Procedimiento para determinar la resistencia a la fisuración y la energía de fractura de mezclas bituminosas mediante un ensayo de tracción directa.

El ensayo se realiza sobre probetas semicilíndricas provenientes del serrado de probetas o testigos cilíndricos por un plano paralelo a su generatriz y que pasa por su eje de revolución. En ese plano se realiza mediante serrado una pequeña entalladura paralela a su generatriz y perpendicular al mismo, en su zona central, con objeto de inducir la rotura de la probeta. Sobre este plano se fijarán, mediante adhesivo, unas bases metálicas, que mediante unos soportes se fijarán a los pistones de una prensa, de forma que sobre la probeta pueda aplicarse un esfuerzo a tracción. El ensayo se realiza aplicando una carga de tracción a velocidad de desplazamiento del pistón de la prensa constante, registrando la variación de la carga con el desplazamiento provocado

cada en la figura 2, que mediante unos soportes se fi-

Procedimiento de ensayo para evaluar la resistencia a la fisuración y la energía de fractura 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, especialmente a medias y bajas temperaturas, propiedades directamente relacionadas con la durabilidad no sólo de estos materiales, sino también con la del firme del cual forman parte.

Es por ello que se ha desarrollado un nuevo procedimiento de ensayo que permite valorar la resistencia a la fisuración y la energía de fractura de las mezclas bituminosas, mediante un ensayo de tracción directa sobre probetas semicilíndricas, aplicado a velocidad de desplazamiento constante. Descripción

El objeto de la presente invención es el procedimiento desarrollado para la determinación de la resistencia a la fisuración y la energía de fractura de las mezclas bituminosas, mediante un ensayo de tracción directa, realizado sobre probetas semicilíndricas, en las que se ha generado una pequeña entalladura sobre la sección media de su cara rectangular, y sobre la que se adhieren dos bases metálicas que permiten transmitir ta carga aplicada a la sección de rotura. La carga a tracción se aplicará con una velocidad de desplazamiento del pistón de la prensa constante.

Las probetas semicilíndricas pueden obtenerse a partir de probetas cilíndricas fabricadas en laboratorio con los equipos de compactación habitualmente empleados, serrándolas por un plano paralelo a su generatriz que pasa por su eje de revolución (de forma que de cada probeta cilíndrica se obtendrán dos probetas semicilíndricas simétricas) , o pueden obtenerse, también por serrado, a partir de testigos cilíndricos extraídos directamente de la capa ejecutada en el firme. Las probetas o testigos cilíndricos habitualmente utilizados son de 100 ó 150 mm de diámetro. Su altura deberá ser menor o igual que el ancho de las bases metálicas que se adherirán a las probetas para la realización del ensayo.

En ambos casos, a la probeta semicilíndrica a ensayar se le practicará por serrado una pequeña entalladura en la sección media del plano generado por el corte de la probeta o testigo cilíndrico, coincidiendo con su eje de revolución, con objeto de inducir la rotura sobre una sección radial perpendicular al plano rectangular. En la figura 1 se representa una probeta semicilíndrica entallada.

Sobre el plano rectangular generado por el corte y a ambos lados de la entalladura se fijarán, mediante jarán a los pistones de una prensa, de forma que sobre la probeta pueda aplicarse un esfuerzo a tracción. La forma de los soportes se recogen en la figura 3. Estos soportes van cogidos rígidamente a la prensa mediante unos tornillos que constituyen un empotramiento perfecto, impidiendo su giro o desplazamiento, mientras que las bases metálicas adheridas a la probeta van cogidas a estos soportes mediante un pasador, figura 4, que permitirá su giro alrededor de éste a medida que se va produciendo la apertura de la fisura durante la realización del ensayo. En la figura 5 se representa de forma esquemática la probeta semicilíndrica con las bases metálicas sujetas a los soportes por medio de los pasadores, tal como se dispone en la prensa para realizar el ensayo.

El ensayo se realiza aplicando una carga de tracción a velocidad de desplazamiento del pistón de la prensa constante, registrando la variación de la carga con el desplazamiento provocado. Durante la aplicación de la carga se va produciendo la apertura de la fisura inducida por la entalladura, al mismo tiempo que las bases van girando alrededor de los pasadores, de manera que se va produciendo la apertura de la fisura de forma similar a cómo se produce en el firme, figuras 6a y 6b. La carga puede aplicarse a distintas velocidades de desplazamiento, pero se considera una velocidad de referencia de 1.0 mm/min. Análogamente, 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, con objeto de evaluar el efecto de la acción del agua sobre las propiedades consideradas.

Durante el ensayo se registra la variación de carga con el desplazamiento del pistón, figura 7. Este desplazamiento coincide con la apertura de la fisura inducida sobre la mezcla.

A partir de la carga máxima y el área de la sección de rotura provocada sobre la probeta puede determinarse la resistencia a tracción de la mezcla, y a partir del área de la curva carga-desplazamiento puede obtenerse el trabajo de rotura, y dividiendo el área de la curva por la sección de rotura, la energía específica de fractura. Descripción de las figuras

Figura 1. Perspectiva de la probeta semicilíndrica entallada.

Figura 2. Una de las dos bases metálicas que se adhieren a la probeta.

Figura 3. Soportes unidos rígidamente a los pistones de la prensa.

Figura 4. Detalle del pasador que sujeta las bases en los soportes.

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

Figura 6a. Alzado de la probeta al inicio del ensayo.

Figura 6b. Alzado de la probeta durante la realización del ensayo.

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Figura 7. Resultado del ensayo de tracción directa a desplazamiento controlada. Mezcla S-20. Temperatura 20ºC. Ejemplo

Se incluyen a modo de ejemplo los resultados obtenidos en la aplicación del procedimiento de ensayo desarrollado para la determinación de la resistencia a la fisuración de una mezcla bituminosa tipo S-20, estudiando el efecto de diferentes tipos de betún, a dos temperaturas diferentes, 5 y 20ºC, figuras8y9 respectivamente.

Descripción de las figuras del ejemplo

Figura 8. Resultados del ensayo de tracción directa a desplazamiento controlado, a 20ºC. Mezcla S-20. Efecto del tipo de betún.

Figura 9. Resultados del ensayo de tracción directa a desplazamiento controlado, a 5ºC. Mezcla S-20. Efecto del tipo de betún.

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

- obtención de una probeta semicilíndrica mediante serrado de probetas cilíndricas fabricadas en laboratorio de acuerdo a procedimientos de compactación normalizados o de testigos cilíndricos extraídos de la capa de mezcla extendida y compactada en el firme, por un plano paralelo a la generatriz que pasa por su eje de revolución

- realización por serrado de una pequeña entalladura en la sección media de la cara rectangular de la probeta generada por el corte

- fijación mediante adhesivo de unas bases metálicas en el plano rectangular de la probeta y a ambos lados de la entalladura, que permitirán colocar la probeta en los soportes de los pistones de la prensa para la realización del ensayo

- colocación de la probeta en los soportes situados en cada uno de los pistones de la prensa, mediante un pasador, de forma que sobre ésta pueda aplicarse una carga a tracción e inducir la fisura de la probeta de forma similar a cómo se produce en el firme

- aplicación de una carga a tracción a velocidad de desplazamiento del pistón constante, que puede realizarse a diferentes temperaturas de ensayo

- obtención del registro de carga y desplazamiento a partir del que podrá obtenerse la resistencia a la fisuración y la energía de fractura de la mezcla bituminosa considerada.