Influencia de las propiedades mecánicas de cohesión y ángulo de fricción en el diseño de mezclas asfálticas

Abstract

Los valores de cohesión y ángulos de fricción, han sido utilizados tradicionalmente en la geotecnia, como propiedades fundamentales intrínsecas que dan las características del comportamiento mecánico de los materiales. En pavimentos, desde los años 50, se han realizado investigaciones con la finalidad de caracterizar el material de mezcla asfáltica de una forma similar, con la finalidad de analizar el comportamiento mecánico de este material de una forma más fundamental, pero con semejanza al proceso real. El trabajo con más aceptación fue el realizado por Smith (1951); este propone una serie de gráficos a partir de los valores de cohesión y ángulo de fricción, que definen una zona dentro de la cual, las mezclas tienen un desempeño apropiado para ser utilizadas en pavimentos, en particular, el tema de resistencia a la deformación con el tiempo el ensayo de Smith fue desechado por su alta complejidad y se adoptó de manera casi universal la estabilidad y flujo de Marshall para el diseño de mezclas asfálticas en caliente. Años más tarde, con el desarrollo de tecnología más moderna, se desarrollaron investigaciones hacia la determinación de estos parámetros, por medio de metodologías matemáticas de aproximación del comportamiento mecánico como lo es el elemento finito. A la fecha no han desarrollado investigaciones que contemplen ambas metodologías (teórica por medio del elemento finito y práctica por medio de ensayos). Con la presente investigación se pretende abordar ambos tópicos, estudiando el comportamiento mecánico del ensayo Marshall, para la predicción de los valores de estabilidad y flujo, a partir de los valores de los parámetros obtenidos del ensayo Triaxial de Smith. Con estos resultados, será posible proponer una metodología de diseño para mezcla asfáltica con concepción mecanístico-empírica, que permita el desarrollo de diseños con un mejor desempeño, enfocando las investigaciones principalmente hacia el estudio de la deformación permanente, que es una de los desafíos de la ingeniería de materiales y pavimentos.

The values of cohesion and angle of friction have traditionally been used in geotechnical, as intrinsic fundamental properties that give the characteristics of the mechanical behavior of materials. In pavements, since the 50's, research has been conducted in order to characterize the material of asphalt in a similar way, with the aim of analyzing the mechanical behavior of this material in a more fundamental way, but with resemblance to the real process. The work with more acceptance was conducted by Smith (1951); this proposes a number of graphs from values of cohesion and angle of friction, which define an area within which the mixtures have an appropriate performance to be used in pavements, in particular, the issue of deformation resistance; over time Smith's testing was dismissed for its high complexity and was adopted almost universally the Marshall stability and flow test for the design of hot mix asphalt. Years later, with the development of modern technology, were developed research toward the use of these methods through mathematical methods of the mechanical behavior such as the finite element. So far, no research has been developed that includes both methodologies (theoretical through finite element and practical by tests). With the present research aims to address both topics, studying the mechanical behavior of Marshall test, for the prediction of the stability and flow values, based on the parameter values obtained from Triaxial tests of Smith. With these results, it is possible to propose a design methodology for asphalt mix with a mechanistic-empirical conception, allowing the development of designs with a better performance, focusing the research mostly on the study of permanent deformation, which is one of the challenges of material engineering and pavements.