Evaluación del proceso de fisuración en las mezclas bituminosas mediante el desarrollo de un nuevo ensayo experimental: ensayo Fénix

Abstract

Las solicitaciones producidas por las repetidas cargas del paso de los vehículos y las condiciones ambientales van dando lugar a un deterioro continuo de las capas bituminosas que se emplean en la estructura del firme, degenerando sus propiedades mecánicas, lo que lleva consigo una pérdida estructural y funcional de las carreteras. Uno de los deterioros más frecuentes en las capas bituminosas es el fallo por fisuración, originado principalmente por dos factores: las variaciones térmicas y la fatiga del material, este último, producto de las repetidas aplicaciones de carga que solicitan al firme. Estos fallos se inician mediante microfisuras en el material, y a medida que progresan, la estructura se debilita, permitiendo la infiltración del agua, lo que conlleva a sufrir severos daños estructurales en el firme y serias consecuencias económicas para los organismos encargados de la construcción y gestión de las carreteras. De acuerdo a lo señalado, desde hace un tiempo atrás, muchos investigadores han tratado de abordar la caracterización de las propiedades mecánicas de las mezclas bituminosas relacionadas con el deterioro de fisuración, principalmente por medio de ensayos experimentales. En esta línea de investigación, el Laboratorio de Caminos de la UPC, ha trabajado en el desarrollo de procedimientos para caracterizar y comprender mejor los mecanismos de deterioro que afectan a las mezclas bituminosas. Por ello, en esta Tesis Doctoral, y en el marco del proyecto de investigación FÉNIX, se ha profundizado en esta temática, desarrollando un nuevo procedimiento que pudiera caracterizar las propiedades mecánicas de fractura de las mezclas bituminosas, de una manera simple y sencilla, de manera tal, que se pueda evaluar las fases de inicio y propagación de fisuras que sufren las mezclas bituminosas cuando éstas son solicitadas. Este procedimiento fue llamado ensayo Fénix. Por otra parte, se abarca también en este trabajo de investigación, el comportamiento a fatiga de las mezclas bituminosas, y sus relaciones con las propiedades mecánicas obtenidas por medio del procedimiento propuesto, desarrollando así, un mecanismo que permite estimar rápidamente el comportamiento a fatiga de una mezcla bituminosa, a partir de un procedimiento más rápido y económico, como lo es el ensayo Fénix.

The stresses caused by traffic repeated loading and environmental conditions give rise to a continuous distress of the bituminous layers that make up a pavement, a decrease of their mechanical properties. Subsequently these stresses entail a structural and functional loss in the highways. One of the most frequent distresses in bituminous layers is fatigue cracking, mainly caused by two factors: thermal variation and material fatigue, being this last one a consequence of the repeated load applications on the pavement. These failures begin with microcraks in the material and, as they propagate, the structure weakens, allowing water infiltration and leading the pavement to severe structural damage and highway construction and management administrations to serious financial consequences. In accordance with the above statements, many researchers have tried to deal with the mechanical properties characterization of bituminous mixtures related to cracking distresses, basically through experimental testing. In this research line, the Road Research Laboratory of the UPC has worked on the development of procedures aimed to better characterize and understand distress mechanisms that bituminous mixtures undergo. Therefore, the objective of this doctoral thesis is to study this topic in depth, within the FENIX Project framework, by developing a new procedure able to characterize the fracture mechanical properties of bituminous mixtures in a simple way that enables the assessment of the cracking initiation and propagation stages. This procedure was called Fénix. Furthermore, the fatigue behaviour of bituminous mixtures is also analyzed in this research study, as well as the relationships between the mechanical properties obtained with the proposed procedure. Thus, a method to quickly estimate the fatigue behaviour of a bituminous mixture is developed from a simpler and faster procedure, that is, Fénix test.