Gráficos Módulo-Nº de ciclos hasta el fallo

Una vez todas las probetas ya han sido ensayadas, con los datos experimentales obtenidos del ensayo se grafican en primer lugar las curvas Módulo - Nº de ciclos hasta el

fallo. Con estas gráficas, se puede observar si las probetas han llegado al fallo producido

por fatiga con el fin de establecer una ley de fatiga correcta para cada mezcla. Para ello, se les aplica una deformación inicial a una frecuencia constante de 10 Hz y temperatura de 20ºC y se van fatigando hasta que llegan al 50% de su módulo inicial donde se produce el fallo, según establece la Normativa Europea UNE-EN 12697-8. Inicialmente, para cada una de las mezclas, se han fabricado y ensayado 10 probetas.

Según se ha comentado anteriormente en el Capítulo 2. Estado del arte, las curvas de evolución de los parámetros que indican el fallo por fatiga siguen una forma de “S”, donde según Baaj y Di Benedetto [16] el proceso de degradación de fatiga de una mezcla se puede establecer en tres etapas o fases. Las curvas de Módulo-Número de ciclos hasta

fallo del ensayo a flexión en cuatro puntos, mostradas a continuación, siguen esta forma

también, considerando que dichas probetas ensayadas a fatiga rompen cuando alcanzan finalmente la fase III (la etapa de ruptura), y donde el módulo decrece a mayor velocidad y las macrofisuras (y por tanto, el daño) progresan rápidamente (véase Figura 2.16.). Por lo tanto, el hecho de que se considere el fallo según la normativa al 50% del módulo inicial y por otro lado la curva de Módulo-Número de ciclos pueda no haber alcanzado la definida fase III, pone de manifiesto que puede cometerse el error de dar como rota una mezcla a fatiga, cuando la probeta se encuentra todavía intacta o conserva gran parte de su resistencia a la fisuración por fatiga. Es decir, que si se analizan todos los parámetros resultantes de este ensayo, en particular, la evolución de la deformación, se puede observar que en algunas de las probetas ensayadas, que su carga o su módulo se reduce a la mitad sin que se haya prácticamente iniciado su fallo por fatiga,

Walter Salvador Franco manteniéndose su deformación por debajo de la crítica. Este problema ocurre debido a que en los ensayos de flexotracción, que son los usualmente empleados en España y en muchos países para la evaluación de la resistencia a la fatiga, por hacerse el ensayo a deformación controlada, se establece erróneamente el criterio de fallo a fatiga cuando se reduce la carga o el módulo a la mitad. Si estas probetas, consideradas rotas por el criterio convencional, son sometidas a un nuevo ensayo de fatiga, aumentando la amplitud de deformación, se comportarán como si fuesen nuevas.

De este modo, en todas las probetas de cada mezcla, se ha ido variando la deformación inicial, la cual se mantiene constante durante todo el ensayo, con el objeto de analizar el comportamiento frente al fallo producido por la fatiga de dichas mezclas (dichas deformaciones iniciales impuestas se indican entre paréntesis en las leyendas de las siguientes Figuras).

Sin embargo, es preciso recordar el otro estudio realizado por Di Benedetto [17], en el cual analiza que no existe relación entre el criterio de fatiga establecido cuando el módulo de la mezcla empieza a disminuir de forma rápida (es decir, cuando el ensayo de fatiga pasa de la fase II a la fase III) y la deformación inicial aplicada. Es decir, con independencia de la deformación con que se inicia el ensayo, el valor de deformación con que se pasa a la fase IIIpermanece invariable, tratándose de una constante de la mezcla. Esto lleva a la conclusión de que este valor de deformación constante se trata de la ya mencionada deformación crítica, y por lo tanto, ésta será siempre la misma para cada tipo de mezcla, cuando se llegue a producir el fallo, independientemente del número de ciclos con que se llega al fallo y de la deformación inicial establecida.

Una vez teniendo presentes estos conceptos, ahora sí, a continuación se presentan las curvas obtenidas Módulo - Nº de ciclos hasta el fallo para cada tipo de mezcla (incluidas también en el Anejo 6). Así, como se dibujan las curvas en función del nº de ciclos hasta el fallo, dichas curvas finalizarán cuando se alcance el 50 % del módulo inicial, que es cuando la Normativa Europea establece el fallo a fatiga, sin que se pueda llegar a observar el descenso rápido de módulo (fase III) el cual debería de ser el verdadero criterio de fallo de la mezcla:

Trabajo Final de Máster

Aunque como se ha dicho, en principio, para cada una de las mezclas, estaba previsto el ensayo de 10 probetas, como se puede observar en la anterior Figura 4.8, para la mezcla con betún B 50/70 (1), solamente se han graficado las 7 últimas. Esto es debido a que las tres primeras probetas se descartaron por un error con la maquinaria de ensayo. Con las 7 probetas graficadas se puede observar como todas ellas tienen un comportamiento bastante lineal y similar, donde claramente ninguna de ellas llega al fallo por fatiga (ninguna presenta un descenso de módulo más pronunciado en el final de la curva), sino que necesitan más ciclos para fatigarse. Este hecho, demuestra que el fallo no se produce al 50% del módulo inicial, sino que aparece cuando éste llega alrededor del 20 - 30%, para esta mezcla.

Figura 4. 9. Gráfico Módulo - Nº de ciclos para el betún B 50/70 (2).

Para el betún B 50/70 (2), como se puede observar en la F igura 4.9 anterior, también solo se graficaron 7 probetas; ya que, del mismo modo que en el betún anterior, las tres que faltan no llegaron al 50 % del módulo inicial por un error de la máquina, por lo que quedaron fuera de rango y no se consideraron fiables. Se observa, en este caso, que concretamente las probetas 1-4, 2-1, 2-2 y 2-4 han llegado al fallo por fatiga (produciéndose un mayor descenso de las curvas en su final). El resto de probetas, necesitarían un mayor número de ciclos para llegar al fallo por fatiga (y por lo tanto, una mayor duración del ensayo).

Walter Salvador Franco En este caso, para la mezcla formada por el betún modificado BM3c, no hubo ningún error de la máquina, por lo que todas las probetas previstas inicialmente (10) estaban dentro del rango aceptable y sus ensayos se consideraron fiables. Como se aprecia claramente en la anterior Figura 4.10, todas las probetas tienen un mismo comportamiento a fatiga y ninguna llega a romper (curvas decrecientes bastante lineales, sin los fuertes descensos en sus finales, es decir, sin alcanzar la fase III del proceso de degradación de fatiga donde se produce el fallo). El hecho de que todas las probetas tengan un comportamiento a fatiga similar se debe al carácter fluido de la mezcla, ya que al tratarse de un betún modificado, y por lo tanto, más dúctil y de menor rigidez, hace que dichas probetas sean más difíciles de alcanzar la rotura por fatiga y, por lo tanto, se pone de manifiesto una menor variabilidad en el comportamiento de cada probeta y una menor dispersión de los resultados obtenidos en la gráfica.

Así, del mismo modo que en la mayoría de los casos anteriores, para las probetas de este tipo mezcla con betún modificado, el criterio que establece la Normativa Europea de dejar de realizar el ensayo hasta el 50 % del módulo inicial, no sería suficiente para obtener unos resultados fiables, y poder establecer así, una ley de fatiga correcta. Este criterio de fallo establecido por la normativa, para betunes de gran flexibilidad con ligantes asfálticos modificados o altos porcentajes de betún como se trata de este caso, cobra aún si cabe menos sentido su aplicación, aumentando así el error de criterio ya que la rotura de cada probeta de este tipo de mezcla se produce para un elevado número de ciclos y bajos porcentajes del módulo inicial. De hecho, en los ensayos realizados de esta mezcla, ninguna de las probetas alcanzó la rotura (con el criterio de la fase III) después de un gran nº de ciclos y 2-3 días de duración del ensayo, resultando así imposible fracturar en dos partes la probeta de de la mezcla.

Sin embargo, la ley de fatiga graficada y mostrada posteriormente (Figura 4.12) se puede considerar una buena estimación de la ley de fatiga real, debido precisamente a la característica de ductilidad de la mezcla. Ésta conlleva que todas las probetas ensayadas tengan un comportamiento muy similar, lo que puede ofrecer una menor dispersión de los datos frente a otras mezclas más rígidas y de comportamiento menos previsible. Todo ello, a pesar de que ninguna de las probetas llegue a alcanzar el criterio de fallo y puedan llegar a considerarse como probetas fiables para trazar la ley de fatiga (ésta, por tanto, se tratará de una estimación).

Trabajo Final de Máster

Finalmente, para la mezcla formada por betún caucho BC 35/50, se puede observar en la

Figura 4.11 anterior, como solamente las probetas ensayadas 1-1, 1-2 y 1-3 presentan

una ligera tendencia al fallo, donde se alcanza la fase III del proceso de degradación de fatiga (un mayor decrecimiento en el final de las curvas graficadas), ofreciendo así unos resultados fiables. En el resto de probetas, como en la gran mayoría de las mezclas anteriores, es necesario alargar el ensayo hasta un 20-30% del modulo inicial e imponer una mayor deformación para conseguir la tendencia al fallo, y por tanto, unos resultados que aporten una mayor fiabilidad.