Procedimiento de ensayo para evaluar la resistencia a tracción y a la fatiga de mezclas bituminosas.

Procedimiento para determinar la resistencia a la tracción y a la fatiga de las mezclas bituminosas mediante un ensayo de tracción directa. El ensayo se realiza sobre probetas prismáticas en las que se ha generado una pequeña entalladura en su plano medio, obtenidas mediante serrado a partir de probetas fabricadas en laboratorio o de testigos extraídos de la capa del firme, hasta obtener las dimensiones que permitan ajustarlas a un sistema de soportes y mordazas que asegura que los esfuerzos a tracción son aplicados en un único plano, coincidente con el plano de simetría de la probeta, perpendicular a la sección entallada. La aplicación de estos esfuerzos a tracción puede realizarse tanto en modo estático como en modo dinámico, controlando tanto la carga como la deformación en cualquiera de ambos modos, a diferentes temperaturas de ensayo, obteniendo los registros de carga y/o deformación durante la realización del ensayo

Procedimiento de ensayo para evaluar la resistencia a tracción y a la fatiga de mezclas bituminosas.

Sector de la técnica

La presente tecnología se engloba dentro de la ingeniería de carreteras, concretamente dentro del ámbito de la caracterización mecánica de mezclas bituminosas para su empleo en la construcción de firmes de carreteras.

Estado de la técnica

Los ensayos empleados en la ingeniería de carreteras para el diseño de mezclas bituminosas están básicamente enfocados a la determinación de su estabilidad, propiedad que determina la resistencia de las mezclas a las deformaciones plásticas.

Durante muchos años éste ha sido el principal problema que presentaban las mezclas bituminosas para su empleo en carreteras. Pero en realidad, existen otros factores que también deben considerarse como, por ejemplo, la resistencia de las mezclas a la fisuración o su resistencia a la fatiga, propiedades directamente relacionadas con el envejecimiento y la durabilidad de estos materiales.

Es por ello que se ha desarrollado un nuevo procedimiento de ensayo que permite valorar la resistencia a la tracción y a la fatiga, mediante un ensayo de tracción directa aplicado a probetas prismáticas, aplicado de modo estático y dinámico respectivamente.

Descripción

El objeto de la presente invención es el procedimiento desarrollado para la determinación de la resistencia a la tracción y a la fatiga de las mezclas bituminosas, mediante un nuevo ensayo de tracción directa, realizado sobre probetas prismáticas en las que se ha generado una pequeña entalladura en su plano medio, aplicado tanto de forma estática (con una velocidad de desplazamiento constante) como de forma dinámica (con una carga sinusoidal a una determinada frecuencia).

Las probetas prismáticas pueden obtenerse a partir de probetas prismáticas o cilíndricas fabricadas en laboratorio, de diferentes medidas según el equipo de compactación empleado, serrándolas adecuadamente para obtener las dimensiones acordes con las bases y mordazas del ensayo, o pueden obtenerse, también por serrado, a partir de testigos cilíndricos extraídos directamente de la capa ejecutada en el firme, hasta obtener una probeta prismática de las dimensiones antes mencionadas.

En ambos casos, a la probeta prismática a ensayar se le practicará por serrado una pequeña entalladura en dos lados opuestos de su sección media.

Para preparar las probetas para el ensayo se han desarrollado unas bases y mordazas especiales que también son objeto de esta patente.

Bases y mordazas

En cada una de las bases de la probeta prismática se fijará, mediante adhesivo, un soporte metálico, de la forma y dimensiones especificadas en la figura 1, que permitirá fijar la probeta en las mordazas situadas en cada uno de los pistones de una prensa, de forma que sobre la probeta pueda aplicarse un esfuerzo a tracción. La forma y dimensiones de las mordazas se recogen en la figura 2. Estas mordazas van cogidas rígidamente a la prensa mediante unos tornillos que constituyen un empotramiento perfecto, impidiendo su giro o desplazamiento.

Para garantizar la correcta alineación de los soportes, de forma que al aplicar la tracción sobre ellos, a través de las mordazas, no se induzcan torsiones indeseadas, éstos se pegarán a la probeta colocando todo el sistema (probeta y soportes), con el adhesivo fresco, sobre unas guías metálicas, figura 3, que permiten el movimiento de los soportes en un único plano, que coincide con el plano de simetría de la probeta, perpendicular a la sección entallada por el que se producirá la rotura. Las diferentes piezas que constituyen estas guías se detallan en las figuras 3.1, 3.2, 3.3 y 3.4.

El sistema formado por la probeta y los soportes se mantendrá en la guía hasta que el adhesivo haya endurecido por completo y los soportes queden perfectamente adheridos a las bases de la probeta, figura 4. En estas condiciones, la probeta puede colocarse en la prensa, fijando los soportes a las mordazas mediante los correspondientes tornillos, figura 5.

Realización del ensayo

El ensayo puede realizarse en modo estático o en modo dinámico. En modo estático, se aplica un esfuerzo de tracción a velocidad de deformación constante, registrando la variación de la carga con la deformación provocada, aunque el ensayo también puede realizarse a carga controlada. En modo dinámico, se aplica una amplitud de carga sinusoidal, registrando la variación de la deformación con el número de aplicaciones de carga, aunque el ensayo también puede realizarse a deformación controlada.

El ensayo puede realizarse a diferentes temperaturas, aunque se considera una temperatura de referencia de 20ºC; si la temperatura es diferente de la temperatura ambiente, es recomendable disponer de una prensa con una cámara termostatizada para mantener la temperatura de ensayo. Así mismo, se contempla la posibilidad de que las probetas permanezcan sumergidas en un baño de agua, a determinada temperatura durante un cierto intervalo de tiempo, antes de ensayarlas a la temperatura deseada.

Resultados del ensayo

Durante el ensayo en modo estático a deformación controlada, se registra la variación de carga con la deformación producida en la mezcla, medida mediante uno o dos extensómetros colocados respectivamente en una o dos caras entalladas de la probeta, figura 6, determinándose:

- Resistencia máxima

- Deformación correspondiente a la resistencia máxima

- Deformación en rotura

- Energía de rotura

Si el ensayo se realiza en modo dinámico, a carga controlada, se registra la variación de la deformación con el número de aplicaciones de carga, figura 7, determinándose:

- Deformación de rotura

- Número de ciclos para rotura

Realizando el ensayo para diferentes amplitudes de carga, es posible determinar la ley de fatiga mediante los pares de puntos, deformación inicial (en el ciclo 200) y número de ciclos para rotura, figura 8.

Descripción de las figuras

Figura 1. Soportes de las probetas

Figura 2. Mordazas

Figura 3. Guías y sistema para pegar los soportes a las bases de las probetas

Figura 3.1. Guías y sistema para pegar los soportes a las bases de las probetas: base

Figura 3.2. Guías y sistema para pegar los soportes a las bases de las probetas: guía

Figura 3.3. Guías y sistema para pegar los soportes a las bases de las probetas: guía

Figura 3.4. Guías y sistema para pegar los soportes a las bases de las probetas: guía

Figura 4. Ubicación de la probeta durante el curado del adhesivo

Figura 5. Disposición de la probeta en la prensa durante la realización del ensayo

Figura 6. Resultado del ensayo de tracción directa, en modo estático, a deformación controlada.

Figura 7. Resultado del ensayo de tracción directa, en modo dinámico, a carga controlada.

Figura 8. Ley de fatiga obtenida del ensayo de tracción directa, en modo dinámico, a carga controlada.

Ejemplo

Se incluye a modo de ejemplo los resultados obtenidos en la aplicación del procedimiento de ensayo desarrollado para la determinación de la resistencia a la tracción de una mezcla bituminosa tipo S-20, estudiando el efecto del contenido de material procedente del fresado de pavimentos asfálticos envejecidos, a dos temperaturas diferentes, 5 y 20ºC.

Descripción de las figuras del ejemplo

Figura 9. Resultados del ensayo de tracción directa, en modo estático, a deformación controlada, a 20ºC. Mezclas S-20. Efecto del contenido de material reciclado.

Figura 10. Resultados del ensayo de tracción directa, en modo estático, a deformación controlada, a 5ºC. Mezclas S-20. Efecto del contenido de material reciclado.

1. Procedimiento para determinar la resistencia a tracción y a la fatiga de las mezclas bituminosas, a partir de un ensayo de tracción directa, realizado sobre probetas prismáticas, que comprende las siguientes etapas:

- obtención de una probeta prismática mediante serrado a partir de probetas fabricadas en laboratorio de acuerdo a procedimientos de compactación normalizados o de testigos extraídos de la capa de mezcla extendida y compactada en el firme, hasta obtener las dimensiones que permitan ajustarla al sistema de soportes y mordazas que transmitirán los esfuerzos de tracción

- fijación de unos soportes metálicos a las bases de la probeta, mediante un sistemas de guías, que permitirán fijar las probetas en las mordazas

- colocación de la probeta con los soportes en las mordazas situadas en cada uno de los pistones de la prensa, de forma que sobre ésta pueda aplicarse un esfuerzo de tracción

- aplicación de un esfuerzo a tracción, que puede realizarse tanto en modo estático, como en modo dinámico, controlando tanto la carga como la deformación en cualquiera de ambos modos, a diferentes temperaturas de ensayo

- obtención de los registros de carga y/o deformación, según el modo de ensayo, a partir de los que podrán obtenerse la resistencia a tracción o la fatiga de la mezcla considerada.

2. Procedimiento de ensayo para determinar la resistencia a tracción y a la fatiga de las mezclas bituminosas, sobre probetas prismáticas, según la reivindicación primera, caracterizado porque a la probeta prismática se le practicará por serrado una pequeña entalladura en dos lados opuestos de su sección media.

3. Procedimiento de ensayo para determinar la resistencia a tracción y a la fatiga de las mezclas bituminosas, sobre probetas prismáticas, según la reivindicación primera, caracterizado porque la guía sobre la que se dispone el sistema probeta y soportes para fijar los soportes a las bases de la probeta permite el movimiento de los soportes en un único plano, que coincide con el plano de simetría de la probeta, perpendicular a la sección entallada por el que se producirá la rotura.

4. Procedimiento de ensayo para determinar la resistencia a tracción y a la fatiga de las mezclas bituminosas, sobre probetas prismáticas, según la reivindicación primera, caracterizado porque las mordazas permiten tirar de las probetas, de forma que los esfuerzos se produzcan en el plano de simetría de la probeta.