Mechanical and dynamic behavior of modified open mixtures

Autor: Peña Mejía, Nataly del Pilar
Přispěvatelé: Reyes Ortíz, Oscar Javier, ALVAREZ, ALLEX
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2018
Předmět:
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Popis: Son múltiples los factores que influyen en el diseño, construcción y mantenimiento de una carretera en Colombia. La ubicación geográfica del país entre el macizo andino, la costa Caribe y zona selvática, así como las condiciones geotécnicas del terreno, su inclinación o pendiente y los materiales utilizados se suman a las cambiantes condiciones del clima en esta región del continente, afectado no sólo por el calentamiento global sino por fenómenos localizados como ‘El niño’ o ‘La niña’; los cuales, a su vez, tienen implicaciones tanto en la frecuencia y volumen de las lluvias como en la funcionalidad y vulnerabilidad económica de las vías. En las zonas tropicales la intensidad de precipitación en diferentes épocas del año es elevada, lo cual genera fuertes escorrentías superficiales, empozamientos de agua, inseguridad vial y deterioro de los pavimentos. Dichos fenómenos pueden ser contrarrestados con el uso de mezclas drenantes y microaglomerados como capa de rodadura de los pavimentos. Así mismo, las características primordiales que se examinan en el comportamiento de los pavimentos durante su vida útil son la resistencia, seguridad y confort. Estas cualidades se adquieren con un adecuado diseño, materiales de calidad y sistemas constructivos eficientes e innovadores. El mejoramiento de estas cualidades se debe apoyar con la construcción de obras que garanticen la durabilidad de la estructura. En un país como Colombia, la durabilidad de las estructuras se encuentra directamente relacionada con su respuesta a cambios climáticos repentinos. Cuando las intensidades de las lluvias son permanentes, y no se alcanzan a evacuar rápida y correctamente sus escorrentías, estructuras viales empiezan a presentar daños permanentes. De otra parte, la presencia de agua sobre el pavimento dificulta el contacto del neumático con la superficie del pavimento, generando un riesgo alto de accidentalidad para los usuarios de la vía. A partir de estas razones, surge la idea de usar mezclas drenantes y microaglomerados como solución. Las mezclas asfálticas drenantes y microaglomerados permiten una filtración rápida y constante del agua de lluvia y la conducen hacia elementos adicionales de drenaje, evitando su presencia en la superficie de la capa de rodadura, incluso bajo precipitaciones intensas y prolongadas. La evaluación del comportamiento mecánico y dinámico de estás, es entonces, de vital importancia, puesto que su uso lograría contrarrestar en gran medida los problemas mencionados anteriormente. Sin embargo, la resistencia de dichas mezclas asfálticas es baja para las solicitudes de transito de vías de gran importancia. Por ello, la adición de fibras y diferentes tipos de asfalto permite plantear un mayor uso y contrarrestar las debilidades aumentando su resistencia, durabilidad, adhesividad, manejabilidad y estabilidad. Este trabajo de grado tuvo como finalidad la evaluación de mezclas drenantes y microaglomerados a partir del desarrollo de ensayos de laboratorio tales como permeabilidad de cabeza constante, Módulo Resiliente, viga semicircular simplemente apoyada (SCB), Fénix y Curva de Estado (UCL). Los resultados permitieron establecer que la adición de fibras no genera pérdida de permeabilidad en la mezcla, pero aumentan su resistencia entre un 8% y 12% en el ensayo de Módulo Resiliente. Igualmente puede concluirse que el aporte estructural de una mezcla abierta puede variar entre una tercera parte de la resistencia de una mezcla cerrada, cuando se le agregan fibras y una cuarta parte cuando no se hacen modificaciones en la mezcla. 14 Adicionalmente, la totalidad de las mezclas cumple con una resistencia conservada mayor al 80%, pero se incrementa cuando tiene una adición de fibras sintéticas. Por otro lado, la metodología UCL, permite concluir que las fibras generan un menor desgaste en las muestras (alrededor del 3%) lo cual representa un aumento en su cohesión y adhesión indirecta, puesto que crean una estructura tridimensional con el agregado que evita el deshilachado de la mezcla. Finalmente se logró valorar la pertinencia del ensayo SCB y el procedimiento Fénix, para evaluar el comportamiento de mezclas abiertas, sus resultados concuerdan con los obtenidos en los ensayos UCL y Módulo Resiliente, ratificando el mejoramiento del rendimiento de las mezclas al adicionar fibras, sin generar pérdidas de funcionalidad respecto a su permeabilidad. Capítulo 1 Introducción.........................................................................................17 1.1 Planteamiento del problema ........................................................................................... 19 1.2 Justificación.................................................................................................................... 20 1.3 Objetivos ........................................................................................................................ 20 1.3.1 Objetivo General................................................................................................21 1.3.2 Objetivos específicos.........................................................................................21 1.4 Presentación del documento........................................................................................... 21 Capítulo 2 Marco Teórico......................................................................................23 2.1. Mezclas drenantes.......................................................................................................... 23 2.2. Microaglomerados.......................................................................................................... 24 2.4. Módulo resiliente............................................................................................................ 26 2.5. Resistencia a la tracción indirecta .................................................................................. 29 2.6. Procedimiento Fénix ...................................................................................................... 31 2.7. Ensayo de Viga Semicircular Simplemente Apoyada (SCB) ........................................ 32 2.8. Método Universal de Caracterización de Ligantes (Método UCL) ............................... 33 Capítulo 3 Antecedentes ........................................................................................36 3.1. Mezclas drenantes y microaglomerados ............................................................................ 36 3.2. Desempeño de mezclas porosas con fibras celulósicas.................................................. 44 3.3. Desempeño de mezclas porosas con fibras híbridas y nano-sílices............................... 45 3.4. Evaluación de la durabilidad y el rendimiento funcional del poliuretano en un pavimento poroso47 3.5. Optimización de la composición y el proceso de mezcla de un asfalto poroso autorreparable............................................................................................................................ 50 3.6. Efectos estabilizadores y reforzantes de diferentes fibras sobre el rendimiento de pavimentos ................................................................................................................................ 51 3.7. El asfalto y su posible influencia en el daño por humedad en una mezcla asfáltica porosa 53 3.8. Mejora del rendimiento del pavimento de asfalto poroso usando barro rojo como filler 55 Capítulo 4 Marco Metodológico............................................................................57 4.1. Curvas Granulométricas................................................................................................. 57 4.2. Materiales....................................................................................................................... 60 4.2.1. Agregado pétreo para mezclas asfálticas...........................................................60 4.2.2. Asfaltos..............................................................................................................61 4.2.3. Fibras sintéticas.................................................................................................68 4.3. Determinación de la gravedad máxima teórica Gmm.................................................... 68 4.4. Elaboración de mezclas drenantes y microaglomerados................................................ 69 4.4.1. Preparación de la mezcla asfáltica.....................................................................69 4.5. Permeabilidad de las mezclas......................................................................................... 70 4.6. Ensayos mecánicos y dinámicos.................................................................................... 72 vii 4.6.1. Susceptibilidad al daño por humedad................................................................72 4.6.2. Método de caracterización de ligantes - UCL ...................................................73 4.6.3. Módulo resiliente...............................................................................................74 4.6.4. Ensayo Fénix y SCB..........................................................................................74 Capítulo 5 Análisis de Resultados.........................................................................77 5.1. Determinación % óptimo de asfalto de las mezclas drenantes y microaglomerados..... 77 5.2. Determinación del porcentaje de vacíos......................................................................... 78 5.3. Permeabilidad................................................................................................................. 81 5.4. Susceptibilidad al daño por húmedad............................................................................. 83 5.5. Procedimiento UCL........................................................................................................ 87 5.6. Módulo resiliente............................................................................................................ 93 5.7. Ensayo SCB.................................................................................................................... 97 5.8. Procedimiento Fénix ...................................................................................................... 99 Capítulo 6 Conclusiones y Recomendaciones....................................................102 Bibliografía........................................................................................................................105 There are multiple factors that influence the design, construction and maintenance of a road in Colombia. The geographical location of the country between the Andean massif, the Caribbean coast and the jungle zone, as well as the Geotechnical conditions of the terrain, its slope or slope and the materials used add to the changing climate conditions in this region of the continent, affected not only by global warming and by local phenomena such as 'El Niño' or 'La Niña'; which, in turn, have implications in the frequency and volume of rainfall as well as in the functionality and economics. In a country like Colombia, the duration of the structures is directly related to their response to sudden climatic changes. When the intensities of the rains are permanent, a rapid and correct evacuation of their runoff, road structures and permanent damage can not be achieved. On the other hand, the presence of water on the pavement makes the contact of the tire with the surface of the pavement difficult, generating a high risk of accidents for road users. For these reasons, the idea of using porous mixtures as a solution emerges. Porous pavements allow rapid and constant detection of rainwater and conductivity towards additional drainage elements, avoiding their presence on the surface of the tread, even under intense and prolonged rainfall. The evaluation of the mechanical and dynamic behavior of these, then, is of vital importance, since their use managed to largely counteract the problems previously. However, the resistance of chemical mixtures is low for traffic requests of major roads. Therefore, the addition of fibers and different types of asphalt makes it possible to propose greater use and counteract weaknesses by increasing their strength, durability, adhesiveness, manageability and stability. The purpose of this graduate work was to evaluate porous mixtures from the development of laboratory tests such as constant head permeability, Resilient Module, semi-circular bend Test (SCB), Fénix process and State Curve (UCL). The results allowed to establish that the addition of fibers does not generate loss of permeability in the mixture but increase their resistance between 8% and 12% in the Resilient Module test. It can also be concluded that the structural contribution of an open mixture can vary between a third of the strength of a closed mixture, when fibers are added and a quarter when no modifications are made in the mixture. Additionally, the entire mixture complies with a conservative strength greater than 80% but is increased when it has an addition of synthetic fibers. On the other hand, the UCL methodology allows us to conclude that the fibers generate less wear on the samples (around 3%), which represents an increase in their indirect adhesion, the position that creates a three-dimensional structure with the aggregate that avoids fraying of the mixture. Finally, the relevance of the SCB test and the Fénix procedure was approved to evaluate the behavior of the open tests, the results of the UCL study and the Resilient Module, ratifying the improvement of the performance of the mixtures when adding fibers, without generating loss of functionality with respect to their permeability.
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