Prologo El presente método de ensayo es una traducción de la norma extranjera AASHTO T 321

14 Pages·2017·1.35 MB·Spanish

METODO DE ENSAYO
No. IT-064
Método de ensayo para determinación de la
(AASHTO T 321-07)
vida a la fatiga de Mezclas Asfálticas en
Rev. 2
Caliente (HMA) sujetas a flexión repetida
Fecha: 20180704

Prologo

El presente método de ensayo es una traducción de la norma extranjera AASHTO T 321-07
Standard Method of Test for Determining the Fatigue life of compacted Hot Mix Asphalt
(HMA) subjected to repeated flexural bending emitida por la American Association of State
Highway and Transportation Officials.

1. Alcance.

1.1 Esta norma proporciona los procedimientos para determinar la vida a la fatiga y la
energía de fatiga de vigas de mezcla asfáltica en caliente (HMA) de 50 mm de
espesor por 63 mm de ancho, cortadas de mezcla asfáltica en caliente compactada
en campo o en el laboratorio y sujetas a flexión hasta la falla.

1.2 Esta norma puede involucrar material riesgoso, Esta norma no contempla todos los
problemas de seguridad. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer
las prácticas de seguridad e higiene y determinar la aplicabilidad o regular
limitaciones previas a su uso.

2. Documentos de referencia.

2.1 Normas AASHTO:
 PP3, Preparación de especímenes de mezcla asfáltica en caliente (HMA) por medio
del compactador de neumáticos
 R11, Indica las cifras significativas que deben considerarse para valores limites
especificados.
 T 2, Muestreo de agregados
 T 40 Muestreo de materiales asfalticos
 T 168, Muestreo de mezclas asfálticas para pavimentación
 T 269 Porcentaje de vacíos de aire en mezclas asfálticas densas y abiertas.

2.2 Normas ASTM.
 D 3202, Preparación de especímenes de vigas de mezcla asfáltica por medio del
compactador california.
 D 3549, Espesor o altura de especímenes de mezcla asfáltica para pavimentación
 D 5361, Muestreo de mezclas asfálticas compactadas para ensayes de laboratorio

3. Terminología.

Página 1 de 13
METODO DE ENSAYO
No. IT-064
Método de ensayo para determinación de la
(AASHTO T 321-07)
vida a la fatiga de Mezclas Asfálticas en
Rev. 2
Caliente (HMA) sujetas a flexión repetida
Fecha: 20180704

3.1 Definiciones:
3.1.1 Punto de falla, la carga cíclica para la cual el espécimen exhibe una reducción
del 50 por ciento en su rigidez relativa con respecto a la rigidez inicial.

4 Importancia y uso

4.1 La vida a la fatiga y la energía de falla determinada por esta norma puede ser usada
para estimar la vida a la fatiga de la mezcla asfáltica de las capas de pavimento bajo
carga de tránsito repetida. El comportamiento de la HMA puede ser predicho más
exactamente cuando estas propiedades son conocidas.

5. Aparatos.

5.1 Sistema de ensayo. El sistema de ensayo debe consistir de un aparato de carga, una
cámara ambiental (opcional) y un sistema de control y adquisición de datos. El sistema
de ensayo debe cumplir los requisitos mínimos especificados en la Tabla 1.

Tabla 1. Requisitos mínimos del sistema de ensayo
Rango: 0 a 5 kN
Control y medición de la carga Resolución: 2N
Exactitud: 5N
Rango: 0 a 5 mm
Control y medición del desplazamiento Resolución: 2 m
Exactitud: 5 m
Rango: 5 a 10 Hz
Control y medición de la frecuencia Resolución: 0.005 Hz
Exactitud: 0.01 Hz
Rango: -10 a 25°C
Control y medición de la temperatura Resolución: 0.25 °C
Exactitud: ±0.5°C

5.1.1 Aparato de carga. El sistema de ensayo debe incluir un componente de carga
controlado por computadora y closed loop el cual, durante cada ciclo de carga
responda a la orden del procesador de datos y el componente de control, ajuste y
aplique una carga de tal manera que el espécimen experimente un nivel constante de
deformación durante cada uno de los ciclos de carga. El aparato de carga debe ser
capaz de (1) proporcionar carga senoidal repetida en un rango de frecuencias de 5 a
10 Hz, (2) sujetar a los especímenes a flexión en cuatro puntos con rotación libre y
traslación horizontal para todas las cargas y puntos de reacción, y (3) forzar al

Página 2 de 13
METODO DE ENSAYO
No. IT-064
Método de ensayo para determinación de la
(AASHTO T 321-07)
vida a la fatiga de Mezclas Asfálticas en
Rev. 2
Caliente (HMA) sujetas a flexión repetida
Fecha: 20180704

espécimen a regresar a su posición original (por ejemplo, deflexión cero) al final de
cada uno de los pulsos de carga (La Figura 1 ilustra las condiciones de carga).

Carga Carga

Espécimen
Espécimen
sujeto
Deflexión
Reacción Reacción
Regreso a su posición
original

Rotación y traslación libre

Figura 1 Características de carga y movimiento del aparato de prueba de fatiga

5.1.2 Cámara ambiental. La cámara ambiental debe encerrar al espécimen completo y
mantener el espécimen a 20 ± 0.5 °C durante el ensayo. No se requiere cámara de
temperatura si la temperatura ambiental puede ser mantenida dentro de los límites
especificados.

5.1.3 Sistema de control y adquisición de datos. Durante cada uno de los ciclos de carga el
sistema de control y adquisición de datos debe ser capaz de medir la deflexión de la
viga, calcular la deformación en el espécimen y ajustar la carga aplicada por el
aparato de carga de tal manera que el espécimen experimente un nivel constante de

Página 3 de 13
METODO DE ENSAYO
No. IT-064
Método de ensayo para determinación de la
(AASHTO T 321-07)
vida a la fatiga de Mezclas Asfálticas en
Rev. 2
Caliente (HMA) sujetas a flexión repetida
Fecha: 20180704

deformación en cada ciclo de carga, además debe ser capaz de registrar los ciclos de
carga, cargas aplicadas y deflexiones de la viga y calcular y registrar el esfuerzo
máximo a tensión, la deformación máxima a tensión, el ángulo de fase, la rigidez, la
energía disipada y la energía disipada acumulada para los intervalos del ciclo de carga
especificado por el usuario.

5.2 Aparatos misceláneos y materiales. Una sierra apropiada para cortar las vigas y un
espaciador para configurar adecuadamente el espaciamiento entre las mordazas. Para
aparatos de carga que requieran un pin pegado para medir la deformación, un tornillo,
una tuerca y un bloque ensamblado para referenciar el LVDT con respecto al eje
neutral del espécimen, y epóxico para pegar el pin al espécimen son requeridos.

6 Riesgos.
6.1 Siga las precauciones de seguridad establecidas en el laboratorio cuando se preparan
y ensayan especímenes de mezcla asfáltica en caliente (HMA).
7. Muestreo y preparación de los especímenes
7.1 Especímenes compactados y mezclados en el laboratorio. Muestree el asfalto de
acuerdo con T 40 y el agregado de acuerdo con T2. Prepare tres réplicas de vigas de
mezcla asfáltica en caliente, de las losas o vigas compactadas de acuerdo con PP3 o
ASTM D 3202.

Nota 1. El tipo de aparato de compactación puede influenciar los resultados del ensayo. Es recomendado cortar la viga de una losa grande
compactada con rodillo vibratorio.

Nota 2.Normalmente los especímenes de prueba son compactados usando un esfuerzo de compactación estándar. Sin embargo, el
esfuerzo de compactación estándar puede no reproducir los vacíos de aire de los especímenes de la carretera medidos de acuerdo
con T 269. Si los especímenes son compactados a un contenido de vacíos especifico, el esfuerzo de compactación a ser usado
debe ser determinado experimentalmente.

7.2 Especímenes de mezcla de planta compactados en el laboratorio. Obtenga muestras
de HMA de acuerdo con T 168. Prepare tres réplicas de vigas de mezcla asfáltica en
caliente, de losas o vigas compactadas de acuerdo con PP 3 o ASTM D 3202 (Ver
notas 1 y 2).

7.3 Especímenes de campo. Obtenga muestras de HMA compactada de la carretera de
acuerdo con ASTM D 5361.

7.4 Corte al menos 6 mm de ambos lados de cada espécimen de ensayo para
proporcionar superficies paralelas para eliminar secciones con vacíos de aire altos en

Página 4 de 13
METODO DE ENSAYO
No. IT-064
Método de ensayo para determinación de la
(AASHTO T 321-07)
vida a la fatiga de Mezclas Asfálticas en
Rev. 2
Caliente (HMA) sujetas a flexión repetida
Fecha: 20180704

la superficie del espécimen. Para aparatos de carga que requieren pegar una tuerca
para medir la deformación, dichas superficies cortadas proporcionan una superficie
lisa para montar los indicadores de medición. La dimensión final requerida, después
del corte, de los especímenes son 380 ± 6 mm de longitud, 50 ± 6 mm de altura y 63 ±
6 mm de ancho.

8. Procedimiento.
8.1 Medición del espécimen. Mida la altura y el ancho del espécimen con una
aproximación de 0.01 mm en tres diferentes puntos a lo largo de la longitud del
espécimen de acuerdo con las secciones aplicables de ASTM D 3549. Determine el
promedio de las tres mediciones para cada una de las dimensiones y registre los
promedios con una aproximación de 0.1 mm.
8.2 Pin pegado con respecto al eje central del espécimen. Localice el centro de un lado
del espécimen. Aplique epóxico en círculo alrededor del punto central y coloque el pin
sobre el epóxico de tal manera que el centro del pin este sobre el punto central. Evite
aplicar epóxico de manera que llene el centro del pin. Permita que el epóxico cure
antes de mover el espécimen (La figura 2 ilustra un pin pegado con respecto al eje
neutral del espécimen).
Pin

Figura 2. Pin pegado con respecto al eje neutral
8.3 Coloque el espécimen en un ambiente el cual sea de 20 ± 0.5 °C durante dos horas
para asegurar que el espécimen está a la misma temperatura antes de comenzar la
prueba.

Página 5 de 13
METODO DE ENSAYO
No. IT-064
Método de ensayo para determinación de la
(AASHTO T 321-07)
vida a la fatiga de Mezclas Asfálticas en
Rev. 2
Caliente (HMA) sujetas a flexión repetida
Fecha: 20180704

8.4 Abra los sujetadores y coloque el espécimen en posición (Figuras 3, 4 y 5). Use el
espaciador para asegurar un espaciamiento apropiado de las mordazas, 119 mm
centro a centro. Cuando el espécimen y las mordazas estén en las posiciones
apropiadas, cierre las mordazas exteriores aplicando presión suficiente para mantener
el espécimen en su lugar. Luego, cierre las mordazas interiores aplicando presión
suficiente para mantener el espécimen en su lugar.

Mordaza A Mordaza B Mordaza B Mordaza A

Paso 1
Mordaza A Mordaza B Mordaza B Mordaza A

Mordaza A Mordaza B Mordaza B Mordaza A

Paso 2

Figura 3. Procedimiento de sujeción del espécimen

Página 6 de 13
METODO DE ENSAYO
No. IT-064
Método de ensayo para determinación de la
(AASHTO T 321-07)
vida a la fatiga de Mezclas Asfálticas en
Rev. 2
Caliente (HMA) sujetas a flexión repetida
Fecha: 20180704

e
r
Ai
Sistema
ambiental

Figura 4. Esquema del aparato de prueba de fatiga a flexión en vigas. Vista lateral

Página 7 de 13
METODO DE ENSAYO
No. IT-064
Método de ensayo para determinación de la
(AASHTO T 321-07)
vida a la fatiga de Mezclas Asfálticas en
Rev. 2
Caliente (HMA) sujetas a flexión repetida
Fecha: 20180704

Entrada
de aire
Entra
da
aire
Salida
aire
Salida
de aire

Figura 5 Esquema del aparato de prueba de fatiga a flexión en vigas. Vista en planta
8.5 Sujete el bloque de LVDT al espécimen atornillando el tornillo en el pin que está
pegado en el espécimen (la figura 4 ilustra la conexión del ensamble del
tornillo/pin/bloque y el LVDT de manera que las deflexiones de la viga en el eje neutral
serán medidas). Sujete el LVDT en posición tal que la sonda descanse en la parte
superior del bloque y la lectura del LVDT sea cercana a cero.
8.6 Seleccione la deformación inicial deseada (250 a 750 microdeformaciones) y
frecuencia de carga, y los intervalos de los ciclos de carga para los cuales los
resultados de la prueba son registrados y calculados e introdúzcalos en los
componentes de control y registro del programa. Configure la frecuencia de carga
dentro de un rango de 5 a 10 Hz.

Nota 3. La selección de los intervalos de los ciclos de carga para los cuales los resultados del ensayo son calculados y
registrados puede ser limitada por la cantidad de memoria disponible para el almacenamiento de los datos.
8.7 Aplique 50 ciclos de carga a deformación constante de 250 a 750 micro
deformaciones. Determine la rigidez del espécimen para el ciclo 50. Esta rigidez es un

Página 8 de 13
METODO DE ENSAYO
No. IT-064
Método de ensayo para determinación de la
(AASHTO T 321-07)
vida a la fatiga de Mezclas Asfálticas en
Rev. 2
Caliente (HMA) sujetas a flexión repetida
Fecha: 20180704

estimado de la rigidez inicial, la cual es usada como una referencia para determinar la
falla del espécimen.
8.8 Seleccione un nivel de deflexión (nivel de deformación) de tal manera que el
espécimen sea sometido al menos a 10000 ciclos de carga antes de que su rigidez
sea reducida en un 50 por ciento o menos de la rigidez inicial. Una reducción del 50
por ciento o más representa la falla del espécimen. Un mínimo de 10000 ciclos de
carga asegura que el espécimen no disminuya su rigidez demasiado rápido.
8.9 Después de seleccionar los parámetros de prueba apropiados, comenzar el ensayo.
Active los componentes de registro y control de manera que los resultados del ensayo
para los intervalos de los ciclos de carga seleccionados sean monitoreados y
registrados, asegurarse de que el sistema de prueba está operando apropiadamente.
Cuando el espécimen ha experimentado más del 50 por ciento de reducción de la
rigidez termine el ensayo.
9. Cálculos
9.1 Realice los siguientes cálculos para los intervalos de ciclos de carga especificados por
el operador:
9.1.1 Esfuerzo de tensión máximo (Pa):
0.357𝑃
𝜎 = (1)
𝑡 𝑏ℎ2
donde
P = Carga aplicada por el actuador, Newtons
b =ancho promedio del espécimen, m
h = altura promedio del espécimen, m

9.1.2 Deformación máxima a tensión (m/m)
12ℎ
𝜀 = (2)
𝑡 3𝐿2−4𝑎2
donde
h= deflexión máxima en el centro de la viga, m
a= distancia interior entre sujetadores, 0.357/3 m, (0.119 m)

Página 9 de 13
METODO DE ENSAYO
No. IT-064
Método de ensayo para determinación de la
(AASHTO T 321-07)
vida a la fatiga de Mezclas Asfálticas en
Rev. 2
Caliente (HMA) sujetas a flexión repetida
Fecha: 20180704

L= longitud entre sujetadores exterior, 0.375 m

9.1.3 Rigidez a flexión (Pa):
𝜎
𝑆 = 𝑡 (3)
𝜀
𝑡
9.1.4 Angulo de fase (grados):
=360fs (4)
Donde
f= frecuencia de carga, Hz
s= retraso del tiempo entre Pmáx y máx , s
Nota 4. Cuando se usa software de ensayo automatizado en los componentes de registro y control del sistema de prueba, el
ángulo de fase es aproximado por un algoritmo contenido en el software de ensayo automatizado.

9.1.5 Energía disipada (J/m3) por ciclo:

Di=  sin (5)
t t t
9.1.6 Energía disipada acumulada, J/m3
Da=Di (6)
Donde
Di= D para el ciclo de carga i
Nota 5. Puede ser posible no poder calcular la energía disipada D para cada ciclo de carga debido a las limitaciones de
memoria del componente de control y registro. Por lo tanto, la energía disipada puede ser graficada contra los ciclos de
carga para los ciclos de carga particulares para los cuales los datos fueron recolectados (por ejemplo, los ciclos de carga
seleccionados por el operador) hasta el ciclo de carga de interés. El área bajo la curva representa la energía disipada
acumuladas. Vea Figura 6 para una gráfica típica de energía disipada contra ciclo de carga.

Página 10 de 13