Estudio de fatiga en mezclas asfálticas recicladas con cemento a través de ensayo en viga cuatro puntos

[ES] El reciclaje profundo de pavimentos flexibles con cemento Portland es una técnica de recuperación estructural y funcional recurrente en la práctica vial Brasilera, ya que la reutilización de capas degradadas de revestimiento asfáltico o RAP (reclaimed asphalt pavement) y de base, permite reducir costos y tiempo de ejecución. Sin embargo, en Brasil no existe un criterio de dimensionamiento de pavimentos que considere este tipo de materiales. En este sentido, es aceptado que la capacidad estructural de capas cementadas es limitada por la deformación de tracción en su base. Con el objetivo de establecer esta relación, a través de modelos de fatiga, fue desarrollado un programa experimental basado en la experiencia australiana, buscando verificar su aplicabilidad a materiales reciclados de origen brasilero. Conforme al protocolo adoptado, el programa consistió de ensayos de flexión estáticos y dinámicos del tipo cuatro puntos en vigas, con edades de cura mayores a 28 días, moldadas en laboratorio usando energía de compactación modificada brasilera. Las mezclas consideradas están constituidas 4 % de cemento Portland, y por brita granular y RAP en proporciones 80:20, 50:50 y 30:70. El comportamiento mecánico fue evaluado a través de la Resistencia a la Tracción a la Flexión (RTF) y el Módulo Flexural Estático y Resiliente (MFE y MFR, respectivamente). Entre otras conclusiones, el comportamiento estático indica que el incremento de RAP reduce el MFE, incrementando la deformación de tracción de ruptura, mientras que la influencia del RAP en la RTF no fue notoria. De otra parte, la relación entre el exponente de daño y el porcentaje de RAP apunta a una dependencia del fenómeno de fatiga y el contenido de material reciclado. En general, puede concluirse que el protocolo australiano puede ser usado como modelo para el desarrollo de un método brasilero para este tipo de mezclas, con algunas modificaciones.Castañeda López, M.; Fedrigo, W.; Radünz Kleinert, T.; Peres Núñez, W.; Pereira Ceratti, J.; De Faria, V.; Gutierrez Klinsky, L. (2016). Estudio de fatiga en mezclas asfálticas recicladas con cemento a través de ensayo en viga cuatro puntos. En XII Congreso de ingeniería del transporte. 7, 8 y 9 de Junio, Valencia (España). Editorial Universitat Politècnica de València. 638-645. https://doi.org/10.4995/CIT2016.2015.3486OCS63864

Full-depth reclamation of semi-rigid pavements with cement : contribution for the development of a mix design method

O final da vida útil de pavimentos com bases rígidas se caracteriza pelo aparecimento de trincas de blocos e de fadiga. Neste cenário, a reciclagem das camadas de base e revestimento asfáltico, com adição de cimento, surge como técnica importante para reabilitação dessas estruturas. Além de se tratar de uma solução vantajosa do ponto de vista técnico, é competitiva em termos econômicos, além de sustentável. Entretanto, a escassa normatização nacional dificulta sua aplicação, destacando-se a falta de um procedimento de dosagem. Objetivando contribuir para o desenvolvimento de um método de dosagem de camadas recicladas com cimento, desenvolveu-se um programa experimental, contemplando a caracterização mecânica (resistência e rigidez), a variação volumétrica e a erodibilidade de misturas contendo fresado asfáltico, materiais de bases rígidas (brita graduada tratada com cimento e solo-cimento) e cimento Portland. Foram analisados os efeitos da porcentagem de fresado, do teor de cimento e do tempo de cura, compactando-se os corpos de prova na energia Modificada. Com auxílio de um software estatístico, foi elaborado um planejamento experimental para definição das misturas analisadas, contemplando-se diversos níveis para as variáveis independentes (teores de cimento entre 1% e 7%, e porcentagens de fresado variando entre 8% e 92%, aproximadamente). Os tempos de cura considerados foram extrínsecos ao planejamento e variaram de acordo com o ensaio, sendo de 3, 7 e 14 dias para os ensaios de comportamento mecânico e de 7 dias para os demais ensaios. Obtiveram-se modelos com efeitos estatisticamente significativos, com exceção da expansão. Os demais modelos apresentaram coeficientes de determinação de médios a elevados, tendo em vista a heterogeneidade dos materiais estudados, além do tamanho amostral considerável. Foi verificado que todas as variáveis afetam as propriedades analisadas, sendo que o teor de cimento demonstrou maior efeito, sendo que sua adição melhora consideravelmente o comportamento das misturas empregadas, frente à ação do tráfego e da água. Foram alcançados resultados bastante elevados de resistência à compressão simples (1,00 MPa a 6,49 MPa) e resistência à tração na compressão diametral (0,17 MPa a 1,22 MPa); já a rigidez das misturas apresentou uma ampla variação de resultados (484 MPa a 20.031 MPa). Com relação aos materiais de base empregados (brita graduada tratada com cimento e solo-cimento), não se observou uma tendência única; as misturas com solo-cimento apresentaram maior resistência, entretanto, com comportamento ligeiramente inferior quanto à variação volumétrica e à erodibilidade. Na análise da rigidez, os materiais de base mostraram comportamento bastante similar. Para concluir, foi verificado que o procedimento proposto por Fedrigo (2015) também é satisfatório para a dosagem de misturas recicladas constituídas por antigas bases cimentadas e fresado asfáltico, restando ainda quantificar a possível retração por secagem das misturas estudadas.The end of the useful life of pavements with rigid bases characterizes by the appearance of block and fatigue cracking. The full-depth reclamation with cement (FDR-C) of this layer combined with the asphalt layer seem to be a good choice for the rehabilitation of the pavement structure. Besides being an advantageous solution from a technical point of view, it is competitive in economic terms, besides being sustainable. However, the Brazilian standards are scarce thus limiting its application, highlighting the lack of an appropriated mix design method to this technique. In order to contribute for the development of an FDR-C mix design method, an experimental program was developed aiming to test the mechanical characterization (strength and stiffness), volumetric variation and the erodibility of mixtures made of reclaimed asphalt pavement (RAP), rigid base materials (cement treated crushed stone and soil-cement) and Portland cement. There were analyzed the effects of the RAP percentage, the cement content and the curing time of the specimens. For that, the compaction effort used was the Brazilian Modified one. Through a statistic software, an experimental planning was prepared for mixtures determination, with several levels for the independent variables (cement content between 1% and 7%, and RAP percentage varying by 8% up to 92%, approximately). The curing time analyzed was outward of experimental planning and it varied according to the kind of test. The specimens of mechanical performance were cured for 3, 7 and 14 days, and the other tests were examined at the 7th day of curing time. Models with statically significant effects were obtained, except the swell one. The others had medium and high coefficients of determination, given the heterogeneity of the studied materials, in addition to considerable sample size. It was found that all variables affect the analyzed properties, and the cement content proved to be with the greatest effect among the analyzed factors. Cement addition improves considerably the behavior of the mixtures for the traffic and water actions. Moreover, higher results were achieved for UCS (1.00 MPa up to 6.49 MPa) and ITS (0.17 MPa up to 1.22 MPa) tests. While the mixtures stiffness presented a wide range of results (484 MPa up to 20,031 MPa). Regarding the studied materials, it was observed that they do not have a single trend. The mixtures with soil-cement presented stronger, but with slightly lower behavior for volumetric variation and erodibility. At the stiffness analysis, different materials showed very similar behavior. All in all, it was found that the mix design method proposed by Fedrigo (2015) is also suitable for employment in semi-rigid FDR-C, still remaining to measure the possible drying shrinkage of specimens

Lime stabilization of tropical soils and impacts on the mechanistic-empirical pavements design

A estabilização de solos com cal é uma técnica ambientalmente sustentável, de modo que se bem concebida e aplicada, pode representar grandes benefícios ao desempenho de pavimentos. Ao se incluírem camadas de elevada resistência e rigidez resultantes dessa técnica, surge uma nova concepção de pavimentos; pois os demais materiais (granulares e asfálticos) passam a se comportar de maneira satisfatória, proporcionando ao pavimento maior vida útil. Embora a técnica seja empregada universalmente há muitos anos, grande parte dos estudos remetem a solos de clima temperado. Visando solucionar dúvidas acerca da aptidão dos solos tropicais à estabilização com cal, esta tese tem como objetivo analisar os fatores que afetam o comportamento resistência-tensão-deformação dos solos tropicais estabilizados com cal e os impactos no dimensionamento mecanístico-empírico de pavimentos com camadas estabilizadas. Para isso, na primeira etapa da pesquisa desenvolveu-se um abrangente estudo experimental, envolvendo ensaios de caracterização, procedimentos de dosagem e ensaios mecânicos para a obtenção de parâmetros de resistência e de deformabilidade; complementados por análises mineralógicas. Foi estudado o comportamento de três solos residuais argilosos com diferentes classificações pedológicas (Argissolo, Luvissolo e Latossolo), ao serem tratados com cal hidratada; sendo verificada a aptidão dos mesmos à melhoria e à estabilização com dois tipos de cales (calcítica e dolomítica). A partir dos resultados da dosagem, foram selecionados dois teores de cal (3 e 5% em peso de solo seco), a fim de se quantificar seu efeito no comportamento mecânico das misturas. Quando se visavam modificações nas características volumétricas, trabalhabilidade e resistência em curto prazo (solo melhorado), as misturas eram compactadas na energia normal; sendo a energia modificada utilizada quando se procuravam aumentos significativos e duradouros de resistência e rigidez (solo estabilizado). Também foram avaliados os efeitos do tempo de cura e da imersão prévia nos resultados dos ensaios. A partir dos valores obtidos de módulo de elasticidade na flexão, deformação na ruptura e resistência à compressão simples, desenvolveu-se a segunda etapa da pesquisa, que consistiu na realização de análises mecanísticas de pavimentos semirrígidos e invertidos, com camadas das misturas estudadas. Os resultados experimentais e mecanísticos evidenciaram que a estabilização com cal calcítica proporciona notável aumento da capacidade estrutural aos pavimentos, sendo os efeitos mais significativos do que se empregada a cal dolomítica. Igualmente foi observado que quanto maior o teor de cal adicionado, maiores são os benefícios obtidos no comportamento mecânico das misturas, bem como seus impactos nos pavimentos; principalmente para tempos de cura mais elevados. Entre os fatores estudados, a energia de compactação foi o mais significativo, obtendo-se maiores resistências e módulos ao se compactarem as misturas na energia modificada. Globalmente, conclui-se que a inclusão de bases e/ou sub-bases dos solos argilosos estabilizados com cal resulta em notável aumento da capacidade estrutural dos pavimentos (NAASHTO), comparada àquela de estruturas flexíveis. Para auxiliar na realização de anteprojetos de pavimentos com camadas estabilizadas com cal, e na tomada de decisão entre estratégias construtivas, apresenta-se um guia de pré- dimensionamento, com base laboratorial e mecanístico-empírica.Lime-soil stabilization is an environmentally sustainable technique that can represent great benefits to pavement performance if it is well designed and applied. The inclusion of high strength and stiffness layers from this technique results in a new concept of pavements. The other materials (granular and asphalt) behave satisfactorily, providing the pavement a longer service life. Although the technique has been used universally for many years, most studies refer to soils of temperate regions. To solve doubts about the suitability of tropical soils for lime stabilization, this thesis aims to analyze the factors that affect the strength-stress-strain behavior of lime stabilization of tropical soils and the impacts on the mechanistic-empirical design of pavements with soil-lime layers. For this, in the first stage of the research, a comprehensive laboratory investigation was done, involving characterization tests, mix design procedures, mechanical tests to obtain strength and deformability parameters; beyond that is was complemented by mineralogical analyses. The behavior of three clayey residual soils with different pedological classifications (Argisol, Luvisol and Latosol) when treated with hydrated lime was studied. It was verified their ability for modification and stabilization techniques with two types of lime (calcitic and dolomitic). From the mix design results, two lime contents (3 and 5% by weight of dry soil) were selected in order to quantify its effect on the mechanical behavior of lime-soil mixtures. When changes in volumetric characteristics, workability and short-term strength were aimed (modified soil), the mixtures were compacted at normal effort. The modified effort was used when seeking for significant and lasting increases in strength and stiffness (stabilized soil). The effects of curing time and previous immersion on the test results were also evaluated. The second stage of the research was developed based on the values obtained for flexural static modulus, strain at break and unconfined compressive strength. This consisted of performing mechanistic analyzes of semi-rigid and inverted pavements, with layers of the studied mixtures. The experimental and mechanistic results showed that stabilization with calcitic lime provides a remarkable increase in the structural capacity of the pavements, with the effects being more significant than when using dolomitic lime. It was also observed that higher the lime content, greater the benefits obtained in the mechanical behavior of the mixtures, as well as their impacts on the pavements; mainly for longer cure times. Among the factors studied, the compaction effort was the most significant, obtaining greater strength and modulus when compacting the mixtures in modified effort. Overall, it is concluded that the inclusion of bases and/or sub-bases of clayey soils stabilized with lime results in a notable increase in the structural capacity of pavements (NAASHTO), compared to that of flexible structures. Thus, in way to assist in the realization of preliminary drafts for pavements with lime-stabilized layers, and in the decision-making between construction strategies, it is presented a preliminary design guide, based on laboratorial and mechanistic-empirical studies