adherencia capas firme

8/13/2019 Adherencia Capas Firme

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1er SIMPOSIO INTERNACIONAL SOBREESTABILIZACIÓN DE EXPLANADAS YRECICLADO IN SITU DE FIRMES CON

CEMENTO1 AL 4 DE OCTUBRE DE 2001SALAMANCA (ESPAÑA)

1ST INTERNATIONAL SYMPOSIUM ONSUBGRADE STABILISATION ANDIN SITU PAVEMENT RECYCLING

USING CEMENT1 TO 4 OCTOBER 2001SALAMANCA (SPAIN)

ESTUDIO DE ADHERENCIA ENTRE CAPAS DE FIRMEESTABILIZADAS Y RECICLADAS CON CEMENTO

STUDY OF ADHERENCE BETWEEN CAPS OF ROAD SURFACESTABILIZED AND RECYCLED WITH CEMENT

Marco Rodríguez Vidal

Ingeniero Director de Obras

GICAL

Paseo Zorrilla, 48-2º

47006 Valladolid (España)

[email protected]

José Ramón Jiménez IglésiasDirector General

Grupo Inzamac-Tecopy

C/ Alto de la AlbilleraPolígono Industrial de la Hiniesta 7-849025 Zamora (España)

[email protected]

Jesús Bezanilla Ruiz

Director Técnico


Roberto García García

Director Gestión Tecopysa


Comunicación Sesión 1


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RESUMEN

En la autopista León-Burgos, A-231, de titularidad autonómica y gestionada por GICAL, se

han construido y se continúan realizando muchos Km de estabilización de explanadas. Elobjetivo perseguido en este estudio es averiguar la tensión tangencial de adherencia entre lascapas del firme, entre el aglomerado y el Suelo-Cemento (en algún tramo realizado in situ con

la maquinaria de reciclado). Para ello se han obtenido in situ unos testigos de diámetro 100

mm. Estos testigos posteriormente se han roto a cortante en un ensayo de tracción

desarrollado expresamente.

Se continuará el estudio de adherencia con testigos extraídos en tramos de contraste en la

propia obra con variación de parámetros y de varias obras de reciclado realizadas en Palencia,analizándose la importancia del sistema de ejecución para asegurar la adherencia entre capas.

Pretendemos dar a conocer los resultados obtenidos y el contraste con valores de ejecución,

tanto con parámetros de control usuales como con deflectómetro de impacto.

ABSTRACT

In the highway León - Burgos, A-231, of ownership autonomic and managed by GICAL, has

been constructed and they are continued realizing many Km of stabilization of esplanades.

The aim chased in this study is to verify the tangential tension of adherence between the caps

of the road surface, between the agglomerate and the Soil - cement (in some realized section

in situ with the machinery of recycled). For it a few witnesses of diameter have been obtained

in situ 100 mm. These witnesses later have be I rotate butcher in a test of traction developed

expressly.

The study of adherence will be continued with witnesses extracted in sections of contrast inthe own work with variation of parameters and of several works of recycled realized in

Palencia, analyzing the importance of the system of execution to assure the adherence between caps. We try to take to know the obtained results and the contrast with values of

execution, so much with usual parameters of control like with deflectometer about impact.

PALABRAS CLAVE

Tension tangencial, adherencia, capas, ensayo, rotura, testigos, ensayo castellano, suelo-

cemento, aglomerado, riego.

KEY WORDS

Tangential tension, adherence, caps, test, break, witnesses, Castilian test, soil - cement,

agglomerate, irrigation.


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1. DEFINICION Y PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO.La definición y cálculo de las secciones de firme multicapa, dan por supuesto que laadherencia entre las mismas es total. Un rápido recálculo sin esta limitación nos ofrece unosdesalentadores resultados en cuanto a la escasa vida útil del firme.

En la realidad, desconocemos el comportamiento del firme en este aspecto. Por ello, se nos

ocurrió la posibilidad de plantear un método de control y verificación tanto directo como

indirecto. La posibilidad surge dentro de la ejecución del tramo de Autovía A-231, León-Burgos, entre Sahagun-Carrión, Subtramo I, entre las localidades de Sahagún (León) y

Ledigos (Palencia).

La dimensión de calzada es de 2 carriles de 3,5 m y arcén exterior de 2,5 m e interior de 1m.

Esta Autovía tiene un paquete de firme de explanada E31 (terraplén 25 cm, desmonte 40cm)suelo cemento2 25 cm, con aglomerado de G-203 8 cm, S-204 6 cm y PA-125 4 cm en

rodadura.

El método de ejecución ha sido:

• Suelo-Cemento: Preparado en planta de obra según dosificación, con una

adición del 7%, el extendido se realizó con dos extendedoras de

precompactación al 90-95%, en paralelo, a todo lo ancho de calzada. Sin

tratamiento previo de ningún tipo sobre la explanada.

• Riegos de curado e imprimación: con tipo de emulsión ECR 16, y una dotación

de 0,4 Kg/m2 de betún residual. El extendido se realizó con una dosificadoraautomática. El riego de curado se realiza en dos momentos del día, a mediodía

y a ultima hora de la tarde, a lo largo del tajo realizado. El riego deimprimación se realizó a ultima hora de la tarde en el tramo previsto para

ejecutar el día siguiente.

• Aglomerado: Preparado en planta de obra según dosificación para cada tipo,con áridos siliceos y arena caliza. El extendido se realiza con dos extendedoras

en paralelo a todo lo ancho de la calzada

En principio, se pensó en un método indirecto a través de la utilización del deflectómetro deimpacto. Este vehículo permite realizar de una manera sencilla, rápida y económica, gran

número de deflexiones de impacto. A través de una interpretación de los resultados obtenidosy de un seguimiento histórico, podría deducirse la adherencia.

El método directo de control surge, en principio, de la idea de verificar puntualmente parte de

estos resultados de deflectómetro. La intención era extraer unos testigos y verificar de algún

modo la adherencia entre capas de los mismos. De este modo, y procediendo por

1 Según Normativa española.

2 Según Normativa española. El suelo será adecuado, con una resistencia del Suelo-Cemento de 2,5 Mpa a 7

días.3 Según Normativa española.

4

Según Normativa española.5 Según Normativa española.

6 Según Normativa española.


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4

comparación, podríamos llegar a establecer un modelo que nos relacionase el comportamientofrente al deflectómetro con la adherencia entre capas.

Decidimos la posibilidad de utilizar una prensa de tracción para romper los testigos portensión tangencial pura. Procedimos a diseñar, proyectar el ensayo y construirlo. La búsquedaque hicimos del estado de investigación a este punto nos confirmó en las posibilidades reales

de este modelo.

Esta comunicación pretende dar a conocer los resultados obtenidos de este estudio, las

conclusiones a que nos llevo el mismo y las nuevas vías de investigación que surgieron trasun planteamiento más genérico.

La situación actual de este estudio genérico, en fase de desarrollo, se comentará en la

exposición oral de la comunicación. Vaya por delante que nuestro planteamiento general

pretende conseguir la definición de un método de control de la adherencia entre capasrealmente ejecutadas y si sus conclusiones nos lo permiten, establecer unos modelos de

ejecución que garanticen una mejor adherencia.

2. DEFINICION Y DESCRIPCION DEL ENSAYO DE ROTURA.El ensayo busca obtener la tensión tangencial entre capas de firme, en especial, entre capas de

distinto material. Para ello, lo ideal es buscar un ensayo que proporcione un cortante puro en

la sección de contacto.

Las investigaciones del estado del arte en España nos llevaron a tres contactos: la Escuela

Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Barcelona (ETS ICCP

BAR), la normativa alemana DIN al respecto, y el Centro de Estudios Experimentales(CEDEX).

2.1 ETS ICCP Barcelona. Ensayo de corte LCB.D. Felix Pérez, profesor titular del laboratorio de Caminos del Departamento de

Infraestructuras del Transporte y Territorio en la ETS ICCP Barcelona de la UniversidadPolitécnica de Cataluña, ha planteado un ensayo basado en el de corte directo, ensayo de corte

LCB. Plantea el someter a una estructura de gran rigidez a una carga puntual en centro devano. Se puede ver su esquema en la figura adjunta. La parte no protegida por esta estructura

rígida se apoyaría en uno de los extremos y continuaría en voladizo desde él. Por tanto en esa

sección de apoyo la sección estará sometida a una tensión tangencial en cortante puro. La

velocidad de ensayo se ejecuta a velocidad constante de deformación de 1,27 mm/min.

Figura 1: Esquema ensayo de corte LCB


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5

Las condiciones del ensayo estan controladas en temperatura, al protegerse todo el conjuntodentro de una cámara estanca de ensayo. Esto permite realizar distintos estudios de

comportamiento del material en temperaturas distintas, así como la posibilidad de estudiar el

material en vía húmeda de saturación, de un modo controlado.

2.2 Modelo alemán.El modelo alemán esta definido en la norma

7 promocionada por el grupo de trabajo 7.3.8 del

Roads & Traffic Research Society. La extracción de los testigos in situ se realiza del mismo

modo que hemos realizado nosotros, por vía húmeda con broca de cabeza de diamante de 150mm de diámetro.

El diámetro del testigo o probeta definido es de 148/150 mm. Se adjunta un croquis del collar

rigidizador en la figura 2. El ensayo define una temperatura de ensayo controlada de 20º y se

realiza a velocidad constante de deformación de 50 mm/min.

Figura 2: Esquema dispositivo ensayo de corte modelo alemán

La carga se realiza de modo puntual sobre el collarín definido en el croquis, de acuerdo con lamáquina definida en la DIN 51223.

2.3 El modelo CEDEXEl CEDEX propone un ensayo de corte directo con la aplicación de una carga que solo genera

esfuerzo cortante en la sección transversal considerada. Para ello, se empotra rígidamente unade las tongadas del testigo y se aplica una carga puntual, que se reparte a través de una placa

de apoyo perimetral. Este apoyo se situa lo más cerca posible de la sección de ensayo, de

forma que no se genere momento flector en dicha sección.

Con este método, el CEDEX ya ha realizado una serie de ensayos en suelo cemento para la

autopista A-92. Los únicos datos de rotura que disponemos han ofrecido tensiones de rotura

de entre 0,5 y 0,9 Mpa.

7 Testing of layered composite according to Leutner sampling and the testing process. August 1998.


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6

Figura 3: Esquema ensayo de corte modelo CEDEX

Las condiciones de ensayo fueron con temperatura ambiente de 20º C, y una velocidad de

carga de 50 mm/min. El diámetro escogido para los testigos fue de 150 mm, siguiendo elmodelo alemán, y buscando una posible aplicación sencilla futura en obra, de modo que no

aumente el coste de los elementos dispuestos en los laboratorios al utilizar elementos de otros

ensayos habituales.

2.4 Ensayo propuesto. Ensayo Castilla.El ensayo propuesto consiste en romper unas probetas cilíndricas, extraídas in situ o

preparadas en laboratorio, en una prensa a tracción directa, a velocidad constante de

deformación. De este modo pretendemos obtener una tensión de adherencia equivalente a la

tensión tangencial de rotura.

Para ello hemos construido dos mordazas similares a los del croquis de la figura adjunta. Uno

de ellos, el inferior, queda fijo en la prensa. El superior es sometido a un esfuerzo de

deformación constante que terminará por producir la rotura de la sección.

Figura 4: Esquema mordaza ensayo Castilla


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7

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 5 10 15 20

Deformación (mm)

C a r g a ( T m )

Figura 5: Detalles del equipo de ensayo a cortante Castilla

Figura 6: Detalle probeta después del ensayo a cortante

Figura 7: Gráfico resultados de ensayo

3. TRABAJO DE CAMPO. OBTENCION DE TESTIGOS.La realización de los testigos se ejecuto cuando ya se había finalizado el aglomerado de al

menos la capa intermedia, en el tramo elegido. Esto ha provocado disponer de testigos condistintas edades y distintas tipologías de terminación de aglomerado.


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8

Para la obtención de los testigos se utilizó una máquina perforadora a rotación con motor de

gasolina sobre ruedas y patas desplegables, marca MECANICA CIENTIFICA, modelo

270111, con diámetro de broca 0,107 m con espesor de pared de 4mm y corona dentada dediamante

El tramo elegido era de 7,8 Km, entre los Pk 0+000 y 13+400. La definición de los Pk de

extracción se determinó por dimensionado de lotes. En cuanto a su posición en la sección

transversal, se determino aleatoriamente en todo el ancho de la calzada

El proceso de extracción se realizó por vía húmeda, con aportación de agua. Se decidió así

dada la escasa confianza que se tenía de extraer por vía seca probetas de este tamaño de unsuelo cemento tan joven, que provocase el desmenuzamiento del material. La contrapartida

era la alteración que en la muestra puede suponer el aporte de agua. Este punto se valoró

inapreciable, pues el sistema es similar al empleado en sondeos con extracción de muestrainalterada.

Llegados a este punto, se aprovechó para obtener otro tipo de información del proceso de

ejecución, como espesores, aspecto del material en cuanto a densidad y compacidad o

composición visual del material. Esto supuso una ayuda a determinar la idoneidad de la

ejecución realizada.

Se extrajeron un total de 84 testigos, con un tamaño de lote objetivo de 150 metros, pues la

longitud total considerada ha sido de 13.500 m. La distribución de testigos se indica en la

tabla 1.

Tabla 1: Distribución de testigos extraídos

Carril Derecho Carril Izquierdo

Mg Dcho Eje Mg Izqdo Mg Dcho Eje Mg Izqdo

Numero de

testigos

84

48 36

18 11 19 18 10 8

4. ROTURA DE TESTIGOS.El ensayo a cortante sobre la junta de unión entre capas se realizó de acuerdo al método

descrito anteriormente (método Castilla), obteniendo los resultados indicados a continuación:


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Tabla 2: Resultados de ensayo a cortante. Probetas testigo calzada derecha

CALZADA DERECHALOCALIZACION

SC-G20(1) G20(1)-G20(2) G20(2)-S20Qmáx. Qmáx. Qmáx.

P.K. Margen (N) (N) (N)2,400 M.I. 14,7

2,400 M.I. 25,6

2,750 M.D. 24,7

3,400 EJE 36,0

3,775 M.I. 18,7

4,400 M.D. 6,9 16,4

4,785 M.D. 20,1

4,785 M.D. 18,8

5,400 M.I. 3,4 21,35,560 M.I. 16,2

6,400 EJE 12,6 24,2

5,770 M.D. 11,3

7,750 EJE 26,5

7,825 M.I. 18,6

7,860 M.I. 29,9 9,6

7,665 M.D. 40,3 18,6

7,380 M.D. 24,9

7,400 M.D. 7,6

7,420 M.D. 20,8

6,800 M.D. 20,4

0,640 EJE 17,2 28,3

8,400 M.I. 29,9

9,260 M.D. 16,4 21,1 29,7

9,460 EJE 16,5 36,5

9,800 M.D. 20,8

10,150 M.I. 22,1

10,400 M.D. 13,4 20,5

11,650 M.D. 17,0

11,400 M.I. 20,2 10,7

11,100 M.I. 23,2

10,800 M.I. 16,0

11,900 EJE 21,5 17,8

12,200 M.D. 23,3

12,250 EJE 22,1

12,300 M.I. 17,2

12,350 M.D. 22,5

13,400 M.I. 20,7 41,7

12,950 EJE 13,2 30,5

12,680 M.I. 13,8 33,9

12,400 EJE 19,0 16,7


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Figura 7: Gráfico resumen resultados obtenidos probetas testigo calzada derecha

Tabla 3: Resultados de ensayo a cortante. Probetas testigo calzada izquierda

CALZADA IZQUIERDA

LOCALIZACIONSC-G20(1) G20(1)-G20(2) G20(2)-S20

Qmáx. Qmáx. Qmáx.P.K. Margen (N) (N) (N)0,620 EJE 34,7

0,860 M.D. 15,61,400 M.D. 20,1 17,4

1,760 M.I. 15,8

2,730 M.D. 20,2

2,745 M.D. 30,7

3,400 EJE 40,7

3,742 M.D. 23,3

4,400 M.D. 36,3

6,400 EJE 20,5 24,7

6,800 M.I. 17,7

7,400 M.D. 42,2

7,805 M.D. 8,2

7,860 M.D. 17,78,400 M.I. 19,8 36,6

9,260 M.D. 27,7

9,460 EJE 22,3 24,1

9,800 M.D. 17,2

10,400 M.D. 21,8

11,100 EJE 12,9

11,400 M.D. 19,6

11,650 M.D. 16,1

11,900 EJE 19,3 23,1

12,400 EJE 21,0

12,950 EJE 15,5

13,400 M.D. 11,8 25,4

CALZADA DERECHA

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,045,0

0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000

Punto Kilométrico (P.K.)

C a r g a m á x i m a d e d e s p e g u

e

d e c a p a s ( N )

SC-G20(1) G20(1)-G20(2) G20(2)-S20


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Figura 8: Gráfico resumen resultados obtenidos probetas testigo calzada izquierda

El resumen estadístico de resultados obtenidos se muestra en la tabla 4:

Tabla 4: Resumen estadístico de resultados

Carga máxima de despegue entre capas deSuelo-Cemento y Mezcla asfáltica G-20

(Newton)CALZADA DERECHA CALZADA IZQUIERDA

M.I. M.D. EJE GLOBAL M.I. M.D. EJE GLOBALNúmero de Valores 7 10 6 23,0 3 8 3 14,0Valor Máximo 20,7 24,9 21,5 24,9 19,8 30,7 22,3 30,7Valor Mínimo 3,4 6,9 12,6 3,4 15,8 8,2 19,3 8,2Valor Medio 15,9 16,4 16,7 16,3 17,8 18,4 20,7 18,8Desviación Típica 6,0 6,5 3,4 5,5 2,0 6,9 1,5 5,3

Figura 9: Gráficos de frecuencia de resultados

CALZADA IZQUIERDA

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000

Punto Kilométrico (P.K.)

C a r g a m á x i m a d e d e s p e g u e d e

c a p a s ( N )

SC-G20(1) G20(1)-G20(2) G20(2)-S20

0

2

4

6

8

10

12

N ú m e r o d e v a l o r e s ( N )

0 - 5 5 - 10 10 - 15 15 - 20 20 - 25 25 - 30 30 - 35

Intervalo de valores (Newton)

CALZADA DERECHA

S C-G20(1) G20(1)-G20(2) G20(2)-S20

0

1

2

3

4

5

6

N ú m e r o d e v a l o r e s ( N )

0 - 5 5 - 10 10 - 15 15 - 20 20 - 25 25 - 30 30 - 35

Intervalo de valores (Newton)

CALZADA IZQUIERDA

SC-G20(1) G20(1)-G20(2) G20(2)-S20


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5. ESTUDIO DE DEFLEXIONES. ANALISIS.Para el estudio de deflexiones desarrollamos la realización histórica de la medida en toda las

superficies finales de capa a través de un deflectómetro de impacto marca PHOENIX PRI2100 del año 1998. El método de ensayo que se aplica es el descrito en las normas NLT-338/98 y la ASTM D 4694.

Hemos comparado la tensión tangencial con el modulo obtenido en el ensayo de deflexión en

los puntos kilométricos de extracción de los ensayos. El objetivo es determinar si existe una

correlación directa entre ambas variables como primera aproximación que nos permitieraaventurar una hipótesis del grado de adherencia entre capas.

A pesar de todas las variables que intervienen en el ensayo de reflexión podemos observar

una cierta correlación. No obstante pensamos que es mucho más sólido y creíble a estos

efectos el ensayo de corte realizado pues únicamente valora la tensión obtenida.

En el caso del ensayo de tracción, debemos considerar escasas variables, entre ellas las de

alteración del material por la extracción y la de no ser valores comparables al tratarse de dos

materiales de distintas edades, tanto entre ellos como entre ensayos. Tampoco valora el modo

de ejecución real de la unidad de obra. Esto es: no es un ensayo homogéneo.

En el ensayo de deflexión, la alteración del material es inapreciable. Sin embargo, hay otras

muchas variables de tipo teórico y de evolución del material que habría que tener en cuenta.

Esto seria distinto si pudiésemos establecer una relacion, que siempre será teórica, entre la

deflexión a una distancia determinada del punto de impacto y la adherencia entre capas en ese

punto considerado.

6. CONCLUSIONES.La única conclusión de este pequeño estudio, es la de haber procedido a la definición de un

ensayo que puede permitir llegar a conclusiones del estado de la adherencia entre capas delfirme.

Dados los escasos valores obtenidos, no se puede obtener ninguna conclusión teórica al

respecto. Será necesario realizar otros muchas extracciones, el control de las condiciones deejecución y la realización de unos preparados en laboratorio que sirvan de ensayos de test y

comparación con la realidad de la obra ejecutada.

7. NUEVAS VIAS DE INVESTIGACIÓN.A la vista de los resultados obtenidos por la realización de los ensayos, se nos brinda la

posibilidad de profundizar en la disposición de un ensayo que contraste a través de la

obtención de un valor la realidad de la adherencia entre capas.

Para ello será necesario realizar un estudio que ofrezca valores de diferentes comportamientosy materiales tanto en la ejecución como en el laboratorio. Esto puede llevar a definir una


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modificación del modo de ejecución que trate con una mayor rigurosidad los riegos decurado, imprimación y adherenca, tan olvidados en obra hoy día.

Para poder disponer de un ensayo universal, es necesario proceder a la acomodación a losútiles habituales en este tipo de obras para la realización del control de calidad, y que nosupongan un aumento de coste considerable por adquisición de nuevos útiles.

BIBLIOGRAFÍA

(1) Morilla Abad, Ignacio. Control de calidad en obras de carreteras. Seopan, ATC-

AIPCR Española, AEC. 1998

(2) Kraemer, Carlos. Del Val, Miguel Angel. Firmes. Catedra de caminos y aeropuertos.

ETS Ingenieros Caminos Canales y Puertos. Universidad Politecnica de Madrid. 1990.

(3) Casaseca Beneitez, Carlos. Conclusiones de Capas de Rodadura Bituminosas. I

Congresos nacional de firmes. Capas de rodadura Bituminosas. Marzo 1992.

(4) Conclusiones Las capas de base paa firmes de carretera. V Congreso nacional de

firmes.Mayo 2000.

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