2 2 2 2

CA 20 - filler

cal 2 2 2 2 2

sub total 6 6 6 6 6

Total 30

Tabla N°2

2. 1. Experimental

Las probetas fueron acondicionadas en una cámara de

envejecimiento a 80°C por periodos de 3, 5 y 7 días, luego

se dejaron en reposo por 24 horas a temperatura ambiente y

se ensayaron luego de 6 horas a 25°C en cámara con

circulación de aire forzado, denominado Cántabro Seco. Un

juego de probetas no se sometió a envejeció y fueron

ensayadas luego de 24 horas de ser moldeadas y 6 horas a

25°C a Cántabro Seco, otro juego se acondiciona para hacer

el ensayo de Cántabro Húmedo, sumergiendo en agua a

60°C por 24hrs, luego 24 horas de reposo a temperatura

ambiente y colocadas en cámara con circulación forzada a

25°C durante 6 horas. Luego de ser ensayadas, se pesan

nuevamente y se calcula la pérdida de masa porcentual y

final mente se calculaba la masa final Promedio (%) de las

probetas del mismo grupo

(2)

(3)

3. Resultados (o Resultados y Discusión) Para la evaluación de los resultados obtenidos en las

probetas con filler cal, filler granítico y sin filler se

representaron los resultados en gráficas, mostrando en las

abscisas las distintas condiciones a los cuales fueron

expuestas las probetas y en ordenadas el porcentaje de

pérdida de masa promedio.

En el Grafico N° 1 se muestra los resultados obtenidos de la

mezcla denominada Patrón, confeccionada sin filler.

Este grafico muestra como crese la pérdida de masa a

medida que el asfalto es envejecido, siendo la menor perdida

la muestra no envejecida y va aumentando a medida que

aumenta el envejecimiento, siendo la pérdida mucho mayor

cuando son sometidas al ensayo de Cántabro Húmedo, los

porcentajes de pérdida de masa a medida que envejece la

muestra son evidenciados en el Grafico N°2, tomado como

referencia el valor de la pérdida de masa a cero días de

envejecer.

Como se observa en el Grafico N°2 el envejecimiento de la

probeta a 3 días tiene una perdida 77,2 % referida a las

probetas sin envejecer y va en aumento con la edad de

envejecimiento, siendo el mayor cuando se la somete al

ensayo de Cántabro Húmedo, llegando a ser del 250 %

respecto de la probetas sin envejecer

En el Grafico N° 3 se representa la pérdida de masa de las

probetas confeccionadas con el aporte de filler cal.

Como se ve, al igual que en el caso sin filler la condición sin

envejecer se comporta mejor que las envejecidas, pero a

diferencia de las probetas sin filler, estas no tienes tanta

disparidad a medida que se envejecen las probetas, incluso

Grafico N° 1

Grafico N° 2 Relación porcentual de pérdida de masa

referidas a las probetas sin envejecer

Grafico N°3 Probetas con filler cal

código correspondiente


43

las probetas sometidas al ensayo de Cántabro Húmedo no

presentan una diferencia con las ensayadas a Cántabro Seco,

los valores obtenidos en las probetas con el aporte de filler

cal son mucho menores que los de las probetas sin filler, lo

cual muestra la incidencia de la cal en las mezclas asfálticas.

En el grafico N°4 se muestra la relación de pérdida de masa

en porcentaje referido a las probetas sin envejecer.

Cuando comparamos los valores de pérdida de masa entre sí,

refiriéndolas a la perdida de las probetas sin envejecer,

vemos que los porcentajes van en aumento a medida que se

envejecen las muestras y como en el caso de las probetas sin

filler la mayor pérdida se da con el ensayo de Cántabro

Húmedo, pero a diferencia del caso anterior este no es tan

elevado, pudiendo ser comparado con los del ensayo de

Cántabro Seco. En el Grafico N° 5 se representa la pérdida

de masa de las probetas confeccionadas con el aporte de

filler granítico.

Cuando se utiliza el filler granítico proveniente de la

trituración de la piedra granítica, vemos que este tiene un

comportamiento mejor, incluso que la cal, a medida que se

envejece va aumentando la perdida al igual que en los casos

anteriores, pero obteniéndose perdidas muy inferiores

comparando los valores porcentuales entre los tres casos. En

cambio cuando se comparan los resultados del ensayo de

Cántabro Húmedo en los tres caso, vemos que el aporte del

filler granítico no mejora sustancialmente la adherencia,

estando solo unos puntos por debajo de la muestra sin aporte

de filler, en cambio la cal si muestra que tiene mayor

incidencia a la hora de evaluar la adherencia. Cuando

comparamos las pérdidas de masa referidas al valor

porcentual de las probetas sin envejecer, notamos que son

valores muy inferiores a las obtenidas, en el Grafico N°6 se

muestra.

Al analizar los porcentajes referidos a la condición sin

envejecer notamos que la variación es mucho menor que con

la incorporación del filler cal. En cambio cuando se realiza

el ensayo de Cántabro Húmedo el valor obtenido es mucho

mayor que el obtenido con filler cal. Ahora analizaremos el

envejecimiento por edad, comenzando por las probetas sin

envejecer tomadas como patrón, en el Grafico N°7 se

muestra la relación de las pérdidas de masa.

Grafico N° 4 Relación porcentual de pérdida de masa

referidas a las probetas sin envejecer

Grafico N°5 Probetas con filler

cal Grafico N°5 Probetas con filler granítico

Grafico N° 6 Relación porcentual de pérdida de

masa referidas a las probetas sin envejecer

Grafico N°7 Relación de pérdida de masa

probetas sin envejecer

44

En la gráfica se ve que el filler granítico tiene menor pérdida

de masa que las probetas con filler cal y sin filler.

Como se puede apreciar en el grafico en este caso también

las probetas moldeadas con filler granítico tienen mejor

comportamiento que las moldeadas con cal y sin filler.

Al igual que en el envejecimiento a 3 días la probetas con

filler granítico presentan menor pérdida de masa, también se

observa como a medida que crece la edad de envejecimiento

crece la pérdida de masa en los 3 casos, siendo la de mayor

pérdida las probetas sin filler.

Como en los casos anteriores aumenta la pérdida de masa a

medida que el envejecimiento es mayor. Las probetas con

aporte de filler granítico siguen siendo las de menor pérdida

comparándolas con las que no tienen filler y las que tienen

filler cal.

Este ensayo donde se pone de manifiesto la adherencia, se

ve en el GraficoN°11 que la mezcla que peor adherencia

tiene es la que no contiene filler, superando el 50% de

pérdida de masa, y al contrario del ensayo Cántabro Seco, la

probetas moldeadas con filler granítico tienen menor

adherencia que las que fueron confeccionadas con filler cal,

siendo estas las que mejor resultados obtuvieron, casi igual

pérdida que las ensayadas a Cántabro Seco.


probetas a 7 días de envejecimiento





Grafico N°11 Relación de pérdida de masa de

probetas ensayadas a Cántabro Húmedo


45

4. Conclusiones

[1] El envejecimiento de las probetas va en aumento con la

edad, siendo las muestras que mejor comportamiento

tuvieron las moldeadas con filler granítico seguidas por las

moldeadas con filler cal.

[2] La cal es un mejorador de adherencia, en este trabajo se

muestra su muy buen comportamiento ante la exigencia del

ensayo Cántabro Húmedo.

[3] El contenido de filler, sea cal o granítico, aumenta la

cohesión en las mezclas asfálticas.

[4] A la hora de analizar la susceptibilidad térmica vemos

que las probetas con filler granítico le confieren una mejor

prestación, por encima del filler cal

[5] Es evidente que las mezclas fillerizadas tienen mejor

comportamiento en general que si no lo tuvieren, es por eso

que se recomienda fillerizar.

Agradecimientos

Quiero dar gracias al LEMaC por darme la oportunidad de

llevar al cabo este estudio y a mi tutor que me estuvo

guiando y enseñando los pasos a seguir para realizar

correctamente la investigación.

Referencias

[1] “Resistencia al envejecimiento de las mezclas

bituminosas en caliente: beneficios y limitaciones de la

incorporación de fílleres comerciales” Primera parte:

estudios en base al método UCL Hugo D. Biancheto;

Rodrigo Miró Recasens; Felix Pérez Jiménez. Buenos Aires,

año 2007

[2] “Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la

cohesión y adhesividad del mástico” Martin Sanchez,

Alejandro. Barcelona, año 2007

[3] “Metodología Para la Caracterización de Ligantes

Asfalticos Mediante el Empleo del Ensayo Cántabro” Jorge-

Rodrigo Miro Recasens. Barcelona, marzo de 1994.

[4] “Incorporación de fílleres cálcicos a las mezclas

asfálticas: beneficios y limitaciones” Hugo D. Biancheto año

2008.

46


47

AHUELLAMIENTO EN PAVIMENTOS ASFÁLTICOS UTILIZANDO

GEOSINTÉTICOS.

Becaria; Atoche Ayala, Mayra Angela.

LEMaC Centro de Investigaciones Viales de la Universidad Tecnológica

Nacional; Facultad Regional La Plata. Av. 60 y 124(1900). La Plata, Buenos

Aires, Argentina.

[email protected]

Director; Delbono, Héctor Luis.

LEMaC Centro de Investigaciones Viales de la Universidad Tecnológica

Nacional; Facultad Regional La Plata. Av. 60 y 124(1900). La Plata, Buenos

Aires, Argentina.

[email protected]

Área: Tecnología de los Pavimentos Flexibles. PID Asociado: “Sistema creado para predecir el comportamiento de

geosintéticos interpuestos en la rehabilitación de pavimentos ante cargas dinámicas repetidas”. Código: UTI4052TC.

Resumen El ahuellamiento es un tipo de defecto o falla que se produce en pavimentos asfálticos, este consiste en una desnivelación

canalizada principalmente en la huella de circulación de los vehículos.

Se realizaron experiencias en laboratorio utilizando el equipo Wheel Tracking Test, implementando diferentes sistemas: con y sin

la interposición de material geosintético a diferentes niveles en el paquete del pavimento, analizando el ahuellamiento.

Se analizaron diferentes parámetros de las curvas de ahuellamiento, evidenciando que el geosintético empleado, reduce la

deformación vertical permanente que se manifiesta, prolongando de esta manera la vida útil de los pavimentos.

Palabras clave: Geosintéticos, Pavimento, Mezcla Asfáltica, Ahuellamiento.

1. Introducción

El ahuellamiento es un tipo de deterioro que se produce en

los pavimentos asfálticos, consiste en la acumulación de la

deformación vertical permanente que se produce en todas

las capas que forman la estructura del camino por el cual

transitan los vehículos.

La deformación permanente puede ser evidenciada por

diferentes motivos: puede tener origen en deformaciones de

las bases, la subrasante (Figura1) y/o de la propia mezcla

asfáltica, propiedades deficientes de los materiales;

propiedades volumétricas erróneas; tránsito; condiciones

climáticas (altas temperaturas; cargas pesadas, bajas

velocidades de circulación, etc.) (Figura 2). [1]

Figura 1.Fallas de subrasante.

Figura 2.Fallas en la capa por la mezcla asfáltica.

El presente trabajo estudia el efecto del ahuellamiento de

una capa asfáltica convencional densa del tipo CAC D19

compactada, con y sin interposición de geosintéticos.

Para esto se utiliza el equipo de rueda de carga Wheel

Tracking Test, considerando la interposición de un

geosintético a diferentes niveles de la estructura; siguiendo

los lineamientos de la Norma UNE-EN 12697-22

2. Metodología

2.1 Ensayo de rueda de cargada.

El ensayo Wheel Tracking Test, consiste en una rueda, que

gira sobre la superficie de una probeta prismática de las

siguientes dimensiones 300x300 mm y 5 mm de espesor. El

ensayo registra las deformaciones verticales sufridas por la

mezcla a lo largo de 10.000 ciclos de carga; dicho ensayo se

efectúa a 60°C.



48

La carga de la rueda es de 700N, la cual se aplica con una

frecuencia de movimiento de 26,5 ciclos por minuto. Las

características de la rueda están dadas por su diámetro 200

mm, su acho 50 mm, el espesor de la cubierta 20 mm y la

dureza de la cubierta 80 IRHD (International Rubber

Hardness Ddegrees). Bajo estas características cumple con

la Norma EN 12697-22 bajo el procedimiento B. (Figura 3).

Figura 3.Equipo de Wheel Tracking Test.

2.2 Materiales utilizados para la confección de probetas.

2.2.1 Mezcla Asfáltica.

La mezcla asfáltica utilizada como base y refuerzo de los

sistemas es un Concreto Asfáltico Convencional Denso,

tamaño máximo de agregado 19mm (3/4”), de

denominación CAC D19, según las especificaciones

Técnicas Generales de Vialidad Nacional. [2]

La Tabla 1 presenta los resultados de los ensayos de

laboratorios sobre la mezcla asfáltica, los mismos se

consiguen mediante ensayo Marshall (IRAM 6845), el cual

permite caracterizar una mezcla asfáltica. (Figura 4).

Figura 4.Probetas Marshall.

Tabla 1-Resultados y exigencias para un Concreto Asfaltico

CAC D19

ENSAYO RESULTADO EXIGENCIA

Vacíos en la muestra (%) 5,6 3-5

Relación Betún-Vacíos (%) 70,1 65-75

Estabilidad (KN) 5,69 >10

Vacíos de agregado mineral (VAM %) 18,8 >14 Relación Estabilidad-Fluencia(KN/mm) 2 2,5-4,5

2.2.2 Material Geosintético.

El material geosintético seleccionado, será una geogrilla,

ampliamente utilizado en obras viales, es caracterizado

siguiendo la normativa IRAM de Argentina el mismo se

presenta en la Tabla 2.

El resultado a tracción se obtiene de una muestra ensayada

luego de ser sometida a la colocación de la mezcla asfáltica

a 160°C sobre la geogrilla.

Tabla 2- Material Geosintético empleado.

Material DenominaciónTracción en sentido del rollo

sometida a 160° C(IRAM 78012)

Carga (KN/mm) Deformación (mm)

Geogri l la

conformada por

fibras en

pol iéster unidas

por puntos a un

geotexti l no

tejido de

propi leno, mal la

de 40x40 mm con

recubrimiento

bi tuminoso.

36,40 13,87

2.3 Confección de Probetas.

Con los materiales citados se han confeccionado serie de

probetas para ser ensayadas en el equipo de rueda de carga,

de la siguiente manera: se elaboraron distintas probetas,

variando espesor de base y de refuerzo como se indica en la

Tabla 3; compactada manualmente mediante martillo

percutor Metabo utilizado en velocidad igual a 7, simulando

un pavimento existente, un riego de liga a razón de 0,5

l/m2(Figura 5), luego se coloca el material geosintético en la

mitad de la probeta de dimensiones 150 mm de ancho por

300 mm de largo (Figura 6), por último se realiza la

compactación de una capa asfáltica como refuerzo del tipo

CAC D19 mediante el equipo manual Metabo. (Figura 7).

Figura 5.Riego de liga


49

Figura 6. Colocación de Geogrilla.

Figura 7.Compactación manual.

Figura 8.Terminación de Probeta.

Tabla 3 Sistemas de probetas diseñadas.

Sistema Identificación Referencia

1 Referencia sin GST

2 Refuerzo 2,5 con GST

3 Refuerzo 2,5 sin GST





Esquema de los sistemas diseñados.

3. Resultados.

3.1 Ensayo de rueda cargada (Norma UNE EN 12697-22,

procedimiento B).

Con los datos recopilados del ensayo se evalúan diferentes

parámetros, los mismo se presentan en la Tabla 4.

Tabla 4. Parámetros obtenidos de los ensayos de rueda

cargada.

Sistema d1000 d500 WTS RD PRD FEF

1 8,17 6,81 0,272 8,17 16,33 1,00

2 1,79 1,76 0,005 1,79 3,57 4,56

3 5,01 4,93 0,016 5,01 10,02 1,63

4 2,94 2,89 0,01 2,94 5,87 2,78

5 4,83 3,75 0,216 4,83 9,66 1,69

6 6,58 5,8 0,156 6,58 13,16 1,24

7 2,83 2,51 0,063 2,83 5,65 2,88

Sistema 4 y Sistema 5. 4,5

3,5

Sistema 6 y Sistema 7. 5,5

2,5

Sistema 2 y Sistema 3.

2,5

5,5

50

Figura 10. Probetas luego de ser ensayadas.

4. Análisis de resultados y Conclusiones

Se observa que a medida que el material geosintético está

más próximo a la superficie, el ahuellamiento se ve

disminuido debido al trabajo que el material aporta al

contener los desplazamientos horizontales (de corte).

En la Tabla 4 y gráficamente puede verse que para el

Sistema 2, en el cual se utilizó geogrilla con un refuerzo de

2,5 cm sobre el material, se tiene un beneficio superior en

cuanto a las demás curvas con respecto a la resistencia al

ahuellamiento.

En los esquemas de los sistemas diseñados se pueden

observar diferentes refuerzos 2,5 cm; 3,5cm; y 5,5cm sobre

el material geosintético; que fueron utilizados para la

confección de las probetas.

En los diferentes sistemas, 2 y 3; 4 y 5 o 6 y 7, la diferente

interposición en que se puso del material geosintético brindó

efectividad en la disminución del ahuellamiento, entre los

que cabe destacar los sistemas 2 y 7 como los que mejores

se comportaron presentando una profundidad de huella de

1,79 mm y 2,83 mm respectivamente.

Se puede determinar de esta manera un factor de efectividad

(FEF) entre las curvas que consideran la interposición del

material geosintético y aquel sistema considerado como

Referencia que no considera el geosintético, Sistema 1.

Dentro de los materiales geosintéticos que el mercado

ofrece, las geogrillas presentan buen beneficio en cuanto a la

reducción de las deformaciones permanentes verticales. Se

considera que el beneficio está dado por la contención

lateral que el material geosintético ofrece y que

particularmente está ligado al espesor de las fibras que

componen el material, las cuales brindan mayor rugosidad al

movimiento del flujo que se produce en la mezcla asfáltica.

5. Referencias

[1]Delbono H.L “Grillas poliméricas en sistemas anti reflejo

de fisura considerando solicitaciones dinámicas”. Tesis

doctoral. 376p. 2014

[2]Vialidad Nacional. Pliego de Especificaciones Técnicas

Generales para concretos en caliente y semi caliente del tipo

densos, semi densos y gruesos con aporte de RAP. Versión

2017.

[3]Delbono H.L “Primeras experiencias en el ahuellamiento

(roderas) y fisuración refleja, en pavimentos de hormigón

con refuerzo asfáltico, utilizando materiales geosintéticos”.

Revista Carreteras de España. Edición N° 206 pág. 72-80

ISSN 0212-6389. Marzo/Abril 2016.

AHUELLAMIENTO

SIN GEOSINTÉTICO

AHUELLAMIENTO

CON GEOSINTÉTICO

AHUELLAMIENTO

CON GEOSINTÉTICO

AHUELLAMIENTO

SIN GEOSINTÉTICO


51

EVALUACION DE UN SISTEMA DE DEMARCACION VIAL

MEDIANTE EL ENSAYO DE RUEDA CARGADA

Becario/s; Damia; Mariano Ezequiel LEMaC- Centro de Investigaciones Viales, Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La

Plata, La Plata- Argentina. [email protected]

Director/res; Mechura; Veronica Vanesa LEMaC- Centro de Investigaciones Viales, Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La

Plata, La Plata- Argentina. [email protected]

Área: Gestión y Diseño Vial. PID Asociado: “Valoración del desempeño de modelos de soluciones viales a nivel de

calzada para la conducción segura bajo condición de escasa visibilidad por niebla”. CódigoTVTUNLP0004302.

Resumen

Frente a la falta de normativa que hay a nivel nacional esta tesis propone un método práctico para evaluar la performance en

servicio de la demarcación vial. Para lograr este propósito se implementa el ensayo de rueda cargada o “Wheel tracking test”,

donde se ensayan probetas de hormigón sobre las cuales se aplica un sistema de demarcación horizontal conformado por pintura

acrílica y microesferas de vidrio, tanto incorporadas como sembradas. La evaluación de la performance se realiza por

comparación de parámetros obtenidos antes y después del ensayo. Dichos parámetros son la microtextura, retrorreflexión y

luminancia y la evaluación con microscopio. En base a los resultados obtenidos se llega a la conclusión de que el ensayo de rueda

cargada nos permite realizar una evaluación de los efectos del tránsito en las demarcaciones.

Palabras clave: Performance, pintura vial, ensayo, rueda cargada, microesfera.

1. Introducción

La señalización horizontal de un camino constituye un

elemento básico para el correcto funcionamiento del sistema

vial, pues transmite al conductor información relativa a las

normas de circulación y a las características de la vía,

advirtiendo respecto de peligros potenciales y

proporcionando orientación direccional necesaria para

continuar el recorrido, favoreciendo un trayecto ordenado y

seguro. Por ello, se cree muy importante establecer

procedimientos para valorar su calidad en servicio.

En base al estudio de las normas nacionales existentes de

pinturas de demarcación vial, se encontró que en las mismas

se tienen en cuenta ensayos relativos a las características

químicas de las pinturas, pero no se abordan metodologías

utilizando ensayos relativos al área vial, que simulen los

efectos del tránsito para determinar su durabilidad.

Con el objeto de evaluar en laboratorio la durabilidad de los

recubrimientos de demarcación vial, en el LEMaC se están

investigando las aptitudes del ensayo de “rueda cargada”

(WTT: Wheel Tracking Test).

2. Metodología y materiales

Inicialmente se utilizaron placas de mezcla asfáltica las

cuales fueron desechadas porque la deformación que

presentan las mismas al ahuellamiento incide en el ensayo,

dando valores no representativos. En esta instancia se

realizó un acondicionamiento de 12 horas a 60 °C, donde la

temperatura afectó significativamente el comportamiento de

la pintura. Por este motivo, se procedió a realizar una

evaluación de las temperaturas que alcanza la pintura en

servicio, llegando a la conclusión de que es conveniente

reducir el tiempo de acondicionamiento a 2 horas.

Si bien se hicieron pruebas sobre probetas donde se aplicó

solo pintura acrílica, tanto base solvente como acuosa, se

decidió evaluar sobre placas de hormigón con las pinturas

mencionadas y la incorporación de microesferas de

mezclado y sembrado conformando un sistema de

demarcación horizontal.

Con estas consideraciones se detalla la metodología

utilizada en esta tesis:

En primer paso se moldean placas de hormigón cuadradas

de 30 cm de lado y 5 cm de espesor.

Luego se procede a pintarlas en franjas de 10 cm ubicadas

en el tercio medio de la placa, utilizando un dispositivo que

nos permite obtener un espesor de 0.6 mm, uniforme para

todas las muestras.

Se adicionan microesferas de premezclado tipo P1 sin

tratamiento previo (según Gráfico 1) en una proporción de

300 . Una vez aplicada la pintura se siembran microesferas

tipo S2 con tratamiento TAF (tratamiento de adherencia y

flotación en aplicación en pintura con base a solvente) en

una proporción de 500 (según Gráfico 2) con un

dispositivo de tipo “salero”.

Luego de pintadas las probetas se procede a evaluar la

performance en primera instancia con los siguientes

ensayos: péndulo ingles TRRL, Retrorreflectómetro y

observación con lupa electrónica.

Para simular el desgaste en servicio se deja en

acondicionamiento a las placas de hormigón durante 2 hs

con una temperatura de 60°C. Las placas se alinean sobre el

simulador de desgaste de forma que las marcas viales sean

paralelas al movimiento relativo de la rueda.

52

Luego se procede a realizar el ensayo a una velocidad de

26,5 ciclos por minuto con una carga de 700 N a 60°C

durante 10000 ciclos y se repite la evaluación de la

performance, mediante los ensayos mencionados previo a la

simulación del desgaste

2. 1. Evaluación de performance

Ésta será evaluada por los siguientes ensayos:

2. 1. 1 Péndulo ingles TRRL: Este dispositivo mide la

resistencia al deslizamiento producida por la pérdida de

energía que sufre el equipo sobre la superficie a ensayar. La

cual nos da una idea de la microtextura.

La lectura se lee en la escala graduada que posee el

dispositivo. El ensayo se realiza según norma IRAM 1555.

Figura 1. Péndulo ingles TRRL

2. 1. 2 Retrorreflectómetro: Este dispositivo es utilizado para

medir la retrorreflexión y la luminancia (Qd).

Figura 2. Easilux Retrorreflectómetro horizontal CSET.

La retrorreflexión se produce cuando la luz procedente de

los faros de un vehículo, es refractada por la esfera, y una

parte de ella, reflejada por la superficie hundida de la esfera,

vuelve en la misma dirección de incidencia. Las mediciones

se realizan a 15 y 30 metros variando los ángulos de

observación generados. (α= ángulo de incidencia; β= ángulo

de reflexión)

Figura 3. Geometría de retrorreflexión para 30 metros [2]1

El coeficiente de luminancia en iluminación difusa

representa el brillo de una marca vial tal como es percibida

por los conductores de vehículos, en las condiciones típicas

[2] La geometría para 15 metros es α=1,5° y β=86.5°

o medias de iluminación diurna o alumbrado público. Es el

cociente entre la luminancia de una superficie L observada

en ángulo rasante e iluminación difusa y la iluminación

sobre el plano de superficie E. Se expresa en milicandelas

por metro cuadrado y por lux.

Figura 4. Geometría de iluminación difusa

2. 1. 3 Observación con lupa electrónica: se establece una

comparación por imágenes previo y post ensayo de la

distribución de microesferas en la matriz compuesta por la

pintura. Se utilizó un Estereomicroscopio SZ61.

2. 2. Materiales

Los materiales utilizados para llevar a cabo las

demarcaciones son los siguientes:

2. 2. 1 Sustrato:

Como sustrato se utilizó hormigón compuesto por un

cemento CPC 40, agregado grueso de tipo piedra partida

granítica con tamaño máximo de 9,5 mm, arena silícea y de

trituración.

Todas las superficies utilizadas como placas presentan una

rugosidad RG1, según norma UNE EN 13036-1.

2. 2. 2 Material base:

Los diferentes materiales utilizados como base para la

demarcación horizontal son:

Materiales de aplicación en caliente o

Termoplásticos: En general estos materiales

son sólidos y flexibles a temperatura ambiente, se

aplican en estado fundido a una temperatura entre

180 y 210 ºC, lo cual conduce a una viscosidad

adecuada para su aplicación. El proceso de fusión

de estos materiales en el momento de su aplicación

es de vital importancia: deben tener una eficaz

agitación para una correcta homogeneización de los

componentes, particularmente los pigmentos. Al

enfriarse en forma inmediata, permite rápidamente

la liberación al tránsito.

Los materiales termoplásticos carecen de

disolventes y es el calor el que fluidifica el

producto para permitir su aplicación, una vez

realizada se vuelven sólidos de manera inmediata,

permitiendo la apertura al tráfico en unos pocos

segundos, lo que constituye su característica más

singular y otra de sus ventajas de empleo.

Materiales de aplicación a temperatura ambiente:

Existen distintos tipos, entre ellas podemos

mencionar las resinas alquídicas modificadas con

caucho clorado y acrílicas base solventes y acuosa.

Existen también pinturas denominadas plástico en


53

frío que son multicomponentes a base de resinas

metacrílicas.

Cada uno de estos materiales presenta sus ventajas y

desventajas pero para el análisis se decidió realizar una

comparación con las pinturas acrílicas base solvente y base

acuosa debido a que son las están teniendo un mayor

desarrollo y, se considera que la tendencia es el empleo de

las mismas. Sin embargo, cabe aclarar que en Argentina

continua teniendo un elevado uso el material termoplástico.

Las pinturas incluyen, generalmente, una cantidad

dosificada de microesferas de vidrio que poseen una curva

de granulometría específica que aseguran su permanencia en

la marca vial durante toda su vida útil, dado que el desgaste

natural de la marca vial las expone superficialmente de

manera continua. Por otro lado, sobre la superficie recién

extendida, se proyectan microesferas de vidrio para asegurar

la visibilidad nocturna.

2. 2. 3 Microesferas de vidrio: Es una partícula de vidrio

transparente y esférica que, mediante la retrorreflexión de

los haces de luz incidentes de los faros de un vehículo hacia

su conductor proporciona visibilidad nocturna a las marcas

viales. En este ámbito se usan dos tipos: una incorporada en

la pintura y la otra se siembra sobre la superficie.

2. 2. 3. 1 Clasificación:

Premezcla (P): se establecen 3 tipos según su

granulometría de acuerdo a norma IRAM. Se

aplicara en una proporción de 300

Gráfico 1. Granulometría de premezclado

Según esta clasificación granulométrica las microesferas de

premezcla utilizadas en esta tesis son del tipo P1.

Siembra(S): se establecen 5 tipos de microesferas

según su granulometría de acuerdo a norma IRAM.

Serán aplicadas en una proporción de 500 de

superficie a cubrir.

Gráfico 2. Granulometría de sembrado

Además según el tratamiento se clasifican en:

a) Carácter vacio para microesferas sin tratamiento.

b) TAF: tratamiento de adherencia y flotación en

aplicación en pintura con base a solvente.

c) TRM: adherencia en aplicación en termoplásticos

d) PBA: adherencia y flotación en aplicación en

pintura con base acuosa

e) PBC: adherencia y flotación en aplicación en

pintura bicomponente.

Según la clasificación granulométrica las microesferas de

sembrado son tipo S2 con tratamiento TAF.

3. Resultados El análisis de los resultados se va a hacer conforme a lo que

establece la norma española UNE-EN 1436:2009+A1

“Materiales para señalización vial horizontal”

3. 1 Resultados péndulo ingles TRRL (SRT): esta norma

establece la siguiente clasificación:

Blanco Clase Valor de SRT

S0

prestación no

determinada

S1 SRT≥45

S2 SRT≥50

S3 SRT≥55

S4 SRT≥60

S5 SRT≥65

Color de marca vial

Hormigón de cemento

Tabla 1. Clasificación UNE 1436

En base a esta clasificación y los resultados obtenidos del

ensayo se obtuvo la Tabla 2

Muestra Antes de

ensayo

Clasificación

según UNE

1436

Después de

ensayo

Clasificación según

UNE 1436

Variación

porcentualPintura

1 42,8 S0 35 S0 18,22 solvente

2 42,6 S0 42 S0 1,41 solvente

3 64,4 S4 50 S2 22,36 acuosa

4 51,6 S2 46 S1 10,85 acuosa

5 46,4 S1 41 S0 11,64 solvente

6 50,2 S2 38,8 S0 22,71 solvente Tabla 2. Comparación de valores de SRT

De acuerdo a la tabla 2 se realizo el siguiente gráfico:

54

Gráfico 3. Análisis de resultados

3. 2 Resultados retrorreflexión (Rl): luego de analizar la

normativa internacional y de ver ensayos realizados en otras

partes del mundo se llegó a la conclusión de que la medida

de retrorreflexión es conveniente realizarla a 30 metros,

teniendo en cuenta que la altura de los focos es a 0,65

metros y la altura del conductor es de 1,20 metros.

Teniendo en cuenta esto; la clasificación que establece la

norma para este ensayo es:

Blanco Clase Valor de Rl

R0

prestación no

determinada

R2 Rl≥100

R3 Rl≥150

R4 Rl≥200

R5 Rl≥300

Color de marca vial





Muestra Antes de

ensayo

Clasificación

según UNE 1436

Después de

ensayo

Clasificación

según UNE

Variación

porcentualComportamiento

1 196,3 R3 271 R4 27,58 aumenta

2 253,5 R4 317,25 R5 20,09 aumenta

3 219,5 R4 276 R4 20,47 aumenta

4 282 R4 290,5 R4 2,93 aumenta

5 265,3 R4 215 R4 18,97 disminuye

6 345 R5 226 R4 34,49 disminuye Tabla 4. Comparación de valores de RL30

3. 3 Resultados de iluminación difusa (Qd): la clasificación

que establece la norma para este ensayo es: Color de

marca vial Blanco Clase Valor de Qd

Q0 prestación no determinada

Q3 Qd≥130

Q4 Qd≥160

Q5 Qd≥200





Muestra Antes de

ensayo

Clasificación

según UNE

1436

Después de

ensayo

Clasificación

según UNE

1436

Variación

porcentual

1 210,5 Q5 179 Q4 14,96

2 188 Q4 195,25 Q4 3,86

3 256,5 Q5 126 Q0 50,88

4 217,5 Q5 120,5 Q0 44,60

5 232 Q5 210 Q5 9,48

6 217,666667 Q5 209 Q5 3,98 Tabla 6. Comparación de valores de Qd

3. 4 Observación con lupa electrónica: en la observación con

lupa electrónica se va a hacer referencia a fotos antes y

después del ensayo de dos muestras, una con base solvente y

otra con base acuosa.

3. 4.1 Base solvente (muestras 1, 2, 5 y 6):

Figura 5. Antes de ensayo

Figura 6. Después de ensayo

3. 4.2 Base acuosa (muestras 3 y 4):

Figura 7. Antes de ensayo

Figura 8. Después de ensayo

4. Análisis de resultados y conclusiones


55

Frente a la disparidad de resultados se descartan las

muestras 1 y 2 ya que fueron pintadas de forma distinta al

resto de las muestras analizadas.

Teniendo en cuenta esta aclaración. Las conclusiones

obtenidas son:

Analizando la resistencia al deslizamiento se

observa que en todos los casos hay una

disminución de la misma. En el caso de las placas

pintadas con base acuosa luego del ensayo se

mantienen por encima del límite establecido por

norma, mientras que las base solvente no

experimentan este comportamiento.

Se observa, en la Figura 8, que las microesferas en

la pintura con base acuosa no son cubiertas por la

pintura luego del ensayo, a diferencia del

comportamiento con las pinturas de base solvente,

según la Figura 6. Teniendo en cuenta esto, se

justifica el aumento de la retrorreflexión en las

muestras de base acuosa lo que otorga una mayor

vida útil de la marca.

El coeficiente de iluminación difusa (Qd)

disminuye en todos los casos, pero se observa que

la variación porcentual es mayor en las pinturas de

base acuosa.

Para tener una conclusión global es necesario

realizar más ensayos, pero en esta etapa inicial de

evaluación se observa que el ensayo de rueda

cargada sirve para realizar una evaluación de los

vehículos sobre las demarcaciones viales,

recomendando en una próxima instancia realizar

una comparativa con los parámetros de

performance en servicio.

Agradecimientos

Se agradece por la colaboración para realizar esta tesis a

todos los integrantes del LEMaC.

Referencias

[1] José Andrés Coves García Análisis de la Visibilidad y la

Resistencia al Deslizamiento de las Marcas Viales

Retrorreflectantes en Carretera convencional (2015)

[2] AENOR Norma española: UNE-EN 1436:2009+A1

(2009)

[3] Gobierno de España, Ministerio de fomento Guía para el

proyecto y ejecución de obras de señalización horizontal

(2012)

[4]AENOR Norma española: UNE EN 13036-1 (2010)

[5]Lic. Olga Haydeé Fernández Chávez Propuestas de

mejoras y estandarización de la señalización horizontal en

Argentina

[6]Helio Moreira, Roberto Menegon Señalizacion

Horizontal (2003)

56


57

RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA

Becario/s; Matías Fregossi

UTN FRLP, La Plata, Argentina. [email protected]

Director: Enrique Fensel

UTN FRLP, La Plata, Argentina. [email protected]

Área: Tecnología de los Pavimentos Flexibles. PID Asociado: “Utilización de diferentes Polímeros como modificadores de Cementos Asfálticos y su incidencia en el desempeño de Mezclas Asfálticas Densas y Semidensas”.

Código:TVIFILP0004366TC.

Resumen Dentro de esta tesis de investigación el trabajo ha sido focalizado en la comparación de las resistencias valoradas a Tracción Indirecta de

probetas Marshall y testigos extraídos sobre probetas moldeadas para el ensayo de Wheel Tracking Test (WTT). Como objetivo principal se ha

planteado llevar a cabo este análisis teniendo en cuenta los distintos métodos de compactación que se utilizan en ambos tipos de probetas, y

cómo influye esto en el valor de Tracción Indirecta alcanzado y a su vez, tratando de correlacionar estos valores de Tracción Indirecta con los

obtenidos en el ensayo de WTT.

Palabras clave: Tracción, Densidad, Compactación, WTT.

1. Introducción

Las mezclas asfálticas cuando se encuentran en operación

sufren un deterioro debido al paso de cargas y a los agentes

climáticos. Por ello es necesario conocer los parámetros que

caracterizan a las mezclas con las cuales trabajamos, para

definir sus propiedades mecánicas y límites de fallas.

El ensayo ideal sería aquel que fuera capaz de inducir un

estado tensional similar al que se produce en la realidad.

Roque y Buttlar esquematizan en la figura 1, el estado de

tensiones provocado por una carga simple en la estructura de

un pavimento donde se distinguen cuatro casos:

Caso 1: Compresión triaxial en la superficie inmediata bajo

la rueda.

Caso 2: Tracción longitudinal y transversal combinada con

compresión vertical en la parte inferior de la capa bajo la

rueda.

Caso 3: Tracción longitudinal o transversal en la superficie a

una cierta distancia de la carga.

Caso 4: Compresión longitudinal o transversal en el fondo

de la capa bituminosa a una cierta distancia de la carga

Existen ensayos que representan cada uno de estos estados

tensionales, pero no hay ninguno que represente los cuatro a

la vez. De todas maneras no es necesario representar los

cuatro, ya que la experiencia determina que la zona más

crítica de tensiones de tracción se produce en la fibra

inferior de la capa asfáltica bajo la carga aplicada.

El ensayo de tracción indirecta reproduce el estado de

tensión de tracción crítica en la fibra inferior de la capa

asfáltica. Además se destaca por ser un método simple y

representativo, que permite caracterizar las propiedades de

la mezcla, imitando la respuesta de un pavimento flexible y

evaluando la carga máxima que soporta la capa de mezcla

asfáltica antes de romper por las tensiones de tracción

Figura 1. Esquema de Tensiones.

2. Normas

Existen diferentes normas, que recurren a valorar la tracción

indirecta, utilizan este ensayo para evaluar otras

características de la mezcla, como por ejemplo la

sensibilidad al agua de una mezcla. Algunas de las normas

existentes son: UNE-EN 12697-23/04 (Determinación de la

resistencia a la tracción indirecta de probetas bituminosas),

UNE EN 12697-12 (Determinación de la sensibilidad al

agua de las probetas de mezcla bituminosa), NLT 346/90

(Resistencia a compresión diametral de mezclas asfálticas,

“ensayo brasileño”), AASHTO T 283-89 (Resistencia al

daño inducido por humedad de la mezcla bituminosa

compactada para SuperPave), ASTM D4867 (Efecto de la

Humedad en Mezclas Asfálticas para Pavimentación).

El trabajo realizado ha seguido los lineamientos indicados

por la norma UNE-EN 12697-23/04.



58

2.1. Equipamiento y Acondicionamiento.

2.1.1. Aparatos de Ensayo

a) Prensa: Prensa de ensayo tipo Marshall, que tenga una

capacidad mínima recomendada de 28 kN y que permita la

aplicación de cargas sobre las probetas de ensayo a una

velocidad de deformación constante de (50±2) mm/min,

después de un período de tiempo transitorio inferior al 20%

del tiempo de carga. La velocidad de deformación se debe

mantener. Es importante tener que cuenta que para ensayos a

baja temperatura (5°C), probablemente la prensa anterior

nombrada no permita obtener una carga suficiente, y se

necesite una prensa Marshall de 40 kN, u otros tipos más

potentes. La utilizada en los ensayos de este trabajo es una

prensa automática de

b) Bastidor de ensayo (figura 2): Bastidor de ensayo

equipado con bandas de carga de acero templado, que

dispongan de una superficie cóncava con un radio de

curvatura que se corresponda con el radio nominal de la

probeta. La anchura de la banda de carga es de 12,7±0,2

(mm) para probetas de diámetro 100±3 (mm)

Figura 2. Bastidor

1. Bastidor.

2. Bandas de carga.

3. Probeta.

c) Aparato de medida: La prensa automática nos indica la

carga registrada a través de un display, como así también la

deformación vertical, proporcionada por dos LVDT.

2.1.2. Preparación de las probetas

Para cada muestra a ensayar, se deben tener al menos tres

probetas. Deben ser visualmente examinadas para asegurar

que son simétricas y la superficie curva es regular. Además

deben ser medidas, tanto su altura como su diámetro, de

acuerdo con la norma EN 12697-29.

2.1.3. Acondicionamiento térmico.

Para obtener una línea de rotura “correcta” a tracción

indirecta, la norma recomienda una temperatura de ensayo

de 5°C. Las probetas han sido almacenadas a dicha

temperatura, en cámara de aire, por al menos dos horas.

2.2. Procedimiento de ensayo

Se toma la probeta acondicionada y se la coloca en el

bastidor de ensayo. La máquina de ensayo debe estar situada

en un local cuya temperatura esté comprendida entre 15°C y

25°C. Se debe alinear la probeta sobre la banda de la cara

inferior, de forma tal que la carga se pueda aplicar

diametralmente. A continuación se inicia la compresión de

forma continua y sin saltos bruscos, a velocidad de

deformación constante hasta que se alcance la carga

máxima. Se debe registrar la carga máxima P, y se continúa

aplicando carga hasta que se produzca la rotura de la

probeta. Se registra el tipo de rotura, figura 3, de acuerdo

con las siguientes categorías:

a) Rotura limpia por tracción: la probeta se rompe

de forma limpia a lo largo de una línea diametral, con la

posible excepción de pequeñas secciones triangulares

próximas a las bandas de carga.

b) Deformación: las probetas no presentan una línea

de rotura claramente visible.

c) Combinación: las probetas presentan una línea de

rotura limitada y áreas deformadas más grandes, próximas a

las bandas de carga.

Figura 3. Tipos de rotura.

A continuación, se debe abrir la probeta por la línea de la

rotura y se inspecciona visualmente el aspecto de las

superficies con el objeto de detectar la posible presencia de

áridos agrietados o rotos, y se anota si los áridos,

especialmente en la superficie de rotura, están rotos o

intactos.

El ensayo se debe terminar antes que hayan transcurrido 2

minutos después de sacar la probeta del medio de

acondicionamiento.

Finalmente para cada probeta se calcula la resistencia a

tracción indirecta ITS, a través de la siguiente fórmula:

ITS = (2 P)/(π D H) (1)

y calculando después el valor medio de los valores

obtenidos.

Donde:

ITS: resistencia a tracción indirecta, Expresada en

gigapascales, redondeada a tres cifras significativas.

P: carga máx. en kN, redondeada a tres cifras significativas.

D: diámetro de la probeta en mm, con un decimal.

H: altura de la probeta en mm, con un decimal.

Los valores obtenidos se aceptan, si la diferencia de los

valores a tracción indirecta obtenidos individualmente sobre

las probetas (resultados parciales), no difieren más del 17%

del valor medio.

3. Metodología A lo largo de todo el período de trabajo, se han llevado a

cabo varios pastones de mezcla asfáltica, con los cuales se

han moldeado probetas Marshall y probetas Wheel

Tracking.


59

Las probetas y testigos para los ensayos de tracción se han

acondicionado a 5°C ± 2 durante dos horas, y éste se ha

llevado a cabo en una prensa Marshall Automática.

Todos los pastones fueron realizados con los mismos

materiales y con la misma dosificación. Pese a esto desde un

comienzo se notaba que los resultados obtenidos (analizando

densidades y resistencia a tracción) eran dispares, y en

algunos casos muy diferentes unos de otros. Analizando y

buscando cuál era la causa de este inconveniente, se llegó a

la conclusión que el árido de la fracción 0:6 poseía una gran

cantidad de polvo, que podría llegar a influir sobre los

valores obtenidos en la mezcla asfáltica. Se procedió a

unificar esta fracción de árido y se llevó a cabo un cuarteo

extremando la metodología para que las fracciones sean

representativas. Además se verificó la curva granulométrica

de la fracción, encontrándose esta luego del cuarteo, en los

parámetros correspondientes. Los pastones realizados

posteriormente presentaron valores de las densidades algo

diferentes. Mientras que los valores de las densidades de las

probetas Marshall en general son uniformes, los testigos de

WTT presentan una gran variación.

4. Característica de la mezcla asfáltica

El tipo de mezcla utilizado es un CAC-D19, compuesta por

un cemento asfáltico CA-20, y áridos de tipo granítico

provenientes de una cantera ubicada en Olavarría, provincia

de Buenos Aires. La dosificación de la mezcla asfáltica

utilizada es la que se observa en la Tabla 1, con una

temperatura de mezclado de 155°C, y 145°C para la

compactación.

Tabla 1. Dosificación

3.1. Compactación

Las probetas Marshall han sido compactadas con pisón

normalizado, 75 golpes por cara a la temperatura antes

mencionada. Las probetas de Wheel Tracking han sido

compactadas con Roller Compact, 24 ciclos en una

dirección.

Luego de las probetas cuadradas para Wheel Tracking se ha

procedido a la extracción de testigos con la broca de 103,4

mm de diámetro, para el análisis y comparación con las

probetas Marshall.

Debe prestarse especial atención, tanto para las probetas

Marshall, como para las de Wheel Tracking, en la

temperatura de compactación, ya que puede presentarse una

importante reducción en la resistencia a tracción si

disminuye la temperatura de compactación.

5. Cálculos

En la Tabla 2 puede observarse un resumen de los datos

promedios obtenidos, referidos a las densidades y a los

valores de la resistencia a tracción indirecta de las probetas y

testigos, además de los valores hallados en el ensayo de

WTT.

Densidad

(gr/cm³)

Resistencia a

Trac. (kg/cm²)

WTS

(mm/10³

ciclos) PRD (%)

DNV 4/9/17

(Testigos) 2.352 31.63 0.182 8.25

DNV 25/8/17 P° 2.429 27.52 - -

DNV 11/9/17

(Testigos) 2.376 30.4 0.254 10.36

DNV 25/8/17 P° 2.429 27.5 - -

DNV 2/8/17

(Testigos) 2.486 20.0 0.290 10.16

DNV 3/8/17 P° 2.448 44.9 - -

DNV 2018

(Testigos) 2.383 35.5 - -

DNV 2018 P° 2.426 44.3 - -

Serie 2

Serie 3

Serie 4

Serie 1

Ensayo WTT

Tabla 2. Resumen de los datos obtenidos

WTS: Pendiente Media de Ahuellamiento.

PRD: Profundidad de Ahuellamiento Media Proporcional.

6. Resultados y Discusión

Analizando las series 1 y 2, de testigos con sus

correspondientes probetas Marshall, podemos observar que

los testigos de las probetas para WTT, poseen una densidad

promedio menor que las probetas Marshall, y una resistencia

a la tracción indirecta promedio mayor que la de ellas.

La serie 3 de testigos y probetas Marshall, presentan una

variación, siendo la densidad promedio de las probetas

menor, y un valor de resistencia a la tracción indirecta

mayor (más del doble) que los testigos.

La serie 4, contradice todas las anteriores, en las que un

menor valor de densidad se correspondía con un valor

superior de resistencia a tracción. Ya que las probetas

Marshall poseen una densidad promedio mayor que los

testigos, y un valor promedio de resistencia a la tracción

también mayor.

Esto nos lleva a concluir que, tomando todas las variables

mencionadas, estas relaciones entre los testigos y las

probetas Marshall no siguen un comportamiento uniforme,

por lo que no se puede establecer ciertamente cuál va a ser la

relación que las vincula tomando como eje la resistencia a la

tracción, por lo menos en lo actuado hasta ahora.

Dada que la génesis de los testigos es la misma que las de

las probetas de WTT y tomando estrictamente los valores

hallados en estos casos en la Tracción Indirecta y

relacionándolo con la Pendiente Media de Ahuellamiento se

puede decir que a valores mayores de Tracción Indirecta le

corresponde una Pendiente Media de Ahuellamiento menor

en el ensayo de WTT, valor menor buscado y que favorece

al desempeño de las mezclas asfálticas, lo cual resulta

atrayente para seguir esta línea de investigación, pensando

en que tener los distintos valores comparativos de Tracción

Indirecta al realizar un diseño de una mezcla asfáltica nos

puede facilitar tener una idea acabada de cuál será la que

mejor se comporte cuando se la someta al ensayo de

60

deformación permanente, exigencia establecida por Vialidad

Nacional para que se ejerza su control .

Esta investigación continúa abierta, con el propósito de

analizar nuevas mezclas con igual granulometría pero con

distintos tipos de ligantes asfálticos, por lo que se espera que

ampliando el universo de datos estadísticos, se pueda

concluir con establecer relaciones ciertas entre los valores

obtenidos mediante el ensayo de Tracción Indirecta y los

obtenidos en los parámetros característicos del ensayo de

Wheel Tracking Test.


61

FISURACIÓN DE MORTEROS, LADRILLOS Y REVOQUES POR

CRECIMIENTO DE LAS RAÍCES DE PLANTAS MURÍCOLAS

Becario/s: M. Pena LEMaC, La Plata y Argentina. [email protected] Director/res: V. Gabriela Rosato; M. Edgardo Rosato

LEMaC, La Plata, Arg. [email protected]

Área: Estructuras y Materiales de Construcción PID Asociado: “Fisuración de morteros,

ladrillos y revoques por crecimiento de las raíces de plantas murícolas”. Código:

UTI3782TC.

Resumen Se ensayaron muestras de morteros de cal antiguo a flexión, compresión, absorción y retención de agua, y porosimetrá por intrusión de Hg y se

repitieron utilizando probetas de mezclas de cal aérea e hidráulica, comparando los resultados. Estos datos permitieron inferir la

susceptibilidad de estos materiales a microorganismos y la resistencia al crecimiento de raíces de plantas.

Palabras clave: Morteros, cal, porosidad, retención de H₂O, deterioro biológico.

Keywords: mortar, lime, porosity, water retention, biodeterioration.

1. Introducción

En este proyecto se buscó analizar la predisposición de los

morteros de cal como revoques frente al crecimiento de

microorganismos y vegetales (“bioreceptividad” [1]).

Partimos de la base de un mortero de antiguo proveniente de

una edificación de 70 años en condiciones de abandono, de

la ciudad de La Plata, utilizando a ésta como referencia para

las comparaciones.

2. Metodología Se procedió a la elaboración de distintos morteros de cales,

que fueron sometidos a varios ensayos para comparar los

resultados con los obtenidos de la muestra antigua

previamente analizada.

2. 1. Experimental

Para el desarrollo de este ensayo se realizaron morteros de

cales, los cuales se elaboraron, en el siguiente orden y con

las siguientes dosificaciones:

- MCA I, con la siguiente dosificación: una parte

de cal (cal aérea con agua), una parte de arena silícea, una

parte de arena gruesa, y una parte de polvo de ladrillo.

- MCA II, con la siguiente dosificación: dos partes

de cal (cal aérea con agua), dos partes de arena silícea, una 1

parte de arena gruesa, y una parte de polvo de ladrillo.

- MCH, con la siguiente dosificación: un volumen

de cal (cal hidráulica), un cuarto de volumen de cemento,

cuatro volúmenes de arena silícea, y un volumen de agua.

A todos los morteros se los ensayó a:

- Flexión y compresión

- Porosimetría con mercurio

- Retención y absorción de agua

- Cultivo de microorganismos

3. Resultados

Los resultados obtenidos de los ensayos de flexión,

compresión, porosimetría por intrusión de mercurio

realizados se muestran en las respectivas tablas.

Morteros P (KN) F (Mpa) Fm (Mpa)

MCI (a) 0,1 0,23

0,47 MCI (b) 0,3 0,70

MCI (c) 0,2 0,47

MCH (T7) 0,4 0,94

0,78 MCH (T8) 0,3 0,70

MCH (T9) 0,3 0,70

Tabla 1. Resistencia a la flexión

Morteros P (KN) F (Mpa) Fm (Mpa)

MCI (a) 1,5 0,94

0,948

1,5 0,94

MCI (b) 1,4 0,87

1,7 1,06

MCI (c) 1,5 0,94

1,5 0,94

MCH (T7) 5,8 3,62

3,58

5,6 3,50

MCH (T8) 5,9 3,68

5,7 3,56

MCH (T9) 5,8 3,62

5,6 3,50

Tabla 2. Resistencia a la compresión

62

Grafica 1. Porosimetría por intrusión de Mercurio

En esta grafica se puede observar la distribución de los

tamaños de poros.

MA MCA I MCA II MCH

Peso Inicial (g) 139,1 207,5 218,5 544,1

Tie

mp

o (

%)

0 hs 100 100 100 100

1 hr 96,4 97,5 98,0 89,7

2hs 92,5 96,7 94,9 80,7

3 hs 88,0 90,9 86,3 76,4

6 hs 69,3 81,1 61,9 70,4

12 hs 36,4 50,5 58,1 55,6

24 hs 18,7 18,3 33,2 39,9

48 hs 12,0 5,1 26,2 23,2

72 hs 9,5 4,9 26,2 17,7

1 semana 8,2 4,6 26,1 10,6

10 días 8,5 3,9 26,1 9,7

Peso Seco (g) 116,4 193,0 182,2 488,3

Agua Absorbida 22,725 14,5 36,3 55,79

Tabla 4. Retención y absorción de líquidos

En la siguiente gráfica visualizaremos los resultados

obtenidos de las observaciones del ensayo de retención y

absorción de líquidos de los distintos morteros.

0

20

40

60

80

100

120

0 hs 1 hr 2hs 3 hs 6 hs 12 hs 24 hs 48 hs 72 hs 1

semana

10 días

Tiempo

Pe

so (

%)

MA MCA IMCA II MCH

Figura 2. Retención y absorción de líquidos.

4. Conclusiones

Tras la realización de cada uno de los respectivos ensayos a

cada uno de los morteros, con su posterior análisis y

comparación con la muestra de mortero antiguo, se llegaron

a las siguientes conclusiones:

- El mortero realizado de cal aérea es más

semejante al mortero antiguo tomado como referencia.

- Los morteros de cal hidráulica tuvieron mayor

resistencia que los de cal aérea.

- El mortero antiguo tiene escaso porcentaje de

volumen de poros por encima de los 10.000 nm, lo que

dificulta el crecimiento de microorganismos.

- En cuanto a la retención de agua, a las 24 hs ya

hay una pérdida importante, que se estabiliza a las 72 hs.

Esta falta de agua dificulta la colonización de

microorganismos y plantas.

- Los morteros de cal aérea, en especial la primera

elaboración de morteros, la resistencia a la flexión se acerca

al valor de la presión osmótica de la raíz (-0.1 MPa a -

0.51MPa).

Agradecimientos

A la universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional L

a Plata por la beca otorgada y por el financiamiento de los

ensayos de porosimetria por intrusión de mercurio; al Ing.

Marcelo Barreda por la ayuda con los ensayos mecánicos y a

la restauradora Rosana Lofeudo por facilitarnos la

dosificación de materiales utilizada para la preparación de

revoques antiguos.

Referencias

- Norma IRAM Experimental 1622:2002

- Guía de Metodologías y Procedimientos para uso

vial desarrollados en el LEMaC

- Guillite, O. (1995) Bioreceotivity: a new concept

for building ecology Studies. The Science of the Total

Environment 167: 215-220

- Prunell S. B., Rosato V. G., Sota J. D. 2012.

Adiciones en el cemento Portland y su relación con el

biodeterioro. V Congreso Internacional de la Asociación

Argentina de Tecnología del Hormigón, 19ª Reunión

Técnica “Ing. Oscar R. Batic” y 4° Concurso Nacional de

alumnos, Bahía Blanca, 7-9 de Noviembre de 2012. ISBN

978-987-21660-6-9 pp. 15-21

- Azcón-Bieto, Joaquín; Talón, Manuel (2000)

Fundamentos de fisiología vegetal. Mc.Graw-Hill-

Interamericana y Edicions Universitat de Barcelona.


63

MEDICICIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO EN HORMIGONES DE

APERTURA TEMPRANA

Becaria: M. Sequeira

UTN-FRLP, LEMaC, La Plata Argentina. [email protected].

Directora: A. López

UTN-FRLP LEMaC y CICPBA-LEMIT, La Plata, Argentina.

[email protected].

Co-Director: M. Barreda

UTN-FRLP, La Plata, Argentina. [email protected]

Área: Tecnología de los Pavimentos Rígidos y Estructura. PID Asociado: “Hormigones de apertura rápido al tránsito

(Fast-Track) para rehabilitación de pavimentos”. Código: UTN-4125.

Resumen El hormigón Fast-Track está diseñado especialmente para permitir una adecuada colocación y desarrollar excelente resistencia mecánica a

edades tempranas y así, rápidamente, permitir la habilitación del pavimento. El tiempo de fraguado es un parámetro importante para este tipo

de mezcla, comienza a medirse a partir del contacto del cemento con el agua de mezclado y evalúa la transformación del hormigón del estado

fluido-viscoso a sólido, tal proceso es continuo y gradual. Según normativa argentina IRAM 1662 el tiempo de fraguado inicial es el instante en

que el hormigón alcanza una resistencia a la penetración de 3,4 MPa, en cambio el tiempo de fraguado final es considerado cuando la

resistencia a la penetración es de 27,4 MPa. El Objetivo del trabajo es aplicar la metodología según la normativa en dos mezclas de

comportamiento extremos. Uno que mostró importante retardo del tiempo de fraguado y otro que aceleró noblemente estos tiempos. La

actividad permitió adquirir conocimientos y desarrollar experiencia para ejecutar el ensayo con aptitud y repetibilidad.

Palabras clave: Hormigón de apertura temprana, tiempo de fraguado.

1. Introducción

La técnica del hormigón Fast-Track nació para satisfacer la

necesidad de acelerar la liberación del tránsito con la mayor

rapidez posible. Las principales aplicaciones son en

pavimentos de hormigón de aeropuertos, caminos y calles

urbanas; reparación de losas en instalaciones de servicios

(línea de gas, fibra óptica, agua, etc) tanto en las nuevas

construcciones como en los trabajos de reparación, refuerzos

y reconstrucciones. Se utiliza también en capas de

recubrimiento de hormigón sobre pavimentos asfálticos

nuevos y reconstrucciones de pavimentos deteriorados [1].

Las especificaciones tradicionales prevén tiempos de espera

comprendidos entre 5 y 14 días aproximadamente, necesario

para que el hormigón alcance suficiente resistencia y

disponer del pavimento para el servicio, en cambio este tipo

de hormigón tiene la ventaja de disminuir el intervalo para

liberar a 6 y 24 horas. Además, posee una vida útil promedio

de 30 años; reduce el tiempo de interrupción del tránsito y

proporciona mayor seguridad para el personal de obra

porque hay menor tiempo laboral [1].

La mezcla está compuesta por cemento ARI (Alta

Resistencia Inicial) que desarrolla alto calor de hidratación,

aditivos acelerantes, aditivos fluidificantes y

superfluidificantes, mejorando considerablemente la

resistencia. El tamaño máximo nominal del agregado varía

entre 20 y 25 mm y el de cemento entre 350 y 500 Kg /m3.

La relación agua/cemento es inferior a 0,42 en consecuencia

se obtiene hormigones de baja permeabilidad, menor

porosidad y así mayor durabilidad [1].

La fabricación de Hormigón Fast-Track no requiere equipos

especiales y necesita una adecuada planificación debido al

escaso tiempo exigido para su colocación y habilitación [1].

El proceso por el cual se endurece el hormigón transita

distintas etapas. Una es la del estado fresco. Otra es la del

fraguado y representa la rigidización de la pasta fresca, o

más precisamente, cuando el hormigón en estado fluido-

viscoso adquiere un nivel de rigidez especificado. Antes de

alcanzar el tiempo de fraguado inicial resulta todavía posible

alterar el hormigón y volverlo a mezclar sin llegar a

perjudicarlo, la aplicación posterior de una nueva vibración

puede dar buenos resultados pero a medida que continua la

reacción entre el cemento y el agua la masa pierde

plasticidad, este es el tiempo límite de vibración ya que aun

en estado fluido-viscoso no puede ser revibrado sin provocar

discontinuidades en la masa de tipo irreversible, que

reducirán la calidad del material endurecido. A su vez se

subdivide arbitrariamente en dos etapas: tiempo de fraguado

inicial, es decir el fin de la etapa fresca o donde finaliza el

periodo “durmiente” en el proceso de hidratación del C3S, y

tiempo de fraguado final o inicio del estado endurecido del

hormigón, vinculado al instante donde finaliza el estado de

aceleración de la hidratación C3S. En general, el tiempo

inicial ocurre entre 2 y 6 horas después del mezclado y el

tiempo final ocurre entre las 4 y 12 horas.

64

Finalmente, sucede el endurecimiento que es producido en

el momento del fraguado final, aquí el hormigón se ha

vuelto rígido y en vez de fluir se fractura si es muy elevado

cualquier esfuerzo transmitido, en ese momento comienza el

endurecimiento el cual es indicativo de que se desarrolla una

resistencia benéfica y cuantificable (Ver Figura 1) [2].

Los factores principales que intervienen en el tiempo de

fraguado son la composición del cemento, la relación entre

el agua y el material cementante, la temperatura y los

aditivos. Cuando la finura del cemento es mayor, este se

hidrata más rápidamente y por ende el tiempo de fraguado se

reduce. A mayor relación a/c, mayor tiempo de fraguado. El

tiempo de fraguado disminuye a temperatura ambiente

elevada, porque acelera la velocidad de hidratación, a su vez

en el seno de la masa se están produciendo reacciones

exotérmicas que conllevan aumento de la temperatura y así

liberan más calor. Dependiendo del tipo de aditivo, estos

retardan o aceleran químicamente las reacciones [3-4].

El conocimiento de la velocidad de la hidratación y la

cantidad de calor liberado es útil para el planeamiento de la

construcción. La reacción inicial deber ser suficientemente

lenta para poder transportar y colocar el hormigón, en

cambio, una vez que el hormigón ha sido colocado es

deseable un endurecimiento rápido [4].

Es importante tener en cuenta si se presenta el falso

fraguado, el cual se evidencia por la pérdida considerable de

plasticidad y sucede inmediatamente después del mezclado

sin ninguna evolución de calor. La principal causa de este

proceso, es la presencia de yeso mate producido cuando la

temperatura de la molienda es demasiado alta.

Posteriormente, cuando se agrega agua al cemento, el yeso

inmediatamente empieza a hidratarse para formar yeso y se

endurece. Para mantener la temperatura por debajo del punto

de deshidratación del yeso, el Clinker deberá enfriarse antes

de la molienda. La plasticidad se puede recuperar con un

nuevo mezclado sin la adición de agua, lo que sucede es que

se rompen los cristales y se restablece la trabajabilidad [5-6].

El Objetivo del trabajo es aplicar la metodología según la

normativa IRAM 1662 en dos mezclas de comportamiento

extremos.

Figura 1. Etapas de endurecimiento del hormigón (Extraído de [2]

2. Metodología La Norma IRAM 1662 se utiliza para determinar el tiempo

de fraguado (TF) de hormigones y morteros de cemento

portland por medio de la resistencia a la penetración. El

campo de aplicación tiene como alcance determinar los

efectos sobre el tiempo de fraguado y sobre las

características del endurecimiento del hormigón de variables

tales como temperatura, cemento, proporción de las mezclas,

adiciones y aditivos. El instrumental necesario para realizar

el ensayo incluye el siguiente equipamiento: a) un recipiente

indeformable que contiene la mezcla a evaluar; b) un

aparato para la aplicación de la carga (Penetrómetro); c) una

varilla de acero para compactar la muestra en el recipiente o

una mesa vibradora; d) un elemento para retirar el agua

exudada en el momento previo a realizar el ensayo y e) una

cuña para inclinar la base y lograr que se acumule el agua

que será retirada. La Figura 2 muestra el instrumental con el

cual se han realizados los ensayos.

La muestra colocada en el recipiente estanco e indeformable

resulta del tamizado que pasa por el tamiz N° 4.

Durante el procedimiento de ensayo es muy importante

registrar el momento en el que agua y cemento toman

contacto, ahí queda indicado el momento 0 h. Para comenzar

el ensayo se elige la aguja de mayor diámetro y se aplica la

fuerza vertical hasta lograr una profundidad de 25 mm. Es

muy importante demorar sólo 10 segundos en esta actividad.

Algunas consideraciones del ensayo especifican que la

distancia entre impresiones sea dos veces la aguja en uso y

no menos de 15 mm y exige que si los hormigones no tienen

aditivo hay que comenzar 3 h y 4 h después del mezclado

(mediciones cada hora) y si los hormigones tienen aditivos,

comenzar 1 h y 2 h después del mezclado (mediciones cada

media hora) [2].

Figura 2. Instante de ejecución del ensayo de TF.

Según normativa IRAM 1662 el tiempo de fraguado inicial

es el instante en que el hormigón alcanza una resistencia a la

penetración de 3,4 MPa, en cambio el tiempo de fraguado

final es considerado cuando la resistencia a la penetración es

de 27,4 MPa. Dicha resistencia se obtiene de la razón entre

la carga y la superficie que la genera penetrar en la mezcla

25 mm. La marca que se visualiza en las divisiones que


65

están sobre el vástago y las puntas o agujas (645 mm2, 484

mm2, 323 mm

2, 215 mm

2; 161 mm

2, 129 mm

2, 65 mm

2, 32

mm2, 16 mm

2) deben ser registradas. Además, es necesario

saber cuándo cambiar la aguja en el ensayo, este cambio se

efectúa si la medición del penetrómetro, en nuestro caso un

vástago, no alcanza alguna división o es superado, entonces

se cambia la aguja por la del tamaño menor siguiente a la

que se estaba utilizando. Es muy importante que el mismo

operario realice todas las mediciones ya que es un ensayo

que depende de la fuerza que éste aplique.

Teniendo como datos la división registrada y el área de la

aguja se utiliza la siguiente ecuación (1):

(1)

Se calcula la resistencia a la penetración correspondiente a

cada intervalo de tiempo transcurrido y se determina la

curva que relaciona la evolución de la resistencia a la

penetración en función del tiempo transcurrido en forma

gráfica y analítica. Los resultados aquí obtenidos

corresponden solamente al método gráfico.

Para trazar la curva se ubica la resistencia [MPa] sobre el eje

de ordenada y el tiempo [h] sobre el eje de abscisa y se traza

una curva uniforme y continua a través de los puntos. Para

determinar el tiempo inicial (Ti) y el tiempo final (Tf) se

intercepta la línea de ordenadas que corresponde a 3,4 MPa

(Ti) y 27,4 MPa (Tf) con la curva y desde esos puntos de

desciende a hacia el eje de abscisa para determinarlos [2].

2. 1. Desarrollo Experimental

Se reprodujeron dos morteros correspondientes a

dosificaciones de hormigones. El primero de una relación

agua/cemento igual a 0,35 y el segundo de una relación

igual a 0,45. Los morteros fueron identificados como M1 y

M2, respectivamente. Éstos se corresponden con los

hormigones H1 y H2 (ver Tabla 1).

Se utilizaron dos cementos: un cemento portland normal de

alta resistencia inicial C1 (CPN50 ARI) y un cemento

portland compuesto C2 (CPC40). El agregado fino estuvo

conformado por una combinación de arena silícea (A1) y de

arena granítica triturada (A2). En el caso de la arena silícea

la densidad fue igual a 2,65 g/cm3 y la arena de trituración

igual a 2,70 g/cm3, ambas de absorción 0,3% (IRAM 1520).

Los aditivos estudiados fueron el S1, aditivo

superfluidificante (Viscocrete 6) y S2 aditivo acelerante o

acelerador de fraguado (Sika Precast).

A Cem.

Agregados Aditivos

Mezcla A1 A2 P* S1 S2

Kg/m3

H1/M1 158 4501 328 461 1000 2,7 9,0

H2/M2 163 3652 417 585 855 4,9

A: Agua

P: Piedra partida granítica 6:12. Densidad 2,67.

* Utilizada en el hormigón base

1: cemento portland normal de alta resistencia inicial;

2: cemento portland compuesto.

Tabla 1. Proporción de los materiales.

3. Resultados

La Figura 3 muestra un buen ajuste de las curvas de

fraguado correspondientes a los morteros M1 y M2. La

curva M1 se desplaza a la izquierda indicando que la etapa

en estado fresco es muy breve, todo lo opuesto con la curva

M2 que se encuentra ubicada muy a la derecha, si bien la

etapa en estado fresco es mayor lo que permite disponer de

mayor tiempo para el transporte y manipuleo fue en

detrimento de la homogeneidad de la mezcla ya que el

volumen de agua extraído cuando se acondicionaba la

superficie para hacer el ensayo fue considerable. La

distancia entre las curvas también verifica el beneficio de

utilizar cemento portland normal de alta resistencia inicial y

acelerante combinado con superfluidifcante si se requiere

rápida habilitación. Este comportamiento infiere que la

resistencia mecánica a edades temprana podría ser la

necesaria para lograr habilitaciones rápidas de pavimentos.

Finalmente, la mezcla M1 es de menor relación

agua/cemento que la mezcla M2, es de esperar que el tiempo

de fraguado sea menor-

Figura 3. Tiempo de Fraguado: Método gráfico. Curvas M1 y M2.

La Tabla 2 resume el tiempo inicial (Ti) y tiempo final (Tf)

para cada mortero obtenidos gráficamente.

Tabla 2. Tiempo inicial y Tiempo final según Figura 3

MEZCLA Ti

[h]

Tf

[h]

M1 1:15 2:00

M2 5:25 7:10

4. Conclusiones

Este trabajo muestra la metodología especificada en la

Norma IRAM 1662: “Hormigones y morteros

Determinación del tiempo de fraguado. Método de

resistencia a la penetración” y los resultados fueron

obtenidos según el método gráfico que considera tiempo de

fraguado inicial al instante en que el hormigón alcanza una

resistencia a la penetración de 3,4 MPa y el tiempo de

fraguado final cuando la resistencia es de 27,4 MPa.

La realización del ensayo permitió visualizar las diferencias

obtenidas en mezclas con distinta relación agua/cemento,

66

distintos tipos de cementos y cómo influyó el uso de

acelerante y superfluidificantes.

Cuantificar este parámetro puede optimizar dosificaciones y

buscar alternativas para el cliente en diferentes aplicaciones,

así como poder evaluar aditivos y determinar la factibilidad

de que pueda ser transportado largas distancias sin que

pierda las propiedades.

El tiempo inicial de fraguado es un parámetro de

importancia para el proveedor, con el fin de conocer cuánto

tiempo tiene para transportar al hormigón y cuanto tiempo

disponible existe en obra para su descarga, no sólo por

demoras si no por imprevistos. En muchas obras se expresa

contundentemente “el hormigón fragua a los 90 minutos” y

existen muy pocas posibilidades de que esto suceda, o

ninguna para el hormigón elaborado convencional. Es

sabido que todas las tareas indicadas para descargar,

compactar y terminar el hormigón de las estructuras deben

realizarse antes de que inicie el fragüe. Si no se determina el

tiempo inicial de fragüe establece el tiempo de 90 minutos, a

través de este ensayo es útil demostrar que el tiempo de

fragüe puede resultar menor para hormigones fast-track y

mayor para convencionales.

El mortero M1 (con cemento CPN) tuvo un comportamiento

que alertó sobre el menor tiempo inicial en cambio el M2 no

funcionó como hormigón Fast-Track.

Referencias[1] N. D. Battista, J.F. Taranto. “Hormigones de

apertura temprana al tránsito para rehabilitación de

pavimentos”. Anales UTN-FRLP, Depto. Ingeniería Civil

Exposición de Tesis de Becarios de Investigación 2016,

(2016), 15-20.

[2] D. A. Bascoy, G. Fornasier. “Hormigón en estado

fresco” en Ese material llamado hormigón, N.G. Maldonado

y M. F. Carrasco Eds, AATH (ed.), 1ra. edición (2012).

[3] IRAM 1662:1968. Hormigones y morteros.

Determinación del tiempo de fraguado. Método de

resistencia a la penetración.

[4] S. H. Kosmatka, B Kerkhoff, W. C. Panarese, J. Tanesi,

“Fundamentos del Concreto” en Boletín PCA 2004, 1ra.

edición (2004).

[5] S. H. Kosmatka, B Kerkhoff, W. C. Panarese, J. Tanesi,

“Cementos Portland, cementos adicionados y otros

cementos hidráulicos” en Boletín PCA 2004, 1ra. edición

(2004).

[6] B Mather, C. Ozyildirim. En Cartilla del concreto, R.

Martínez Ed, IMCYC (ed.) 1ra. edición (2004).


67

Análisis metodológico de deflectometría de un paquete estructural con

geosintético, utilizando el light weigt deflectometer (LWD)

Becario: Walter Leonardo López

LEMaC Centro de Investigaciones Viales, Universidad Tecnológica Nacional;

Facultad Regional La Plata. Av. 60 y 124(1900). La Plata, Buenos Aires,

Argentina.

[email protected]

Director: Dr. Ing. Delbono, Héctor Luis.

LEMaC Centro De Investigaciones Viales, Universidad Tecnológica Nacional;

Facultad Regional La Plata. Av. 60 y 124(1900). La Plata, Buenos Aires,

Argentina.

[email protected]

Área: Tecnología de los pavimentos flexibles

Resumen

La pavimentación asfáltica urbana generalmente contempla un paquete estructural multicapas. Dicha estructura se materializa

sobre subrasante de diversa aptitud vial. Además, según sea la cota de rasante, existen secciones con apertura de caja,

reconformación de la superficie o terraplenamiento.

En este sentido se diseña un paquete con y sin la incorporación de materiales geosintéticos y se analiza el comportamiento de

estos a través de un deflectómetro de impacto ligero (LWD)

A través de materiales geosintéticos se busca reforzar las capas que conforman la estructura ante deformaciones producidas por

las cargas sobre las mismas. Para evidenciar lo dicho se utiliza un geotextil no tejido y una geogrilla de ciertas características y

propiedades. Se realiza un tramo de prueba ´´in situ´´ con distintos espesores de capa sobre el material geosintético y se realiza

el ensayo de carga.

La metodología de estudio del presente trabajo contempla el ensayo sobre pistas de prueba con distintos espesores de capa sobre

el material geosintético, realizando la comparativa con la pista sin geosintético. Encontrándose ventajas en los tramos con

geogrilla, obteniéndose mayor respuesta sobre la capa de menos espesor, y con el suelo menos húmedo.

Palabras clave: Geosintéticos, paquete estructural del pavimento, deflectómetro, LWD

1. Introducción.

Los pavimentos flexibles están conformados por una carpeta

asfáltica, apoyada generalmente sobre capas no rígidas

denominadas bases y sub-bases (Figura 1).

Las capas de bases y subbases tienen un espesor mínimo de

30 cm, resistiendo las cargas que el tránsito transmite,

distribuyendo estas al cuerpo del terraplén. Las bases y sub

bases forman parte de las estructuras del pavimento, estas se

construyen sobre la capa subrasante y se constituyen por

material graduado que puede ser mejorado con cal, cemento.

Figura 1. Esquema de paquete estructural

Los geotextiles (Figura 2) son materiales que forman parte

de los geosintéticos, en términos globales se utilizan para

mejorar y hacer posible la ejecución de ciertos proyectos de

construcción de ingeniería civil y geotécnica. Este material

busca dar soluciones de separación, drenaje en suelos,

refuerzo y filtración. La mayoría de los geotextiles están

fabricados con fibras, filamentos o hilos en base a polímeros

de polipropileno.

Figura 2. Geotextil No Tejido

Las geogrillas (Figura 3) están especialmente diseñadas para

la estabilización y refuerzo del suelo. Están producidas por

un método de extrusión y posteriormente estirada de forma

bi-axial para incrementar sus características a la tracción,




68

además tienen un elevado módulo y una óptima resistencia a

los daños por construcción durante la instalación.

Figura 3. Geogrilla o Geomalla

Cuando a estos materiales se los coloca en capas granulares

o suelos finos, se busca que cumplan con las siguientes

funciones:

SEPARACIÓN: La función de separación se refiere a la

separación de dos suelos diferentes. La responsabilidad

primaria del geosintético es prevenir el entremezclado de los

dos suelos durante la vida de diseño de la estructura. Los

geotextiles son comúnmente usados para esta función

cuando se construyen debajo de una sección de pavimento

del camino.

DRENAJE: los líquidos son transportados dentro del plano

del geosintético. El fluido entra al compuesto a través del

geotextil y es llevado en los canales del núcleo a un punto

deseado en la aplicación.

REFUERZO: en la función de refuerzo, el geotextil está

sometido a una carga de tensión sostenida o una carga de

tensión no sostenida. Los materiales de suelo y rocas se

destacan por su característica de soportar fuerzas de

compresión y su baja capacidad relativa de soportar fuerzas

de tracción. Es por ello que el geosintético, en este caso la

geogrilla, trabaja por tracción.

En el presente trabajo se estudia el módulo resiliente en

campo, el cual determina cuanto puede resistir un suelo,

mediante la aplicación de cargas sobre el mismo; estás

cargas generan deformación elástica (recuperable) y plástica

(permanente). El módulo resiliente evalúa la deformación

permanente, determinando la deformación final puede llegar

a tener el suelo.

Uno de los instrumentos que permiten la obtención de los

módulos resilientes en campo, sobre una traza existente, son

los deflectómetros de impacto. Un deflectómetro de impacto

es un equipo que mide las deformaciones verticales

generadas por una carga de impacto aplicada sobre una

superficie especifica. El equipo utilizado en este trabajo es

un LWD capaz de aplicar una carga de 10 kg y 15 kg

distribuida sobre un plato de carga de 30 cm de diámetro,

midiendo la deformación vertical producida (Figura 4).

Figura 4. Equipo LWD del LEMaC

El presente trabajo analiza el mecanismo resistente de las

capas cuando se utiliza una geogrilla y un geotextil no

tejido, comparándolos con una zona de referencia que no

considera geosintético.

2. Metodología.

Se inicia el estudio sobre una pista de ensayo donde se

realiza la apertura de caja; mediante retroexcavadora

(Figura 5), en 15 metros de longitud, por 2 metros de ancho

y 0.40 metros de profundidad.

Figura 5. Apertura de caja

La pista se divide en tres tramos, cada uno de 5 metros de

longitud. Se determina las densidades mediante densímetro

nuclear marca Troxler 3440 (Figura 6).


69

Figura 6. Determinación de densidades y humedad

Sobre la subrasante en cada tramo. Previo a ensayar con el

LWD se coloca arena para regularizar la superficie, donde se

asentará la placa de carga (Figura 7). Se ensaya con el LWD

en las proximidades de la determinación de las densidades,

con diferente carga de 10 kg y 15 kg respectivamente.

Figura 7. Asentamiento del plato de carga

Luego de ejecutar los ensayos sobre la subrasante se procede

a colocar los geosintéticos de dimensiones 1.5 x 1.5 metros

sobre la misma en los tres tramos de la pista, dejando un

sector sin colocar ningún material para tomarlo como

referencia (Figura 8).

Luego se procede a colocar suelo seleccionado en todos los

tramos (Figura 9), colocando distintos espesores de capa, es

decir, el tramo 3 posee una capa de 10 cm, el tramo 2 una

capa de 15 cm, y el tramo 1 una capa de 20 cm. Se compacta

con rodillo de uso manual (Figura 10), obteniendo una

superficie regular. Por último, se realiza nuevamente el

ensayo LWD y se determinan las densidades en los mismos

puntos previos, sobre la superficie compactada de suelo

seleccionado. El ensayo se realizó en dos instancias

diferentes en el tiempo, sobre superficie del suelo húmedo y

superficie del suelo seca.

Figura 8. Colocación de los materiales geosintéticos

Figura 9. Colocación suelo seleccionado

Figura 10 Compactación con rodillo

Luego de los ensayos de campo se realizaron los siguientes

cálculos en gabinete, según la propuesta del LEMaC.

70

Paso 1: se corrigen las lecturas obtenidas con LWD a las

obtenibles con un deflectómetro de impacto de referencia

(FWD), utilizando las siguientes expresiones en función de

la masa utilizada.

Mr calc = A.Mr lwd

d0 calc = B. d0 lwd

A; B = coeficientes de correlación (se tomó 1).

Paso 2: se dio un valor en forma iterativa al módulo

combinado de las distintas capas de la estructura del paquete

estructural (Ep) hasta equilibrar con la deflexión del FWD

(d0fwd) mediante la siguiente ecuación.

Donde:

a = radio del plato de carga = 15cm

p = presión del contacto de referencia (40 KN) = 1,13 MPa

Paso 3: se efectuó el cálculo del SNef mediante la siguiente

expresión.

SNef = 0,0024.D.(Ep.1000)1/3

Donde:

D = espesor total desde subrasante hasta superficie de

pavimento (cm)

Ep = módulo combinado (Mpa).

2. 1. Resultados

Tabla 1, resultados de LWD sobre la subrasante.

Tramo 3

Capa Peso (Kg) Mr (MPa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef

Sobre Subrasante 10 5.5 4.1 4.57 -8.720 3.60 3.66

15 5.8 5.8 6.16 -2.77 3.28 3.55

Tramo 2


Sobre Subrasante 10 5 4.4 4.18 -10.90 3.58 3.66

15 5.2 6.5 5.58 -4.52 3.26 3.55

Tramo 1


Sobre Subrasante 10 5.5 4.1 4.57 -8.81 3.60 3.66

15 5.7 5.9 6.07 -3.12 3.27 3.56

Nota: Los resultados de Mr y do sobre la resultante son similares en los tres tramos

Segunda etapa.

Tabla 2. Resultados de LWD (suelo seco)

Tramo 3

Capa Peso (Kg) Mr (Mpa) do (cm) Mrfwd d0fwd Ep (fórmula) SNef

sin GST 10 6.0 3.7 4.96 -6.85 3.61 3.67

15 8.4 4.0 8.55 0.90 3.31 3.56

con GTX 10 13.5 2.5 10.14 -1.16 3.71 3.70

15 12.0 2.8 11.48 2.49 3.35 3.56

con GR 10 17.4 1.3 12.39 2.35 3.73 3.71

15 15.1 2.2 13.66 2.94 3.34 3.58

DS = 1.72; H= 33.3%

Tramo 2


sin GST 10 6.7 3.3 5.49 -4.80 3.63 3.67

15 7.5 4.5 7.75 0.06 3.30 3.56


71

con GTX 10 12.0 1.9 9.19 1.02 3.69 3.70

15 10.9 3.1 10.64 2.19 3.34 3.56

con GR 10 11.7 1.9 9.0 0.86 3.69 3.70

15 12.0 2.8 11.48 2.49 3.35 3.56

DS = 1.78; H = 34.4%

Tramo 1


sin GST 10 7.3 3.1 5.94 -3.66 3.65 3.67

15 8.0 4.2 8.20 0.51 8.25 2.13

con GTX 10 11.3 2.0 8.74 0.65 3.70 3.69

15 11.2 3.0 10.87 2.26 3.34 3.60

con GR 10 12.0 1.9 9.19 1.03 3.69 3.70

15 12.0 2.8 11.48 2.48 3.35 3.56

DS =1,69; H = 27,3 %

Promedio segunda etapa


sin GST 10 6.7 3.4 5.46 -5.10 3.63 3.67

15 8.0 4.2 8.17 0.49 4.95 3.08

con GTX 10 12.3 2.1 9.36 0.18 3.70 3.70

15 11.4 3.0 11.00 2.31 3.34 3.57

10 13.7 1.7 10.19 1.41 3.70 3.70

con GR 10 13.0 2.6 12.21 2.64 3.35 3.57

DS = 1,73; H = 31,7%

Tercera etapa. Tabla 3, resultados de LWD (suelo húmedo)

Tramo 3


sin GST 10 9.2 2.4 7.31 -0.88 3.66 3.69

15 8.3 4.0 8.47 0.83 3.31 3.57

con GTX 10 10.1 2.2 7.93 -0.08 3.67 3.69

15 10.0 3.3 9.91 1.84 3.33 3.56

con GR 10 11.7 1.9 9.00 0.87 3.70 3.70

15 11.8 2.8 11.33 2.45 3.30 3.56

DS = 1.20; H = 49.2

Tramo 2


sin GST 10 6.4 3.5 5.26 -5.70 3.62 3.67

15 6.6 5.1 6.92 -1.18 3.29 3.56

con GTX 10 6.4 3.5 5.26 -5.52 3.61 3.68

15 6.7 5.0 7.02 -1.00 3.29 3.56

con GR 10 8.0 2.8 6.45 -2.30 4.4 3.92

72

15 8.6 4.0 8.73 0.99 3.7 3.71

DS = 1,21; H=46,9%

Tramo 1


sin GST 10 6.3 3.6 5.19 -5.98 3.62 3.67

15 6.3 5.3 6.64 -1.74 3.28 3.56

con GTX 10 7.7 2.9 6.23 -2.77 3.64 3.69

15 7.5 4.5 7.76 -0.03 3.30 3.56

con GR 10 8.7 2.6 6.95 2.56 4.20 3.86

15 9.3 3.6 9.33 3.62 3.60 3.67

DS = 1,12; H = 53,7%

Promedio tercer etapa


sin GST 10 7.3 3.2 5.92 -4.19 3.63 3.68

15 7.1 4.8 7.34 -0.70 3.29 3.56

con GTX 10 8.1 2.9 6.47 -2.79 3.64 3.69

15 8.1 4.3 8.23 0.27 3.31 3.77

con GR 10 9.5 2.4 7.47 0.38 4.1 3.83

15 9.9 3.5 9.80 2.36 3.7 3.65

Ds =1.18; H = 49.93%

3. Análisis y conclusiones

A menor humedad del suelo se evidencia un incremento del

Mr con menor deformación, para los diferentes tramos.

El mejor resultado del Mr, en promedio, se alcanzó sobre el

tramo donde se colocó geogrilla y una capa de 10 cm sobre

el mismo, obteniéndose un incremento de Mr del 50% y la

mitad de deformación que el sistema de referencia. Mientras

que para el tramo con geotextil no tejido se obtuvo in

incremento de Mr del 46% y una deformación menor que la

referencia.

Podemos concluir que la incorporación de un material

geosintético ayuda efectivamente a incrementar la respuesta

de un paquete estructural de acuerdo a los resultados

logrados en campo y correlacionados en gabinete,

obteniéndose un valor de aporte estructural (SN) mayor para

el caso de la geogrilla.

4. Referencias.

1. LEMaC. “Guía de metodologías y procedimientos para

uso vial desarrollados en el LEMaC - Centro de

Investigaciones Viales (edición 2016)”, Editorial

edUTecNe (ISBN 978-987-1896-51-6), UTN Facultad

Regional La Plata. 2016.

2. Julián Rivera, et al. Empleo del Light Weight

Deflectometer para establecer el Número estructural

efectivo en vías a ser pavimentadas. Revista

Construyendo caminos. Año 3. Edición n°11. 2011.

3. Julián Rivera, et al. Diseño de pavimentos urbanos por

retro cálculo según guía AASHTO 93 mediante la

utilización del deflectómetro liviano de impacto.

Revista Universidad Costa Rica ISSN 1409-4045.2010.


73

PRIMERAS EXPERIENCIAS A FATIGA SOBRE MEZCLA ASFÁLTICA,

IMPLEMENTANDO ENSAYO DE LA SEMI PROBETA

Becario/s; Juan Francisco Tidoni Díaz

LEMaC, Centro de Investigaciones Viales. UTN FRLP, Av. 60 y 124, La Plata,

Buenos Aires, Argentina. [email protected]

Director/res; Dr. Ing. Delbono Héctor Luis

LEMaC, Centro de Investigaciones Viales. UTN FRLP, Av. 60 y 124, La Plata,

Buenos Aires, Argentina. [email protected]

Área: Tecnología de los Pavimentos Flexibles PID Asociado: “Utilización de polímeros con modificadores de

cementos asfálticos y su incidencia en el desempeño de mezclas asfálticas densas y semi densas. Código: IFILP4366

Resumen

La fisuración de los pavimentos asfálticos es una de las causas más frecuentes de deterioro. Debido a las características

reológicas de las mezclas asfálticas, su comportamiento a la fisuración es complejo de analizar, ya que el material se comporta

de manera diferente frente a las solicitaciones climáticas y el tránsito.

El presente trabajo de investigación tiene por objetivo determinar la resistencia a fatiga de una mezcla asfáltica convencional del

tipo CAC D19, a través de la implementación del ensayo SCB (Viga Semicircular Simplemente Apoyada)

Se logró desarrollar el método, mediante la compactación de la probeta con el compactador giratorio de YPF, obteniéndose los

primeros resultados, los cuales se encuentran dentro de los rangos esperados, quedando a futuro ensayar más probetas para

poder realizar un análisis más profundo y con diferentes mezclas asfálticas.

Palabras clave: Mezcla asfáltica, Ensayo SCB, Resistencia a fatiga. Energía de fractura

1. Introducción

Las mezclas asfálticas están compuestas por la unión de

agregados pétreos (gruesos y finos) y un ligante asfaltico.

Los daños en las mezclas asfálticas son variables y sus

causas son especialmente por el flujo vehicular y

condiciones medioambientales (temperatura, humedad,

rayos UV, precipitaciones), las cuales aceleran el deterioro

de la estructura del pavimento.

Ante estos problemas, se implementó en el LEMaC, el

ensayo SCB (Semi Circular Bending), un ensayo de

procedimiento rápido y confiable, cuyo objetivo principal es

medir la energía de fractura a baja temperatura y la

tenacidad de la mezcla asfáltica.

2. Metodología

Se comienza con la fabricación de una probeta, de

dimensiones 150mmØ y 115 +/- 5mm de altura.

La probeta es compactada, con un compactador giratorio,

bajo las siguientes condiciones de moldeo:

Presión de compactación durante los primeros 5

giros: 600Kpa +/- 60Kpa

Nº de giros: 95

Presión compactación después de los primeros 5

giros: 600Kpa +/- 18Kpa

Cantidad de mezcla 4500g

Velocidad de base giratoria: V:30 +/- 0.5 RPM

Temperatura de moldeo (Compactación: 145ºC)

(Mezclado: 155ºC)

2.1 Materiales

2.1.1 Obtención de la Mezcla

La mezcla se fabricó empleando áridos de la cantera Piatti, y

asfalto del tipo CA-20 proporcionado por YPF. La

dosificación se presenta en la Tabla 1.

Tabla 1

2.2 Moldeo de la Probeta

Materiales Dosificación

Total (%) Peso total de la dosificación (g)

MATERIAL 1 06:20 30,56 1528,00

MATERIAL 2 00:06 53,48 2674,00

MATERIAL 3 CAL 2,20 109,83

MATERIAL 4 06:12 9,26 463,18

ASFALTO CA-20 4,50 225,00

Totales en % 100 5000

Foto 4cm x 4cm



74

Para la obtención de la probeta se utilizó el compactador

giratorio de YPF (Figura 1), bajo la normativa AASHTO

T312-ASTM D 6925.

Figura 1. Compactador Giratorio de YPF

Esto requiere una cantidad aproximadamente de 4800g,

respetando la condición de moldeo expresadas

anteriormente.

Una vez obtenida la probeta de 150mmØ y de 115mm +/-

5mm de altura, se procedió a cortar en el centro, obteniendo

una probeta de 25mm o 50mm (+/- 2mm), por un diámetro

de 150mm. Luego se cortó al centro de la probeta,

obteniendo 2 partes iguales, (Figura

2).

Figura 2. Obtención de la probeta central

En su cara plana, se realizó una entalladura de unos 5mm en

la mitad de la semi probeta, cuyo objetivo es inducir el plano

de falla durante el ensayo.

2.3 Ejecución de ensayo

Se acondiciona la probeta previamente a 20ºC durante 2Hs.

Se coloca la probeta centrada y simplemente apoyada sobre

una estructura diseñada que consiste en 2 rodillos, cubiertos

con un material reductor de fricción, separados una distancia

de 120 mm (Igual al 80% de la longitud del diámetro)

(Figura 3).

Figura 3. Probeta a ser ensayada

Se ejecuta el ensayo, aplicando una fuerza constante en el

centro de la luz de la muestra, a una velocidad de

0.05 mm/min , y a una temperatura establecida de 20ºC,

hasta llegar a falla.

Se determina como una prueba valida, si la grieta termina

en una zona +/- 15mm (= 10% del diámetro de la probeta),

desde el centro de la franja de carga. Si la grieta termina

fuera de esta área, se debe ensayar una probeta extra,

(Figura 4).

Figura 4. Aceptación del ensayo

Dónde:

1. Ensayo rechazado

2. Área de aprobación

3. Ensayo aprobado.

En nuestro caso, los resultado fueron válidos (Figura 5 y

Figura 6), por lo que podemos establecer una curva de

Carga-Desplazamiento, registrado por un software, del cual

obtenemos una Carga Máxima y el Desplazamiento a Carga

Máxima, variables para estudiar el comportamiento de la

mezcla asfáltica ensayada.


75

Figura 5. Probeta 1

Figura 6. Probeta 2

2.4 Parámetros a estudiar

2.4.1 Tenacidad de Fractura

Se define como la energía disipada en el proceso de

ablandamiento, multiplicado por un factor de fragilidad

(Corresponde al desplazamiento realizado desde la Carga

máxima, hasta que la carga desciende a la mitad de su valor

máximo).

Este índice tiene como finalidad, ver la capacidad de la

mezcla de mantener unidos sus componentes una vez que ha

alcanzo su resistencia máxima. Se calcula de la siguiente

manera:

Dónde:

It: Índice de tenacidad (adimensional)

Wd: Trabajo realizado en el proceso de fisuración,

área bajo la curva carga-desplazamiento (kN-mm)

WF: Trabajo hasta la carga máxima (kN-mm)

∆Fmax: Desplazamiento a F max (mm).

∆mdp: Desplazamiento a F max post pico (mm)

h: Espesor de la probeta (mm)

l : Ancho de la probeta (mm)

2.4.2 Energía de Fractura

La energía de fractura se calcula dividiendo el trabajo de

fractura (área bajo la curva vs. curva de desplazamiento de

carga), por el ligamento (el producto de la longitud del

ligamento y el grosor de la muestra) de la muestra SCB

antes de la prueba.

Donde:

Gf: Energía de Fractura (J/m

2)

Wf: Trabajo de Fractura (J)

Alig: Área del ligamento (m2)

2.4.3 Trabajo de Fractura

El trabajo de fractura se calcula como el área bajo la curva

de carga vs. Desplazamiento de la línea de carga (P-u). El

trabajo se detiene cuando la carga cae por debajo de 0.5KN.

El trabajo total de la fractura Wf, se calcula como la suma

del área bajo la curva P-u obtenida experimentalmente (W)

y el área bajo la cola extrapolada de la curva (Cola W)

Figura 7. Trabajo de fractura

3. Discusión y Resultados

Se obtuvieron los resultados de carga y deformación

mediante software de ensayo, las curvas se presentan en la

Figura 8, luego se realizaron los cálculos de energía

disipada y tenacidad de fractura, determinándose el índice

de tenacidad como se presenta en la Tabla 2.

Fuerza

Max.

Def. a

Fmax

Energia a

Fmax

Indice de

tenacidad

Energia

Disipada

Tabajo

Disipado

(N) (mm) (N.mm) (It) (J/m2) (Kn.mm)

1 3141,2 1,6 3065,3 0,082 0,423 4822,89

2 2799,7 2,0 2945,3 0,055 0,439 4402,46

Probeta

Tabla 2. Resultados

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Figura 8.Curvas obtenidas del software de ensayo

4. Análisis y conclusiones

Se logró moldear la probeta, la cual requiere un

equipamiento especial para su posterior ensayo según la

normativa y obtener las primeras experiencias en la

ejecución del ensayo SCB.

Se presenta la implementación de un ensayo práctico para

determinar la resistencia a la fisuración de mezclas

asfálticas, a través del cálculo de la energía disipada en el

proceso de fisuración.

El ensayo puede aplicarse sobre probetas moldeadas en

laboratorio u obtenidas sobre testigos.

Debido a los pocos resultados no puede establecerse una

conclusión sobre los valores alcanzados. Queda a futuro

ensayar diferentes tipos de mezclas a diferentes

temperaturas y comparar entre ambas los resultados

obtenidos.

5. Referencias

Gabriel Nsengiyumva. Development of Semi-

Circular Bending (SCB). Tesis para optar el titulo

de ingeniero. Año 2015.

Bituminous mixtures- Test methods for hot mix

asphalt (BS EN 12697-44:2010)

Método AASHTO. Determining the fracture energy

of asphalt mixtures using the Semi Circular Ben

geometry (SCB). Suministrado como ejemplo

solamente.

Luis Alberto Paredes Chérrez, et al.

Comportamiento de mesclas asfálticas densas a

partir del ensayo de viga semicircular simplemente

apoyada. Año 2013.

Li X., Braham A., Marasteanu M., Buttlar W. and

Williams R. (2008). Effect of Factors Affecting

Fracture. Energy of Asphalt Concrete at Low

Temperature. Third EATA conference 2008,

European Asphalt Technology Association, 397-

416.

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