Impacto en las propiedades de una mezcla asfáltica

Impacto de las condiciones experimentales en las propiedades de una mezcla asfáltica

1. Propiedades

Las propiedades de un material son aquellas intrínsecas a su naturaleza e independientes de las condiciones experimentales que se utilizan para su determinación.

En los materiales asfálticos, las propiedades mecánicas fundamentales varían en función de la temperatura y la velocidad de aplicación de la carga debido a su comportamiento viscoelástico.

La importancia de determinar estas propiedades de forma experimental, radica en que estas son necesarias para comprender su comportamiento y para estimar su desempeño en campo.

En otras palabras, las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas constituyen parámetros de entrada en procesos de diseño de pavimentos flexibles.

Pues permiten estimar el desempeño en campo del material (e.g., fatiga y ahuellamiento), mediante la aplicación de modelos mecánico-empíricos.

Dependiendo de la propiedad del material que se quiere estudiar, los métodos experimentales emplean condiciones distintas, tales como:

• La forma de aplicación de carga.
• La configuración geométrica de la muestra.
• La forma de medición de la respuesta del material, etc.

– Ejemplo

Por ejemplo, la flexibilidad del material o creep compliance se puede determinar aplicando el método de tensión indirecta o el reómetro para flexión de vigas.

Los cuales, aunque involucran configuraciones de carga y geometría del espécimen distintos, emplean teoría de la mecánica básica para comprender el comportamiento del material.

2. Análisis

Ahora bien, la finalidad de este artículo es presentar un análisis sobre la influencia que tienen la forma geométrica del espécimen y la longitud de medición de la respuesta (i.e., deformación) de la muestra de ensayo, sobre las propiedades viscoelásticas lineales de una mezcla asfáltica en el dominio de la frecuencia.

Para cumplir con este objetivo, el estudio consistió:

• En determinar el módulo dinámico de la mezcla, empleando dos tipos de configuraciones geometrías para el espécimen de ensayo (i.e., cilíndrica maciza y cilíndrica hueca), y dos longitudes diferentes de ubicación de los extensómetros para medir la deformación del material (i.e., 25 mm y 100 mm).

Con el propósito de especificar el efecto que tienen la geometría del espécimen y la longitud de medición de la respuesta del material, sobre las propiedades fundamentales de una mezcla asfáltica.

Se determinó su módulo dinámico (i.e., relación entre la amplitud del esfuerzo aplicado y la deformación experimental del material bajo carga axial cíclica), sobre dos cuerpos de prueba con configuración geométrica diferente y dos longitudes de medición en la zona de respuesta del material.

3. Características

Las características de la mezcla asfáltica utilizada y el procedimiento experimental empleado en esta investigación se describen a continuación.

– Desarrollo

Para el desarrollo de esta investigación se seleccionó:

• Una mezcla asfáltica con una curva granulométrica, que cumpliera con las especificaciones Superpave de una mezcla asfáltica con tamaño máximo nominal de agregados (NMAS) de 12.5mm.

Y con los requerimientos de una mezcla MDC-2 según la normatividad colombiana establecida por el Instituto Nacional de Vías (INVIAS).

El ligante asfáltico seleccionado tiene una penetración 60-70 (1/10 mm) y proviene de la refinería colombiana de Barrancabermeja.

El contenido óptimo de asfalto se determinó a través de la metodología Superpave para una mezcla con 4 % de vacíos. Como resultado se obtuvo un contenido de asfalto de 5.89 % en peso total de la mezcla.

El módulo dinámico en las muestras asfálticas se determinó empleando el equipo universal de ensayos (MTS Criterion®).

A través de este equipo de laboratorio se aplicó un esfuerzo dinámico de compresión con una magnitud de 191 kPa, sobre los diferentes especímenes de mezcla asfáltica bajo tres condiciones de frecuencia (1, 4 y 10 Hz) y tres valores de temperatura (5, 25 y 40 °C).

La respuesta del material fue medida mediante el uso de dos extensómetros (i.e., instrumento para la medición de las deformaciones de un material) ubicados sobre la muestra.

Como se mencionó con anterioridad, dos valores de la longitud de los extensómetros fueron empleados en los ensayos, con el objetivo de medir el impacto de esta variable en la determinación del módulo del material.

El acondicionamiento térmico de los especímenes se llevó acabo utilizando la cámara de temperatura del equipo, en donde las muestras permanecieron por un tiempo de 24 horas antes de ser ensayadas.

– Resultados

Los resultados de este estudio muestran:

• Que tanto la configuración geométrica del espécimen, como la longitud de los extensómetros empleados para medir la respuesta del material impactan la magnitud del módulo dinámico de la mezcla asfáltica.

Siendo la geometría de los especímenes el parámetro que afecta en mayor medida la magnitud de esta propiedad.

Este efecto se hace aún más notorio con el incremento en la temperatura del ensayo.

Ya que a 40°C esta variación puede alcanzar un valor del 25.7 %.

• En términos de la longitud de los extensómetros:

Fue más significativo el impacto que esta variación provocó en el módulo dinámico de la mezcla asfáltica con geometría cilíndrica hueca.

Dado que bajo estas condiciones la diferencia de esta propiedad en función de la frecuencia pasó de 23.4 % a 7.2 % entre 1Hz y 10 Hz.

En comparación con diferencias de 4.1 % y 7.2 % para las mismas frecuencias obtenidas en los especímenes sólidos.

Además, se puede concluir que entre las dos variables analizadas:

• La configuración geométrica de los especímenes, es el parámetro que afecta de forma más significativa la magnitud del módulo dinámico de la mezcla asfáltica,

En contraste con la longitud de los extensómetros.

Efectivamente, la geometría del espécimen puede generar diferencias en el módulo dinámico de la mezcla asfáltica de hasta el 26 %.

En comparación con una máxima variación del 8.4 % debido al cambio en la longitud de los extensómetros empleados en la medición de la deformación de las muestras de ensayo.

Autor: Eduardo Rueda docente del Master Pavimentos flexibles, rígidos y reciclado de firmes