WO2013182729A2 - Dispositivo y método de ensayo para la caracterización de materiales ante fenómenos de fisuración - Google Patents

Dispositivo y método de ensayo para la caracterización de materiales ante fenómenos de fisuración Download PDF

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María del Carmen RUBIO GÁMEZ
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Universidad De Granada
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    • G01N2203/0062—Crack or flaws

Definitions

  • the present invention is framed in the field of civil engineering, in particular in the field of mechanical structures and materials. Its most direct application is the characterization and evaluation of the mechanical behavior of bituminous mixtures, for use in the construction of road surfaces.
  • the proposed invention is a device that simulates the stresses generated (shear, flexion and traction) on materials used in the construction of road surfaces, usually bituminous mixtures, during their service life, and that cause the appearance of cracks in them. .
  • this device Associated with the use of this device is proposed, as a second object of the invention, a new test method for the evaluation of the mechanical behavior of materials in the face of cracking phenomena used by the aforementioned device to transmit shear, bending and tensile stresses generated by the application of vertical cyclic loads and thus characterize and evaluate the mechanical behavior of the materials, in particular bituminous mixtures, before cracking phenomena.
  • a cyclic vertical load By applying a cyclic vertical load, the strength of the material can be evaluated from the fissure start phase, until its propagation and material failure.
  • Figure 1 Shows a scheme of the tensions to which the firm is subjected to loads generated by road traffic. It indicates the Cyclic compression stresses, which cause plastic deformations and Tt indicates the cyclic tensile stresses that cause cracking.
  • Figure 2. Shows a schematic view of the elevation of the device.
  • M is the specimen or sample of the material that is attached to the sliding supports, B, and on which a downward vertical thrust is applied.
  • A is the base on which the sliding supports are supported and slid.
  • B. C represents the device or means necessary to apply the vertical thrust.
  • Figure 3. Shows a schematic view of the device in which two vertical stems V are arranged next to the base A, to which devices that They measure the vertical deformations so that they are located in the upper area of the specimen, on the loading head.
  • Figure 4.- Shows a schematic view of the device elevation in which D represents sliding means fixed to the base A with a thickness, a represents the angle of inclination with which the element B slides, and E represents a modification the thickness of the upper part of the sliding element B.
  • Figure 5. Shows a schematic view of an embodiment. Together with the elements A, B and V, described above, Sh and Sv represent the supports where the horizontal, Mh, and vertical strain gauges, Mv, respectively, will be fixed, and T represents the lane on which element B moves Figure 6.- Graph showing the evolution of horizontal and vertical deformations during a test.
  • Figure 7. Graph showing the evolution of horizontal and vertical stiffness during the test.
  • Figure 8. Graph showing the evolution of the horizontal and vertical energy rate during the test.
  • Figure 9. Graph showing the evolution of horizontal and vertical dissipated energy during the test.
  • Figure 10. Graph showing the evolution of the rate of change of horizontal and vertical dissipated energy during the test.
  • Figure 11. Graph showing the evolution of the horizontal and vertical work rate during the test.
  • Figure 12. Graph showing the evolution of horizontal hysteresis cycles during the test.
  • Figure 13. Graph showing the evolution of vertical hysteresis cycles during the test.
  • Figure 14. Graph showing the evolution of the macro-crack during the test under visual inspection.
  • bituminous mixtures bituminous mixture composites plus anti-reflection crack system, or several layers of bituminous bituminous mixture or composite materials (hereinafter “materials”) under shear stresses , flexion and traction similar to those that will be subjected to road traffic and temperature changes (Fig. 1)
  • materials bituminous bituminous mixture or composite materials
  • test device for the evaluation of the mechanical behavior of materials comprises at least the following elements:
  • a base (A) whose elevation is in the form of an isosceles trapezoid whose major base is below the minor base;
  • devices that measure the horizontal deformations caused in the sample preferably LVDT type sensors, are fixed to the front face of the sliding elements (B), so that said measurements are carried out in the lower frontal area of the sample where these deformations are going to be more pronounced.
  • “Front” means the front part of the sample and the device, taking as reference the elevation plane of the device.
  • optical sensors with image recording, or extensometric strips attached directly to the sample can be used.
  • each element (B) is a removable platform, being able to replace it with another of different size and, consequently, perform tests with different sample sizes.
  • the sliding elements (B) slide on the base (A) by rails or rails, preferably using ball carriages adapted to the shape of the rails fixed on the sloping sides of the base so that friction is minimized , allowing the transmission of loads horizontally.
  • the rails, rails or any means of sliding used must have suitable mechanical means, such as bolts or pins, to retain the sliding elements (B) in different positions, depending on the initial separation distance between them elements (B) necessary to evaluate the behavior of the material
  • the sliding means used can have a variable thickness (D) so that on a same base the test of several inclination angles (a) can be carried out without the need to modify or replace the base.
  • This change in angle will be corrected, for example, by a modification (E) in the thickness of the upper part of the sliding element (B).
  • each of these rails comprises a stop placed in its lower part to prevent the exit of the elements (B).
  • the means (C), which make it possible to exert a downward vertical pressure on the sample (M) comprise a part, load application head, made of a resistant material and with sufficient thickness to prevent deformation. during the application of the pressure and that provides a flat surface that serves as a reference to vertical strain gauges.
  • the trapezoidal base (A) is fixed to a support to which two vertical stems are also attached which will be used to carry out the measurement of vertical deformations.
  • the elements (B) slide by means of rails screwed to the non-parallel faces of the base A and two ball carriages fixed to each sliding element (B) so that friction is minimized, allowing the effective transmission of the loads in horizontal sense
  • both the rail (T) fixed to the base and the ball carriages are removable. Rails with different inclinations have been made so that by changing said pieces, the slope on which the elements (B) slide can be modified and thus increase or reduce the horizontal stresses transmitted to the sample.
  • each of these rails consists of a welded end stop to prevent the exit of the sliding elements (B), as well as some fixing bolts to position said sliding elements (B) during the fixation of the sample (M ), depending on the separation distance necessary to evaluate the behavior of the material.
  • each element B is a removable platform, being able to replace it with another of different size to be able to perform tests with different sample sizes; and with different inclination, according to the inclination of the slide offered by the rails used.
  • the two vertical stems (also removable), on which the vertical strain gauges type LVDT (Mv) will be placed, to be placed in the upper area of the specimen, on the load application head, which, connected to a servo press -hydraulic exerts the vertical thrust on the sample.
  • Both stems consist of a head (Sv) with adjustable screws that allow it to be fixed at the desired height and position, depending on the thickness of the sample under study.
  • On the elements (B) two auxiliary elements (Sh) (one on each side) will be placed that will allow the fixation of the horizontal deformation meters (Mh), which will be of the LVDT type, so that said measurements are carried out in the lower frontal area of the specimen where these deformations are going to be more pronounced.
  • two steel rods are used to fix the measurement
  • the separation distance between the sliding elements will vary depending on the test characteristics to be reproduced (sample thickness and type of base damage or degree of adhesion between layers). Thus, there are several possible positions for the start of the trial.
  • the device consists of a load application head that will be composed of a piece of steel with sufficient thickness to avoid deformation during the application of the load and in such a way that it offers a flat surface on which the gauges can be placed.
  • the adhesion of the sample to the platforms placed on the sliding elements (B) will be carried out by using an epoxy resin. This material allows a guarantee set between steel and bituminous mixtures, and is easy to clean once the test is finished.
  • the sample adheres to the device, it is placed in a servo-hydraulic press using a system of logs and pins (both the body formed by the base, the sliding elements and the sample attached to them, as well as the application head loading)
  • the load application head is contacted with the top of the sample (without applying any force or applying a very light preload), and both vertical and horizontal strain gauges are positioned in a central plane of the sample.
  • the test is carried out by means of a cyclic load in the form of sine-verse at tension or controlled deformation, with the parameters (load amplitude, frequency, and rest periods) and test conditions (test temperature, sample humidity , degree of aging, etc.) suitable to evaluate the behavior of the material.
  • the test ends when the fissure in the sample has reached the total thickness section by dividing the sample into two parts.
  • the propagation of the macro-crack along the sample section can be visually controlled.
  • each of the phases of the cracking process can be evaluated (start, propagation and failure), allowing to analyze the mechanical behavior of bituminous mixtures, or of composite systems (by several layers of bituminous mixture, or inclusion in the sample of a system anti-reflection of fissures), before this phenomenon.

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Abstract

La invención propuesta es un dispositivo que permite simular los esfuerzos generados (cortante, flexión y tracción) sobre materiales utilizados en la construcción de firmes de carretera, habitualmente mezclas bituminosas, y que provocan la aparición de fisuras en los mismos. El dispositivo comprende una base (A) cuyo alzado tiene forma de trapecio isósceles; dos elementos deslizantes (B) que se deslizan por las caras no paralelas de la base (A) y a los que se fija una muestra (M) del material que se pretende evaluar; medios mecánicos (C), que permiten ejercer una presión vertical descendente sobre la muestra (M) y medios que permiten medir que las deformaciones verticales y medios que permiten medir las deformaciones horizontales. También se propone un nuevo método de ensayo para la evaluación del comportamiento mecánico de materiales ante fenómenos de fisuración que emplea el dispositivo mencionado.

Description

DISPOSITIVO Y MÉTODO DE ENSAYO PARA LA CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES ANTE FENÓMENOS DE FISURACIÓN
SECTOR DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención está enmarcada en el campo de la ingeniería civil, en particular en el sector de la mecánica de estructuras y materiales. Su aplicación más directa es la caracterización y evaluación del comportamiento mecánico de mezclas bituminosas, para su empleo en la construcción de firmes de carretera.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención propuesta es un dispositivo que permite simular los esfuerzos generados (cortante, flexión y tracción) sobre materiales utilizados en la construcción de firmes de carretera, habitualmente mezclas bituminosas, durante su vida de servicio, y que provocan la aparición de fisuras en los mismos.
Asociado a la utilización de este dispositivo se propone, como segundo objeto de la invención, un nuevo método de ensayo para la evaluación del comportamiento mecánico de materiales ante fenómenos de fisuración que emplea el dispositivo mencionado para transmitir esfuerzos de cortante, flexión y tracción generados por la aplicación de cargas cíclicas verticales y así caracterizar y evaluar el comportamiento mecánico de los materiales, en particular mezclas bituminosas, ante fenómenos de fisuración,. Mediante la aplicación de una carga vertical cíclica puede evaluarse la resistencia del material desde la fase de inicio de fisura, hasta su propagación y fallo del material.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN De entre el conjunto de las patologías sufridas por los firmes de carretera, una de las más comunes a nivel mundial, y una de las principales causantes del fin de su vida de servicio, es la aparición y propagación de fisuras. Así, el estudio de este fenómeno se ha convertido en una de las prioridades en el ámbito de la ingeniería de carreteras. Para ello, resulta fundamental la existencia de ensayos eficientes a nivel de laboratorio que permitan una evaluación previa del material, antes de ser utilizado en el firme. Actualmente existen varios ensayos destinados a la caracterización y evaluación del comportamiento mecánico de mezclas bituminosas ante la aparición de fisuras. No obstante, en la actualidad ninguno de ellos ha sido capaz de erigirse como referencia a nivel internacional para la evaluación de este fenómeno en mezclas bituminosas (al contrario de lo que ocurre con otras patologías comunes como las roderas o las afectadas por la acción del agua). Por una parte, los ensayos que mejores características presentan para analizar dicho comportamiento, no tienen un uso generalizado (siendo muy difícil que éste se lleve a cabo debido principalmente a su alto grado experimental, su sofisticacion y su coste económico) y por tanto, es muy complicado establecerlos como sistema de referencia, y que se lleve a cabo su normalización para hacer extensivo su uso al diseño de mezclas (de manera que sean incluidos en los pliegos de prescripciones técnicas). Por otra parte, los ensayos que a lo largo de los años han tenido un uso más común y/o han sido objeto de normalización, a pesar de proporcionar una información bastante útil para el análisis del comportamiento mecánico de la mezcla, no terminan de ser del todo adecuados para proferir una evaluación de su respuesta ante el fenómeno de fisuración.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Las figuras presentadas en esta memoria tienen mero carácter ilustrativo y no limitativo.
Figura 1.- Muestra un esquema de las tensiones a las que se ve sometido el firme sometido a cargas generadas por el tráfico rodado. Te indica las Tensiones de compresión cíclicas, que provocan deformaciones plásticas y Tt indica las Tensiones de tracción cíclicas que provocan la fisuración.
Figura 2.- Muestra una vista esquemática del alzado del dispositivo. M es la probeta o muestra del material que se encuentra fijada a los apoyos deslizantes, B, y sobre el que se aplican un empuje vertical descendente. A es la base sobre la que se apoyan y deslizan los apoyos deslizantes B. C representa el dispositivo o medios necesarios para aplicar el empuje vertical. Figura 3.- Muestra una vista esquemática del dispositivo en la que junto a la base A se disponen dos vástagos verticales V, a los que se fijarán unos dispositivos que miden las deformaciones verticales de forma que queden situados en la zona superior de la probeta, sobre el cabezal de carga.
Figura 4.- Muestra una vista esquemática del alzado dispositivo en el que D representa unos medios de deslizamiento fijados a la base A con un grosor, a representa el ángulo de inclinación con el que se desliza el elemento B, y E representa una modificación el grosor de la parte superior del elemento deslizante B.
Figura 5.- Muestra una vista esquemática de un modo de realización. Junto a los elementos A, B y V, antes descritos, Sh y Sv representan los soportes donde se fijarán los medidores de deformación horizontal, Mh, y vertical, Mv, respectivamente, y T representa el carril sobre el que se desplaza el elemento B. Figura 6.- Gráfica que muestra la evolución de las deformaciones horizontales y verticales durante un ensayo.
Figura 7.- Gráfica que muestra la evolución de la rigidez horizontal y vertical durante el ensayo.
Figura 8.- Gráfica que muestra la evolución de la tasa de energía horizontal y vertical durante el ensayo.
Figura 9.- Gráfica que muestra la Evolución de la energía disipada horizontal y vertical durante el ensayo.
Figura 10.- Gráfica que muestra la Evolución de la tasa de cambio de energía disipada horizontal y vertical durante el ensayo. Figura 11.- Gráfica que muestra la evolución de la tasa de trabajo horizontal y vertical durante el ensayo.
Figura 12.- Gráfica que muestra la evolución de los ciclos de histéresis horizontales durante el ensayo. Figura 13.- Gráfica que muestra la evolución de los ciclos de histéresis verticales durante el ensayo.
Figura 14.- Gráfica que muestra la evolución de la macro-grieta durante el ensayo bajo inspección visual.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Con el fin de evaluar el comportamiento de un material, en particular mezclas bituminosas, materiales compuestos tipo mezcla bituminosa más sistema anti-reflexión de fisuras, o varias capas de mezcla bituminosa bituminosas o materiales compuestos (en adelante "materiales") ante esfuerzos de cortante, flexión y tracción similares a los que se verán sometidos por el tráfico rodado y los cambios de temperatura (Fig. 1 ), se inducen estos esfuerzos sobre una muestra, espécimen o probeta (en adelante "muestra") de dicho material (M). El dispositivo objeto de esta invención, permite inducir estos esfuerzos
De forma general, el dispositivo de ensayo para la evaluación del comportamiento mecánico de materiales comprende al menos los siguientes elementos:
· una base (A) cuyo alzado tiene forma de trapecio isósceles cuya base mayor se sitúa debajo de la base menor;
• dos elementos deslizantes (B) que se deslizan por las caras no paralelas de la base (A) y sobre los que se fija una muestra (M) del material que se pretende evaluar;
· medios mecánicos (C), que permiten ejercer una presión vertical descendente sobre la muestra (M);
• medios que permiten medir que las deformaciones verticales; y
• medios que permiten medir las deformaciones horizontales. De esta forma, al someter la muestra a un empuje vertical descendente, los elementos (B) se desplazan horizontalmente en sentidos opuestos provocando una tensión de tracción en la muestra equivalente a la que se desea simular y que dará lugar a su fisuración. En una realización preferida (Fig. 3), junto a la base (A) se disponen dos vástagos (V) verticales, a los que se fijarán unos dispositivos que miden las deformaciones verticales de forma que queden situados en la zona superior de la muestra (M). Preferentemente dichos dispositivos serán sensores de distancia basados en un transformador diferencial variable lineal (LVDT). A través de medios que permitan su regulación en la altura y situación sobre la muestra, como puede ser un cabezal con tornillos que ejercen presión sobre el vástago de forma que quede fijado, se colocan los medidores de deformación verticales. En otra realización preferida, unos dispositivos que miden las deformaciones horizontales causadas en la muestra, preferentemente sensores tipo LVDT, se fijan a la cara frontal de los elementos deslizantes (B), de manera que dichas medidas se lleven a cabo en las zona frontal inferior de la muestra donde estas deformaciones van a ser más acentuadas. Por "frontal" se entenderá la parte delantera de la muestra y el dispositivo, tomando como referencia el plano de alzado del dispositivo.
A través de medios que permitan regular su situación respecto a la cara frontal de la muestra, como pueden ser una varilla de acero fijadas al cada elemento (B) y un cabezal con tornillos que ejercen presión sobre la varilla de forma que su posición quede fijada, se colocan los medidores de deformación horizontales.
A modo de ejemplo no limitativo, para medir las deformaciones horizontales y verticales causadas en la muestra se pueden emplear sensores ópticos con grabación de imágenes, o tiras extensométricas adheridas directamente a la muestra.
En otra realización preferida, la parte superior de cada elemento (B), es una plataforma desmontable, pudiendo sustituirla por otra de distinto tamaño y, consecuentemente, realizar ensayos con diferentes tamaños de muestras. En otra realización preferida, los elementos deslizantes (B) se deslizan sobre la base (A) mediante raíles o carriles, preferentemente utilizando carros de bolas adaptados a la forma de los carriles fijados en los lados inclinados de la base para que se minimice el rozamiento, permitiendo la transmisión de forma efectiva de las cargas en sentido horizontal. Los carriles, raíles o cualquier medio de deslizamiento empleado deben contar a su vez con medios mecánicos adecuados, como pueden ser unos pernos o unos pasadores, para retener los elementos deslizantes (B) en distintas posiciones, en función la distancia de separación inicial entre estos elementos (B) necesaria para evaluar el comportamiento del material
Además, (Figura 4) los medios de deslizamiento empleados pueden tener un grosor variable (D) de forma que sobre una misma base puede llevarse a cabo el ensayo de varios ángulos de inclinación (a) sin necesidad de modificar o sustituir la base. Este cambio de ángulo se corregirá, por ejemplo, con una modificación (E) en el grosor de la parte superior del elemento deslizante (B). Con la variación del ángulo de inclinación (a) se conseguirá incrementar o reducir las tensiones horizontales transmitidas a la muestra. Preferentemente, cada uno de estos carriles comprende un tope colocado en su parte inferior para evitar la salida de los elementos (B).
Finalmente, en otra realización preferida, los medios (C), que permiten ejercer una presión vertical descendente sobre la muestra (M) comprenden una pieza, cabezal de aplicación de carga, fabricada en un material resistente y con el suficiente espesor para evitar su deformación durante la aplicación de la presión y que proporcione una superficie plana que sirva de referencia a los medidores de deformación verticales.
MODO DE REALIZACIÓN PREFERIDO
En una realización preferida del dispositivo propuesto (Fig. 5), la base (A) con forma trapezoidal encuentra fijada a un soporte al que también se fijan dos vástagos verticales que serán utilizados para llevar a cabo la toma de medidas de las deformaciones verticales.
Los elementos (B) se deslizan mediante carriles atornillados a las caras no paralelas de la base A y dos carros de bolas fijados a cada elemento deslizante (B) de forma que se minimiza el rozamiento, permitiendo la transmisión de forma efectiva de las cargas en sentido horizontal. Además, tanto el carril (T) fijado a la base como los carros de bolas son desmontables. Se han confeccionados carriles con distintas inclinaciones de forma que cambiando dichas piezas puede modificarse la pendiente sobre la que se deslizan los elementos (B) y así conseguir incrementar o reducir las tensiones horizontales transmitidas a la muestra.
Por su parte, cada uno de estos carriles consta de un tope final soldado para evitar la salida de los elementos deslizantes (B), así como de unos pernos de fijación para posicionar dichos elementos deslizantes (B) durante la fijación de la muestra (M), en función la distancia de separación necesaria para evaluar el comportamiento del material.
Por otro lado, la parte superior de cada elemento B, es una plataforma desmontable, pudiendo sustituirla por otra de distinto tamaño para poder realizar ensayos con diferentes tamaños de muestras; y con distinta inclinación, acorde con la inclinación del deslizamiento que ofrezcan los carriles empleados.
Los dos vástagos verticales (también desmontables), sobre los que se situarán los medidores de deformación verticales tipo LVDT (Mv), a colocar en la zona superior de la probeta, sobre el cabezal de aplicación de carga, que, conectada a una prensa servo-hidráulica ejerce el empuje vertical sobre la muestra. Ambos vástagos constan de un cabezal (Sv) con tornillos regulables que permiten fijarlo en la altura y posición deseadas, en función del espesor de la muestra bajo estudio. Sobre los elementos (B) se colocarán dos elementos auxiliares (Sh) (uno a cada lado) que permitirán la fijación de los medidores de deformación horizontal (Mh), que serán del tipo LVDT, de manera que dichas medidas se lleven a cabo en la zona frontal inferior de la probeta donde estas deformaciones van a ser más acentuadas. Para el posicionamiento de los LVDT's horizontales se emplean dos varillas de acero para fijar la medición
La distancia de separación entre los elementos deslizantes variará en función de las características de ensayo que se deseen reproducir (espesor de la muestra y tipo de desperfecto de la base o grado de adherencia entre capas). Así, existen varios posicionamientos posibles para el inicio del ensayo. Finalmente, el dispositivo consta de un cabezal de aplicación de carga que estará compuesto por una pieza de acero con el suficiente espesor para evitar su deformación durante la aplicación de la carga y de forma que ofrezca una superficie plana sobre la que puedan colocarse los medidores de deformación verticales.
La adhesión de la muestra a las plataformas colocadas sobre los elementos deslizantes (B) se llevará a cabo mediante el empleo de una resina epoxi. Este material permite un fijado de garantía entre el acero y las mezclas bituminosas, y es fácil de limpiar una vez terminado el ensayo.
Finalmente, para facilitar la observación de la propagación de las fisuras, se traza o fija una cuadrícula en la parte anterior de la muestra. Realización del ensayo.
Tras la adhesión de la muestra al dispositivo, éste se coloca en una prensa servo- hidráulica mediante un sistema de tronillos y pasadores (tanto el cuerpo formado por la base, los elementos deslizantes y la muestra adherida a los mismos, como el cabezal de aplicación de carga). Una vez posicionado el dispositivo en la prensa, se pone en contacto el cabezal de aplicación de carga con la parte superior de la muestra (sin aplicar fuerza alguna o aplicando una precarga muy ligera), y se posicionan los medidores de deformación tanto verticales como horizontales en un plano central de la muestra. El ensayo se lleva a cabo mediante una carga cíclica en forma de seno-verso a tensión o deformación controlada, con los parámetros (amplitud de carga, frecuencia, y periodos de descanso) y condiciones de ensayo (temperatura de ensayo, humedad de la muestra, grado de envejecimiento, etc.) adecuados para evaluar el comportamiento del material. El ensayo finaliza cuando la fisura aparecida en la muestra ha alcanzado la sección total del espesor dividiendo la muestra en dos partes.
En el ensayo, durante cada ciclo de aplicación de carga, además de la de la fuerza aplicada, se registrarán las deformaciones horizontales y verticales producidas en un entorno cercano a la zona tensionada (donde aparecerá la fisura), el ángulo de fase entre la carga aplicada y las deformaciones producidas, así como el tiempo empleado en cada ciclo y el número de éstos. Para que la adquisición de estos datos sea efectiva, es necesario un número mínimo de los valores de cada medición tomados en cada ciclo. Así, por cada ciclo de carga es aconsejable determinar al menos entre 10 valores.
Además, mediante un sistema de referencia métrico, podrá controlarse visualmente la propagación de la macro-grieta a lo largo de la sección de la muestra.
A partir de dichos datos podrán determinarse los siguientes valores en cada ciclo:
Deformaciones horizontales y verticales. Relacionando ambas tipos de deformaciones, y la relación entre fin de deformaciones plásticas, la abertura de grieta, y su propagación vertical.
- Rigidez de la muestra horizontal y vertical, y su relación con el proceso de fisuración.
La tasa de energía horizontal y vertical, y su relación con el proceso de fisuración.
La energía disipada horizontal y vertical, y su relación con el proceso de fisuración.
El cambio de energía disipada entre cada ciclo horizontal y vertical, y su relación con el proceso de fisuración.
La tasa de trabajo horizontal y vertical, y su relación con el proceso de fisuración.
- La longitud de propagación de la macro-grieta.
A partir de estos datos podrán evaluarse cada una de las fases del proceso de fisuración (inicio, propagación y fallo), permitiendo analizar el comportamiento mecánico de las mezclas bituminosas, o de sistemas compuestos (por varias capas de mezcla bituminosa, o la inclusión en la muestra de un sistema anti-reflexión de fisuras), ante este fenómeno.
Se incluyen a modo de ejemplo las gráficas (Figuras 6 a 14) con los resultados obtenidos del ensayo de una muestra de mezcla bituminosa (realizado a tensión controlada). En ellas podemos observar cómo al igual que ocurre en el firme, durante la primera etapa del ensayo se produce un proceso de deformación plástica (ciclo 1 hasta el entorno del ciclo 700). Una vez que el material ha deformado plásticamente todo lo que podía (dentro del volumen representativo de estudio), éste se rigidiza, y al seguir soportando ciclos de carga, la energía introducida al sistema por dichos ciclos no puede transformarse en deformación y empieza a aparecer daño en el material, micro-fisuración (inicio de fisura). A partir de este momento, comienza un proceso de propagación de microfisuras cuya coalescencia se transforman en meso-fisuras, y a su vez la coalescencia de éstas en macro-fisura (a partir del entorno del ciclo 700 hasta el entorno del ciclo 2000). Una vez que la macro-fisura ha comenzado, ésta comienza un proceso de propagación estable (del entorno del ciclo 2000 hasta el entorno del ciclo 3800), hasta llegar un punto en el que el material se degrada con mayor rapidez en una última fase en la tiene lugar su fallo por rotura (zona final de las gráficas en torno al ciclo 3800 en adelante).

Claims

REIVINDICACIONES
1 .- Dispositivo de ensayo para la evaluación del comportamiento mecánico de materiales que comprende al menos los siguientes elementos:
• una base (A) cuyo alzado tiene forma de trapecio isósceles cuya base mayor se sitúa debajo de la base menor ;
• dos elementos deslizantes (B) que se deslizan por las caras no paralelas de la base (A) y sobre los que se fija una muestra (M) del material que se pretende evaluar;
• medios mecánicos (C), que permiten ejercer una presión vertical descendente sobre la muestra (M);
• medios que permiten medir que las deformaciones verticales; y
• medios que permiten medir las deformaciones horizontales
2.- Dispositivo según reivindicación anterior, que además comprende dos vástagos (V) verticales, a los que se fijan unos dispositivos que miden las deformaciones verticales de forma que queden situados en la zona superior de la muestra.
3.- Dispositivo según reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los dispositivos que miden las deformaciones horizontales se fijan a la cara frontal de los elementos deslizantes (B), de manera que dichas medidas se llevan a cabo en la zona frontal inferior de la muestra donde estas deformaciones van a ser más acentuadas.
4.- Método de ensayo para la evaluación del comportamiento mecánico de materiales ante fenómenos de fisuracion que emplea el dispositivo según reivindicaciones anteriores para transmitir esfuerzos de cortante, flexión y tracción generados por la aplicación de cargas cíclicas verticales.
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