ES2220171A1 - Procedimiento de ensayo de corte para la evaluacion de la union entre capas proporcionada por los riegos de adherencia. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de ensayo de corte para la evaluación de la unión entre capas proporcionada por los riegos de adherencia. Método desarrollado para la dosificación, caracterización y posterior control de los riegos de adherencia entre capas, a partir de la valoración de su resistencia a las tensiones tangenciales provocadas por la aplicación de un esfuerzo cortante en la unión de las capas, mediante un ensayo de corte.

Description

Procedimiento de ensayo de corte para la evaluación de la unión entre capas proporcionada por los riegos de adherencia.

Sector de la técnica

La presente tecnología se engloba dentro de la ingeniería de carreteras, concretamente dentro del ámbito de la caracterización mecánica de la adherencia entre capas proporcionada por las emulsiones bituminosas utilizadas como riegos de adherencia en la construcción de firmes de carreteras.

Estado de la técnica

En el proyecto de un firme de carretera se supone que las capas asfálticas van a estar totalmente unidas, trabajando de forma solidaria. Para ello, durante su construcción, se procede a la aplicación de un riego de adherencia, un material que se encarga de adherir una capa con la inmediatamente superior, de forma que el comportamiento de todas ellas sea lo más parecido al de un elemento único. Sin embargo, la experiencia ha puesto de manifiesto que esta unión no siempre se consigue, ocasionando deterioros prematuros en el firme y una reducción de su vida de servicio.

La adherencia final conseguida entre capas depende no sólo de cómo se haya realizado el riego, de que la dotación sea la apropiada, de que se haya adherido bien a la capa inferior, o de que el tráfico de obra no lo haya levantado, sino también de cómo se ha ejecutado la nueva capa, si han quedado coqueras en su parte inferior, de la compactación de la capa en su parte inferior, de la calidad del mástico de la nueva capa, etc. Sin embargo, durante la fase de construcción, esta propiedad apenas se controla. El control se reduce a una mera inspección visual del riego efectuado y al control de la dotación del mismo, pero no se verifica la calidad final conseguida en la adherencia de las capas, que es lo que en realidad se debería medir.

Para evaluar el grado de adherencia entre dos capas asfálticas se han desarrollado fundamentalmente dos tipologías de ensayo: de tracción y de corte, ambos de cierta complejidad y por tanto de difícil aplicación en el control de las capas ejecutadas. Por ello, se ha desarrollado un nuevo ensayo de corte, de ejecución muy sencilla, capaz de medir la resistencia a las tensiones tangenciales provocadas por la aplicación de una fuerza cortante sobre la unión de dos capas.

Este ensayo permite tanto el control de la calidad alcanzada en obra mediante la rotura de testigos, como la evaluación del efecto de diferentes riegos de adherencia mediante la rotura de probetas fabricadas en el laboratorio. Además, el mismo ensayo permite evaluar la acción del agua sobre los riegos, al ensayar probetas o testigos que han permanecido sumergidos en un baño de agua durante un cierto periodo de
tiempo.

Descripción

El objeto de la presente invención es el procedimiento desarrollado para la dosificación, caracterización y posterior control de los riegos de adherencia entre capas, mediante un nuevo ensayo de corte, que pretende medir la resistencia a las tensiones tangenciales, provocadas por la aplicación de una fuerza cortante, que se producen en la unión de dos capas asfálticas, adheridas o no por un riego de adherencia. También se mide la deformación o el desplazamiento de una de las capas respecto la otra.

El análisis de fuerzas y tensiones en que se basa el ensayo de corte es el indicado en la figura 1. La parte A se debe considerar totalmente rígida, indeformable, mientras que la parte B representa la capa asfáltica superior. En el análisis de esfuerzos cortantes, se considera despreciable el peso propio del elemento B frente al peso total de A (como se verá más adelante, éste contempla el peso de una capa asfáltica y el peso de un molde cilíndrico de acero). El momento flector en los apoyos es nulo. La ecuación que da el valor de las tensiones tangenciales sobre la junta de unión de ambas partes, siendo S la superficie de la sección transversal, es:

\tau=\frac{P/2}{S}

Elaboración de las probetas

Las probetas fabricadas en laboratorio están formadas por dos capas asfálticas, entre las que se extiende el riego de adherencia a estudiar. Análogamente, se puede estudiar el efecto adherente del riego entre una capa bituminosa sobre una de hormigón o del propio ligante de las mezclas, no extendiendo entonces riego. Este sistema bicapa se prepara dentro de un molde cilíndrico de 177.8 mm de altura y 101.6 mm de diámetro interior, figura 2. La altura total de ambas capas debe ser inferior a la altura del molde.

Las capas asfálticas se compactan por impacto, mediante el aparato Marshall, aplicando 100 golpes en la cara superior. Una vez realizada la primera capa, ésta se debe dejar enfriar. Para realizar el ensayo siempre en las mismas condiciones, de forma que no afecte el betún de la mezcla, se realiza un corte superficial de pocos milímetros de espesor.

Cuando la superficie cortada está seca, se extiende la dotación escogida de la emulsión a analizar mediante un pincel y se deja el tiempo suficiente para que la emulsión rompa. Luego, se vierte la mezcla bituminosa en caliente y se compacta la que será la capa superior. Finalmente, se extruye la capa superior de forma que la junta quede en el exterior del molde, a 5 mm de separación.

Si la temperatura de ensayo es diferente de la temperatura ambiente, se deberá disponer de estufas y/o neveras con reguladores de temperatura, donde las probetas permanecerán el suficiente espacio de tiempo para adquirir la temperatura escogida. Aunque es recomendable disponer de una prensa con una cámara termostatizada para mantener la temperatura de ensayo, éste es suficientemente rápido para que no se produzca una pérdida o ganancia de temperatura significativa si se realiza a temperatura ambiente.

El mismo procedimiento de ensayo se puede aplicar sobre testigos obtenidos de obra. Los testigos, que como mínimo estarán formados por dos capas, se introducen en una mordaza cilíndrica, figura 3, la cuál, mediante una serie de tuercas, permite confinarlos en la posición requerida, de forma análoga a las probetas en los moldes.

Realización del ensayo

La ejecución del ensayo se lleva a cabo colocando las probetas o testigos sobre una base con dos puntos de apoyo separados 20 cm, figuras 4 y 5, que se coloca sobre el pistón de la prensa, aplicando una carga a velocidad de deformación constante.

El ensayo también contempla la posibilidad de que las probetas y testigos permanezcan sumergidos en un baño de agua, a determinada temperatura durante un cierto intervalo de tiempo, antes de ensayarlos a la temperatura deseada.

Resultados del ensayo

Durante el ensayo se registra la variación de carga con el desplazamiento del pistón de la prensa mediante un equipo informático adecuado, figura 6, determinándose:

- Resistencia máxima a cortante

- Deformación correspondiente a la resistencia máxima

- Deformación en rotura

- Energía de rotura

Descripción de las figuras

Figura 1. Esquema de fuerzas y tensiones actuantes sobre la disposición de la probeta en el ensayo de corte.

Figura 2. Moldes para la fabricación y el ensayo de probetas

Figura 3. Mordazas para el ensayo de testigos

Figura 4. Disposición de la probeta en la prensa durante la realización del ensayo

Figura 5. Bases para el ensayo de probetas y testigos

Figura 6. Resultado del ensayo de corte para la caracterización de la adherencia entre capas de mezcla asfáltica proporcionada por una emulsión bituminosa.

Figura 7. Resultados del ensayo de corte sobre probetas, a 5°C. Efecto de la dotación de emulsión: (a) con 500 g/m^{2}, (b) con 100 g/m^{2} y (c) sin emulsión

Figura 8. Resultados del ensayo de corte sobre probetas, a 5°C. Efecto de la acción del agua: (a) con 500 g/m^{2}, (b) con 100 g/m^{2} y (c) sin emulsión

Figura 9. Resultados del ensayo de corte sobre probetas. Efecto de la temperatura de ensayo: (a) a 5°C, (b) a 20°C y (c) a 40°C (dotación: 400 g/m^{2})

Figura 10. Resultados del ensayo de corte sobre testigos, a 20°C. Adherencia entre capa de rodadura (D-12) e intermedia (S-20)

Figura 11. Resultados del ensayo de corte sobre testigos, a 20°C. Adherencia entre 1ª y 2ª capa base (G-20)

Ejemplo

Se incluye a modo de ejemplo los resultados obtenidos en la aplicación del procedimiento de ensayo para la caracterización de la adherencia proporcionada por un tipo de emulsión (ECR-1), figuras 7, 8 y 9, estudiando el efecto de:

- dotación de emulsión (desde 100 a 500 g/m^{2}),

- acción del agua (24 horas, 60°C),

- temperatura de ensayo (5, 20 y 40°C),

Adicionalmente, se incluyen los resultados obtenidos al aplicar el ensayo de corte para la caracterización de la adherencia de un riego puesto en obra, a partir del ensayo de testigos extraídos después de su ejecución, figuras 10 y 11.

Claims (3)

1. Procedimiento para la dosificación, caracterización y posterior control de los riegos de adherencia entre capas, caracterizado por determinar la tensión tangencial de rotura en la superficie de unión de las capas a partir de la carga vertical que se aplica en el centro del molde o de la mordaza que convierte la probeta o testigo de ensayo en una viga rígida biapoyada sobre una base especial, por medio de la cual se transmite el esfuerzo cortante a la sección de ensayo.

2. Procedimiento para la dosificación, caracterización y posterior control de los riegos de adherencia entre capas, según la reivindicación primera, caracterizado por la base sobre la que se dispone el molde o la mordaza metálica con la probeta o testigo, en posición horizontal, con dos puntos de apoyo, sobre uno de los cuales se apoya el molde metálico y sobre el otro la capa superior de la probeta o testigo.

3. Procedimiento para la dosificación, caracterización y posterior control de los riegos de adherencia entre capas, según la reivindicación primera, caracterizado por las mordazas que confinan el testigo convirtiéndolo en una viga rígida, que se coloca sobre la base de apoyo que transmite el esfuerzo cortante en la unión de las dos capas que constituyen el testigo.