Comportamiento mecánico y dinámico de mezclas abiertas modificadas con fibras
Mechanical and dynamic behavior of modified open mixtures
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Citación
Fecha
2018-07-05Autor
Peña Mejía, Nataly del Pilar
Título obtenido
Magister en Ingenieria Civil
Magíster en Ingeniería Civil
Publicador
Universidad Militar Nueva Granada
Palabras claves
; pavimentos - mezclas; fibras textiles sinteticas; permeabilidad de suelos
Metadatos
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Resumen
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.
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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.
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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- Ingeniería Civil [52]