UGR-FACT DESCRIPCIÓN

El dispositivo de ensayo UGR-FACT para la evaluación del comportamiento a fisuración de mezclas bituminosas, desarrollado por el grupo de investigación labIC permite analizar de forma precisa el la respuesta de este tipo de materiales ante una de las patologías más comunes en los firmes de carretera de todo el mundo.

Utilizando mecanismos de esfuerzos similares a los que provocan la aparición de fisuras en el firme (esfuerzos de flexión y cortante debidos a la acción del tráfico, y esfuerzos de tracción debido a los gradientes térmicos), el dispositivo permite inducir de manera controlada el inicio y desarrollo de un proceso de fisuración por fatiga sobre una probeta de material bituminoso.




Detalle de la simulación del estado tensional sufrido por las mezclas bituminosas durante su vida de servicio

Dispositivo de ensayo UGR-FACT


El dispositivo está compuesto por una base, dos apoyos deslizantes (a) y un cabezal de aplicación de carga (c). La base está formada por el sistema de apoyo y unión del dispositivo a la prensa de ensayo, sobre la que se encuentra soldada la plataforma de deslizamiento de los apoyos deslizantes, compuesta por dos planos inclinados y un par de raíles que permiten el desplazamiento de los apoyos sin riesgo de cabeceos ni movimientos residuales (que puedan inducir errores en las medidas de deformación tomadas), así como por dos vástagos verticales que serán utilizados para llevar a cabo la toma de medidas de las deformaciones verticales en la zona superior de la probeta (d).

Los apoyos deslizantes permiten el movimiento de deformación de la probeta tanto en sentido horizontal como en vertical (reproduciendo dentro del volumen de estudio los esfuerzos de flexión y cortante debidos a las cargas del tráfico, así como de tracción por el peso de los elementos de apoyo, simulando el efecto acentuador de las retracciones térmicas). Estos elementos deslizantes están formados por dos carros de bolas (de forma que se minimiza el rozamiento, permitiendo la transmisión efectiva de las cargas) que se adaptan a la forma de los carriles situados en la base, sobre los que se incorporan dos plataformas de apoyo en las que se fijará la probeta a ensayar (adherida mediante el empleo de una resina epoxi). Además, sobre los apoyos horizontales se colocarán dos elementos auxiliares (uno a cada lado) que permitirán la fijación de los medidores de deformación horizontal (b). La elasticidad ofrecida por los apoyos deslizantes puede ser variable, pudiendo simular diferentes tipos de capas de base (flexibles o rígidas), mediante la inclusión de elementos elásticos.




Detalle de elemento elástico para la simulación de capa flexible


La distancia de separación entre los apoyos deslizantes puede variar en función del tipo de punto crítico de firme que se desee reproducir, de manera que pueden evaluarse firmes en los que en la capa de base existe una cierta discontinuidad (como una fisura o pre-fisura ya existente, o una junta de dilatación), o firmes donde existe algún defecto considerable en la base (como un bache o socavón). Para la fijación de dichas distancias de separación se emplea un sistema de pernos que permiten fijar las posiciones de los carros durante el tiempo de adhesión de la probeta a los mismos antes de ser llevado a cabo el ensayo.

Finalmente, el cabezal de aplicación de carga se trata de un elemento independiente del cuerpo del dispositivo que va unido a la zona superior o travesaño de la prensa, y estará compuesto por una pieza de acero con el suficiente espesor para evitar su deformación durante la aplicación de la carga (y así evitar inducir errores diferenciales por deformaciones propias, independientes a las de la probeta), que proporcione una superficie plana sobre la que puedan colocarse los medidores de deformación verticales




Detalle del cabezal de aplicación de carga y de los LVDT para la medición de deformaciones verticales


El ensayo se lleva a cabo a temperatura controlada en el interior de una cámara climática (para poder evaluar la respuesta del material ante diferentes estados visco-elásticos o elásticos), aplicando cargas cíclicas verticales a tensión controlada en forma de seno-verso, sobre probetas prismáticas de dimensiones adaptables según las necesidades (en función de si se desea evaluar el comportamiento de un material compuesto por un solo tipo de mezcla bituminosa, o por varios en los que se ensaye un sistema multicapa, con o sin alguna solución anti-remonte de fisuras). Los parámetros (amplitud de carga, frecuencia, y periodos de descanso) y condiciones de ensayo (temperatura de ensayo, distancia entre apoyos, humedad, etc.), se adaptarán en función de las necesidades de evaluación del comportamiento del material (clima, tipo de tráfico, velocidad de circulación). El ensayo termina cuando se produce la propagación total de la macro-fisura a través de la probeta, provocando su fallo y separación en dos piezas (o se detiene cuando el número de ciclos de carga alcanza los 2.000.000 de ciclos, considerando que a partir del valor de carga aplicado se encuentra el límite de resistencia a fisuración por fatiga).




Evaluación del comportamiento a fisuración de una sección completa de firme (izq.). Probeta en la que se estudia la eficacia de un geotextil como sistema anti-remonte de fisuras en un paquete de firme


Además, para poder evitar los condicionantes de dispersión tridimensional y aleatoriedad del proceso de fisuración en este tipo de materiales (los cuales pueden inducir a análisis erróneos de la verdadera respuesta), la evaluación de la respuesta mecánica ofrecida se lleva a cabo sobre un volumen representativo del mismo (en el interior del cual tiene lugar el proceso de fisuración). Para ello se realiza un control de las deformaciones verticales y horizontales producidas en ambas caras del volumen representativo.





Detalle de la aleatoriedad y dispersión 3D del fenómeno de fisuración, y de la eficacia de su evaluación en el interior de un volumen representativo de material


A través de la energía disipada en el interior del volumen representativo durante el ensayo, el método UGR-FACT permite precisar el daño sufrido por el material debido al proceso de fisuración. Así, además de poder realizar un análisis fenomenológico de la respuesta mecánica (basado en la relación entre el nivel de tensión aplicado y el ciclo de fallo obtenido), también puede establecerse un parámetro de daño medio que permite precisar la resistencia mecánica del material ante esta patología, así como los umbrales de daño que delimitan su comportamiento. En este sentido, el dispositivo de ensayo UGR-FACT puede ser utilizado para optimización del diseño de los materiales bituminosos, de manera que pueda aumentarse su vida de servicio, contribuyendo al desarrollo de carreteras de larga duración.





Detalle de la expresión de resultados obtenidos en el diseño a fisuración de mezclas bituminosas


Como complemento, para facilitar el análisis del comportamiento a fisuración del material, puede establecerse un control de la evolución de la degradación de la probeta a través de la macro-fisura formada durante el proceso. Así, el dispositivo permite la colocación de una cámara en la que a través de un sistema de referencia a modo malla, y tras el tratamiento digitalizado de las imágenes, permite controlar la evolución del daño sufrido por el material. Estos datos correlacionados con los de la energía disipada en el volumen permiten llevar a cabo un estudio en profundidad de la respuesta mecánica del material.





Detalle del estudio de evolución del proceso de degradación del material a través del análisis de la macro-fisura