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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)
José Ramón Jiménez IglésiasDirector General
Grupo Inzamac-Tecopy
C/ Alto de la AlbilleraPolígono Industrial de la Hiniesta 7-849025 Zamora (España)
Jesús Bezanilla Ruiz
Director Técnico
Grupo Inzamac-Tecopy
Roberto García García
Director Gestión Tecopysa
Grupo Inzamac-Tecopy
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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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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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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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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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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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.