V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad

V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad
V. Comportamiento del mástico.
Cohesión y adhesividad
V.1
INTRODUCCIÓN
En este capítulo se exponen y analizan los resultados obtenidos a partir del ensayo
Cántabro de pérdida por desgaste de la campaña experimental, en el contexto del
método UCL®, para la medida de la cohesión y adhesividad del mástico en la mezcla
bituminosa.
En este sentido, se analizan ambas propiedades en relación a las diferentes
características y naturalezas de cada uno de los fílleres estudiados y a su dosificación
en la mezcla asfáltica mediante la metodología ya expuesta. El objetivo es obtener
una dosificación fíller/betún del mástico bituminoso que optimice las propiedades de
cohesión y adhesividad en las mezclas y proponer una fórmula de trabajo en la
dosificación del componente fíller para el diseño de mezclas bituminosas.
Tal y como se ha expuesto con anterioridad, se ha planteado una campaña
experimental que ha constado de ciento cinco (105) ensayos para la determinación de
las propiedades de estudio del mástico bituminoso. Éstos se han distribuido tal y como
queda reflejado en la Tabla V-1 para cada uno de los fílleres empleados y para cada
una de las concentraciones en volumen respecto al ligante bituminoso, en forma de
concentración volumétrica respecto concentración crítica (Cv/Cs).
65
Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la cohesión y adhesividad del mástico
Tabla V-1. Distribución de ensayos en la campaña experimental para la
determinación de la cohesión y adhesividad del mástico en la mezcla bituminosa
mediante el ensayo Cántabro de pérdida por desgaste. Se indican el
número de probetas ensayadas.
Cv/Cs VÍA SECA
Cv/Cs VÍA HÚMEDA
TIPO DE FÍLLER
TOTAL
0.5
1.0
1.5
2.0
0.5
1.0
1.5
3
3
3
3
3
3
3
21
3
3
3
3
3
3
3
21
CAL
3
3
3
3
3
3
3
21
CEMENTO
3
3
3
3
3
3
3
21
3
3
3
3
3
3
3
21
15
15
15
15
15
15
15
105
CARBONATO
CALCINOR
CARBONATO
CISNE
FÍLLER DE
RECUPERACIÓN
TOTAL
Previo a la determinación de las pérdidas por desgaste mediante el ensayo Cántabro,
se ha determinado para cada una de las probetas de ensayo la densidad aparente de
las mezclas y el contenido de huecos de cada una de ellas. Es importante poder
asegurar el ensayo de mezclas porosas, es decir, con un contenido de huecos en
mezcla superior al 20% para que éstas sean sensibles al proceso de erosión y
fragmentación sufrido en la máquina de Los Angeles. Se asume este 20% como el
valor mínimo de huecos en mezcla en el campo de aplicación del ensayo Cántabro.
V.2 DETERMINACIÓN DE DENSIDADES Y
PORCENTAJE DE HUECOS EN MEZCLA
La determinación de las densidades aparentes y huecos en mezcla para cada una de
las probetas se ha llevado a cabo mediante los procedimientos expuestos en la
metodología. Los resultados para estas determinaciones se muestran en las Tablas V2 a V-6 y en las Figuras V-1 a V-5.
66
V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad
Tabla V-2. Densidades aparentes y huecos en mezcla para las mezclas fabricadas con fíller
Carbonato Calcinor y diferentes relaciones Cv/Cs.
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER CARBONATO CALCINOR
Cv/Cc
0,5
1,0
1,920 1,912 1,916 1,922 1,925 1,936 2,000 1,988 1,997 1,997 1,993 1,981
DENSIDAD
(g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
1,922
0,008
1,993
0,007
26,4
HUECOS
EN
MEZCLA
(%)
26,8
26,6
26,4
26,2
25,9
23,5
24,0
23,6
σ (%)
media (%)
σ (%)
26,4
0,310
23,8
0,262
1,5
2,232
2,204
2,238
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
2,079
0,011
2,225
0,018
21,4
20,6
20,7
24,2
2,0
2,061 2,080 2,078 2,074 2,087 2,094
HUECOS
EN
MEZCLA
(%)
23,8
media (%)
Cv/Cc
DENSIDAD
(g/cm3)
23,6
20,8
20,4
20,1
15,2
16,3
15,0
media (%)
σ (%)
media (%)
σ (%)
20,7
0,432
15,5
0,679
2,250
3
Densidad aparente (g/cm )
2,200
2,150
2,100
2,050
2,000
1,950
1,900
27,0
25,0
23,0
21,0
19,0
17,0
15,0
Huecos en mezcla (%)
CARBONATO CALCINOR
Figura V-1. Evolución de huecos en mezcla y densidad aparente a medida que se incrementa la
relación volumétrica f/b con fíller Carbonato Calcinor. Valores de Cv/Cs=0.5, 1.0, 1.5 y 2.0.
67
Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la cohesión y adhesividad del mástico
Tabla V-3. Densidades aparentes y huecos en mezcla para las mezclas fabricadas con fíller
Carbonato Cisne y diferentes relaciones Cv/Cs.
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER CARBONATO CISNE
Cv/Cc
0,5
1,0
1,912 1,869 1,887 1,894 1,891 1,878 1,917 1,916 1,924 1,942 1,929 1,916
DENSIDAD
(g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
1,889
0,015
1,924
0,010
26,7
HUECOS
EN
MEZCLA
(%)
28,4
27,7
27,4
27,5
28,0
26,6
26,6
26,3
σ (%)
media (%)
σ (%)
27,6
0,559
26,3
0,384
1,5
1,995
1,982
1,985
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
1,959
0,007
1,987
0,007
24,7
25,5
25,0
25,0
26,6
2,0
1,966 1,945 1,960 1,959 1,963 1,963
HUECOS
EN
MEZCLA
(%)
26,1
media (%)
Cv/Cc
DENSIDAD
(g/cm3)
25,6
24,8
24,9
23,7
24,2
24,1
media (%)
σ (%)
media (%)
σ (%)
25,0
0,284
24,0
0,257
2,000
3
Densidad aparente (g/cm )
1,980
1,960
1,940
1,920
1,900
1,880
28,0
27,0
26,0
25,0
24,0
23,0
Huecos en mezcla (%)
CARBONATO CISNE
Figura V-2. Evolución de huecos en mezcla y densidad aparente a medida que se incrementa la
relación volumétrica fíller/betún con fíller Carbonato Cisne. Valores de Cv/Cs=0.5, 1.0, 1.5 y 2.0.
68
V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad
Tabla V-4. Densidades aparentes y huecos en mezcla para las mezclas fabricadas con fíller Cal y
diferentes relaciones Cv/Cs.
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER CAL
Cv/Cc
0,5
1,0
1,868 1,874 1,862 1,874 1,867 1,868 1,884 1,881 1,892 1,875 1,886 1,871
DENSIDAD
(g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
1,869
0,005
1,882
0,008
28,3
HUECOS
EN
MEZCLA
(%)
28,1
28,6
28,1
28,4
28,3
27,6
27,7
27,3
σ (%)
media (%)
σ (%)
28,3
0,186
27,7
0,300
1,5
1,910
1,910
1,892
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
1,890
0,010
1,904
0,010
27,1
27,5
27,1
27,2
28,1
2,0
1,897 1,886 1,896 1,893 1,898 1,873
HUECOS
EN
MEZCLA
(%)
27,5
media (%)
Cv/Cc
DENSIDAD
(g/cm3)
28,0
27,0
28,0
26,5
26,8
27,2
media (%)
σ (%)
media (%)
σ (%)
27,3
0,375
26,8
0,350
1,910
3
Densidad aparente (g/cm )
1,900
1,890
1,880
1,870
1,860
28,5
28,0
27,5
27,0
26,5
Huecos en mezcla (%)
CAL
Figura V-3. Evolución de huecos en mezcla y densidad aparente a medida que se incrementa la
relación volumétrica fíller/betún con fíller Cal. Valores de Cv/Cs=0.5, 1.0, 1.5 y 2.0.
69
Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la cohesión y adhesividad del mástico
Tabla V-5. Densidades aparentes y huecos en mezcla para las mezclas fabricadas con fíller Cemento
y diferentes relaciones Cv/Cs.
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER CEMENTO
Cv/Cc
0,5
1,0
1,879 1,889 1,895 1,892 1,880 1,888 1,913 1,904 1,921 1,930 1,918 1,902
DENSIDAD
(g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
1,887
0,006
1,915
0,011
28,1
HUECOS
EN
MEZCLA
(%)
27,7
27,5
27,6
28,1
27,7
27,0
27,3
26,7
σ (%)
media (%)
σ (%)
27,8
0,247
26,9
0,401
1,5
2,023
2,030
2,011
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
1,961
0,010
2,021
0,010
25,4
25,2
25,3
25,8
27,4
2,0
1,959 1,965 1,963 1,949 1,977 1,952
HUECOS
EN
MEZCLA
(%)
26,8
media (%)
Cv/Cc
DENSIDAD
(g/cm3)
26,3
24,8
25,7
23,3
23,0
23,8
media (%)
σ (%)
media (%)
σ (%)
25,4
0,380
23,4
0,368
2,040
3
Densidad aparente (g/cm )
2,020
2,000
1,980
1,960
1,940
1,920
1,900
1,880
28,0
27,0
26,0
25,0
24,0
23,0
Huecos en mezcla (%)
CEMENTO
Figura V-4. Evolución de huecos en mezcla y densidad aparente a medida que se incrementa la
relación volumétrica fíller/betún con fíller Cemento. Valores de Cv/Cs=0.5, 1.0, 1.5 y 2.0.
70
V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad
Tabla V-6. Densidades aparentes y huecos en mezcla para las mezclas fabricadas con fíller de
recuperación y diferentes relaciones Cv/Cs.
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER DE RECUPERACIÓN
Cv/Cc
0,5
1,0
1,850 1,861 1,872 1,892 1,882 1,888 1,924 1,896 1,928 1,905 1,922 1,923
DENSIDAD
(g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
1,874
0,016
1,916
0,013
29,1
HUECOS
EN
MEZCLA
(%)
28,7
28,3
27,5
27,9
27,7
26,3
27,4
26,2
σ (%)
media (%)
σ (%)
28,2
0,629
26,6
0,485
1,5
2,023
2,042
2,035
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
media (g/cm3)
σ (g/cm3)
1,960
0,011
2,033
0,010
25,4
24,6
24,7
26,4
2,0
1,951 1,970 1,967 1,942 1,968 1,960
HUECOS
EN
MEZCLA
(%)
26,4
media (%)
Cv/Cc
DENSIDAD
(g/cm3)
27,0
25,7
24,7
25,0
22,7
22,0
22,2
media (%)
σ (%)
media (%)
σ (%)
25,0
0,426
22,3
0,356
2,040
2,020
3
Densidad aparente (g/cm )
2,000
1,980
1,960
1,940
1,920
1,900
1,880
1,860
29,0
28,0
27,0
26,0
25,0
24,0
23,0
22,0
Huecos en mezcla (%)
FÍLLER DE RECUPERACIÓN
Figura V-5. Evolución de huecos en mezcla y densidad aparente a medida que se incrementa la
relación volumétrica fíller/betún con fíller de recuperación. Valores de Cv/Cs=0.5, 1.0, 1.5 y 2.0.
71
Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la cohesión y adhesividad del mástico
Atendiendo a los resultados, se pone de manifiesto su coherencia en relación a la
variación de huecos en mezcla a medida que aumenta la densidad de la misma. En
este sentido, es evidente que a medida que se incrementa la relación volumétrica
fíller/betún, el polvo mineral ejerce un efecto rellenador que se refleja en una
disminución de la porosidad de la mezcla, aumentando su densidad.
Cabe destacar el bajo contenido de huecos en mezcla de las probetas fabricadas con
fíller Carbonato Calcinor y una relación volumétrica respecto a la concentración crítica
de fíller de 2.0. El valor de 15.5 % de huecos en mezcla no correspondería, por
definición, a una mezcla porosa y se podría reflejar en problemas de sensibilidad en el
ensayo Cántabro al estar fuera de su campo de aplicación. Se puede aventurar que
esta disminución de huecos se debe a una sobrefillerización de la mezcla, es decir, una
cantidad de fíller en exceso que no proporciona una aumento de la capacidad de
cohesión del mástico, sino al contrario, la sobrefillerización quedará reflejada en el
ensayo Cántabro mediante una mayor capacidad de disgregación de la probeta por
rigidización y menor capacidad de deformación del mástico, con el consecuente
aumento de pérdidas por desgaste.
Realizando un análisis comparativo entre el porcentaje de huecos en mezcla y las
relaciones Cv/Cs entre los diferentes fílleres (Figura V-6), o bien entre las densidades
aparentes y las relaciones Cv/Cs (Figura V-7), ya se ponen de manifiesto
características propias de la naturaleza de cada uno de los fílleres estudiados.
29,0
Huecos en mezcla (%)
27,0
25,0
23,0
21,0
19,0
17,0
15,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Cv/Cs
Carbonato Calcinor
Carbonato Cisne
Cemento
Fíller de recuperación
Cal
Figura V-6. Evolución de los huecos en mezcla para los diferentes fílleres de estudio a medida que se
incrementa la relación volumétrica fíller/betún.
72
V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad
2,250
3
Densidad aparente (g/cm )
2,200
2,150
2,100
2,050
2,000
1,950
1,900
1,850
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Cv/Cs
Carbonato Calcinor
Carbonato Cisne
Cemento
Fíller de recuperación
Cal
Figura V-7. Evolución de las densidades aparentes para las mezclas fabricadas con los diferentes
fílleres de estudio a medida que se incrementa la relación volumétrica fíller/betún.
Se puede observar que las variaciones más importantes en el porcentaje de huecos en
mezcla y en las densidades aparentes a medida que se aumenta la relación Cv/Cs, se
encuentran en las muestras fabricadas con fíller Carbonato Calcinor, fruto de su
elevada concentración crítica de fíller respecto a los demás fílleres, del orden de dos
veces respecto a los polvos minerales de Carbonato Cisne, cemento y fíller de
recuperación, y de tres veces respecto al fíller cal. A su vez, también queda patente
que el efecto de la densificación de la mezcla debido a la propia densidad del fíller
queda en un segundo plano frente a la densificación de la mezcla por el efecto
rellenador del fíller, dado el valor de la concentración crítica.
Del mismo modo, el fíller cal es el que presenta menores variaciones en relación al
porcentaje de huecos en mezcla y densidades aparentes a medida que aumenta su
concentración volumétrica fíller/betún, atendiendo a su bajo valor de concentración
crítica de fíller respecto a los demás polvos minerales, junto con su baja densidad.
De este modo, a partir de las Figuras V-6 y V-7 se puede realizar una primera
aproximación a una valoración cualitativa de las características físicas de las partículas
de fíller. Así, aquellas curvas más tendidas indican una superficie específica de fíller
mayor y una textura superficial más rugosa que las curvas con pendientes mayores.
Está claro que, para una misma variación de Cv/Cs, aquellos fílleres que proporcionen
a la mezcla un menor incremento de densidad o un menor descenso de huecos,
indican una aportación en masa a la mezcla menor, fruto de un valor bajo de su
73
Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la cohesión y adhesividad del mástico
concentración crítica, traducible en una alta rugosidad y superficie específica. Esta
característica se puede observar, claramente, mediante una comparación entre el fíller
cal y el fíller Carbonato Calcinor.
V.3 LA COHESIÓN Y ADHESIVIDAD DEL
MÁSTICO EN LA MEZCLA BITUMINOSA
V.3.1
LA COHESIÓN DEL MÁSTICO. EL ENSAYO
CÁNTABRO POR VÍA SECA
A continuación, se presentan los resultados obtenidos para la medida de la cohesión
del mástico bituminoso mediante el ensayo Cántabro de pérdidas por desgaste. Se
presentan los resultados en las Tablas V-7 a V-11 y en las Figuras V-8 a V-13, para
cada uno de los fílleres de estudio.
De los resultados obtenidos a partir del ensayo Cántabro se observan diferentes
mínimos de pérdidas por desgaste para los fílleres de estudio. En general, estos
mínimos se encuentran comprendidos entre valores Cv/Cs de 1.0 y 1.5 y,
específicamente, para todos los fílleres excepto para la cal, los mínimos de pérdidas se
encuentran comprendidos entre valores Cv/Cs de 1.3 y 1.5, mientras que, para este
último, el mínimo se encuentra cercano a Cv/Cs=1.0.
Las pérdidas por desgaste para relaciones Cv/Cs óptimas oscilan entre el 8% y el 10%
excepto para las mezclas fabricadas con cal, estando, en este caso, alrededor del
13%.
Tabla V-7. Pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller Carbonato Calcinor
para la medida de la cohesión del mástico (vía seca).
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER CARBONATO CALCINOR
Cv/Cc
PÉRDIDAS
(%)
0,5
1,0
1,5
2,0
14,76 14,95 12,81 11,85 8,75 10,43 12,70 11,56 11,65 34,43 43,69 30,34
MEDIA (%)
14,17
10,35
11,97
36,15
σ (%)
1,187
1,551
0,638
6,840
74
V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad
Pérdidas al Cántabro por vía seca (%)
40,00
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Carbonato Calcinor
Figura V-8. Evolución de las pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller
Carbonato Calcinor para la medida de la cohesión del mástico (vía seca).
Tabla V-8. Pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller Carbonato Cisne para la
medida de la cohesión del mástico (vía seca).
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER CARBONATO CISNE
Cv/Cc
PÉRDIDAS
(%)
0,5
1,0
1,5
12,71 13,51 15,44 11,63 11,24 11,61
8,88
7,56
2,0
9,30
9,82
8,93
MEDIA (%)
13,89
11,49
8,58
9,23
σ (%)
1,403
0,217
0,907
0,511
8,94
Pérdidas al Cántabro por vía seca (%)
15,00
13,00
11,00
9,00
7,00
5,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Carbonato Cisne
Figura V-9. Evolución de las pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller
Carbonato Cisne para la medida de la cohesión del mástico (vía seca).
75
Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la cohesión y adhesividad del mástico
Tabla V-9. Pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller Cal para la medida de
la cohesión del mástico (vía seca). La notación n/v indica ensayo no válido. En este caso, el valor de
pérdida por desgaste resultaba muy disperso, posiblemente, por un error en la dosificación o en el
proceso de fabricación.
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER CAL
Cv/Cc
PÉRDIDAS
(%)
0,5
1,0
1,5
15,01 14,30 16,49 12,66 13,64 13,77 14,68 15,47
2,0
n/v
16,41 14,98 14,72
MEDIA (%)
15,27
13,36
15,08
15,37
σ (%)
1,117
0,605
0,561
0,910
Pérdidas al Cántabro por vía seca (%)
16,00
15,00
14,00
13,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Cal
Figura V-10. Evolución de las pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller Cal
para la medida de la cohesión del mástico (vía seca).
Tabla V-10. Pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller Cemento para la
medida de la cohesión del mástico (vía seca).
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER CEMENTO
Cv/Cc
PÉRDIDAS
(%)
0,5
1,0
13,11 13,94 11,83 11,16 10,50 12,86 10,24
1,5
8,68
2,0
9,90
14,84 11,69 14,85
MEDIA (%)
12,96
11,51
9,61
13,79
σ (%)
1,064
1,217
0,816
1,822
76
V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad
Pérdidas al Cántabro por vía seca (%)
15,00
14,00
13,00
12,00
11,00
10,00
9,00
8,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Cemento
Figura V-11. Evolución de las pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller
Cemento para la medida de la cohesión del mástico (vía seca).
Tabla V-11. Pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller de recuperación para
la medida de la cohesión del mástico (vía seca).
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER DE RECUPERACIÓN
Cv/Cc
PÉRDIDAS
(%)
0,5
1,0
15,61 14,18 12,53 10,65 11,44
1,5
9,91
10,19 11,26
2,0
9,53
18,65 19,00 20,00
MEDIA (%)
14,11
10,67
10,33
19,22
σ (%)
1,543
0,768
0,871
0,701
Pérdidas al Cántabro por vía seca (%)
20,00
18,00
16,00
14,00
12,00
10,00
8,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Fíller de recuperación
Figura V-12. Evolución de las pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller de
recuperación para la medida de la cohesión del mástico (vía seca).
77
Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la cohesión y adhesividad del mástico
Se puede afirmar que todas las mezclas fabricadas con los diferentes fílleres poseen
un comportamiento similar hasta relaciones Cv/Cs=1.4, en relación a la capacidad del
mástico para cohesionar al conjunto, a excepción del fíller cal, cuyo valor Cv/Cs se
reduce a 1.0. A partir de este valor, pequeñas variaciones en la relación Cv/Cs se
traducen en incrementos de las pérdidas por desgaste, tanto mayores cuanto mayor
es el valor de la concentración crítica de fíller. Está claro que, una vez se comienza a
sobrefillerizar a la mezcla, para un mismo valor de Cv/Cs, aquellas mezclas con un
mayor exceso de fíller son las fabricadas con fílleres de mayor valor de concentración
crítica. En este sentido, es de esperar que este tipo de mezclas sufran mayores
pérdidas por desgaste al rigidizarse más y tener una menor capacidad de absorber los
esfuerzos por deformación.
Pérdidas al Cántabro por vía seca (%)
40,00
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Carbonato Calcinor
Carbonato Cisne
Cal
Cemento
Fíller de recuperación
Figura V-13. Evolución de las pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con los
diferentes fílleres de estudio para la medida de la cohesión del mástico (vía seca).
Dentro del rango óptimo Cv/Cs que maximiza la cohesión del mástico en la mezcla,
todos los polvos minerales excepto la cal proporcionan al mástico un grado de
cohesión similar atendiendo a los valores de pérdidas por desgaste.
En este contexto de la medida de la cohesión por vía seca, el fíller cal no sería el más
apropiado para optimizar esta propiedad en la mezcla bituminosa aunque, como se
verá más adelante, presenta unos efectos más beneficiosos que otros fílleres en
relación a la adhesividad. La mezcla fabricada con cal posee un comportamiento
significativamente diferente al de los otros fílleres, atendiendo al valor de su densidad
aparente en tolueno de 0.3 g/cm3, valor que proporciona una idea de su elevado
78
V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad
grado de finura o superficie específica que, junto con su elevada rugosidad superficial,
lo convierten en un fíller con una elevada demanda de ligante bituminoso. Por este
motivo, el mástico formado con fíller cal posee una mayor sensibilidad a las
variaciones de Cv/Cs, es decir, pequeñas variaciones del valor Cv/Cs representan
variaciones significativas en su comportamiento viscoso, pudiendo llegar a rigidizarse
más rápidamente.
Se puede afirmar que, para una misma relación Cv/Cs en los distintos fílleres de
estudio, los fílleres con menor valor de concentración crítica confieren a la mezcla una
película de mástico de menor espesor, lo que conlleva a una menor capacidad
cohesiva del mástico y a un mayor contenido de huecos en mezcla.
Generalizando para todo tipo de fíller, se puede concluir que las mejores respuestas de
los polvos minerales en las propiedades cohesivas del mástico bituminoso se obtienen
para relaciones Cv/Cs entre 1.0 y 1.5.
Como ejemplo, la Figura V-14 muestra dos probetas de ensayo, una previa y la otra
posterior a ser sometidas al ensayo Cántabro para la medida de la cohesión.
Figura V-14. Probetas de ensayo fabricadas con fíller Carbonato Calcinor. La imagen de la izquierda
corresponde a la probeta antes de someterla al ensayo Cántabro de pérdidas por desgaste por vía
seca. La imagen derecha corresponde a la probeta ya ensayada.
V.3.2
LA ADHESIVIDAD DEL MÁSTICO. EL ENSAYO
CÁNTABRO POR VÍA HÚMEDA
A continuación, se presentan los resultados obtenidos para la medida de la
adhesividad del mástico bituminoso mediante el ensayo Cántabro de pérdidas por
desgaste. Se presentan los resultados en las Tablas V-12 a V-16 y en las Figuras V-15
a V-20, para cada uno de los fílleres de estudio. Los resultados se exponen
79
Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la cohesión y adhesividad del mástico
comparativamente con los obtenidos para la medida de la cohesión por vía seca, de tal
forma que se pueda observar con claridad la variación de pérdidas entre ambas
condiciones de ensayo.
Tabla V-12. Pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller
Carbonato Calcinor para la medida de la adhesividad del mástico (vía húmeda).
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER CARBONATO CALCINOR
Cv/Cc
0,5
PÉRDIDAS
(%)
1,0
1,5
51,63 53,69 45,26 30,53 25,05 33,72 32,24 32,30
MEDIA (%)
50,20
29,76
31,74
σ (%)
4,393
4,383
0,905
30,70
60,00
Pérdidas al Cántabro (%)
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Carbonato Calcinor VS
Carbonato Calcinor VH
Figura V-15. Evolución de las pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® con fíller Carbonato
Calcinor para la medida de la adhesividad del mástico (vía húmeda). Comparación con vía seca.
Tabla V-13. Pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller
Carbonato Cisne para la medida de la adhesividad del mástico (vía húmeda).
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER CARBONATO CISNE
Cv/Cc
PÉRDIDAS
(%)
80
0,5
1,0
1,5
53,45 59,36 49,01 46,37 34,20 36,23 27,21 23,85
MEDIA (%)
53,94
38,93
24,13
σ (%)
5,190
6,518
2,942
21,34
V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad
Pérdidas al Cántabro (%)
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Carbonato Cisne VS
Carbonato Cisne VH
Figura V-16. Evolución de las pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® con fíller Carbonato
Cisne para la medida de la adhesividad del mástico (vía húmeda). Comparación con vía seca.
Tabla V-14. Pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller
Cal para la medida de la adhesividad del mástico (vía húmeda).
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER CAL
Cv/Cc
0,5
PÉRDIDAS
(%)
1,0
1,5
64,02 63,98 61,68 57,83 51,30 65,79 31,60 26,95
MEDIA (%)
63,23
58,31
29,28
σ (%)
1,335
7,255
3,286
28,88
70,00
Pérdidas al Cántabro (%)
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Cal VS
Cal VH
Figura V-17. Evolución de las pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® con fíller Cal para la
medida de la adhesividad del mástico (vía húmeda). Comparación con vía seca.
81
Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la cohesión y adhesividad del mástico
Tabla V-15. Pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller
Cemento para la medida de la adhesividad del mástico (vía húmeda).
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER CEMENTO
Cv/Cc
0,5
PÉRDIDAS
(%)
1,0
1,5
43,54 55,96 52,48 35,02 32,08 30,01 19,98 19,45
MEDIA (%)
50,66
32,37
22,99
σ (%)
6,404
2,520
5,681
29,54
60,00
Pérdidas al Cántabro (%)
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Cemento VS
Cemento VH
Figura V-18. Evolución de las pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® con fíller Cemento para
la medida de la adhesividad del mástico (vía húmeda). Comparación con vía seca.
Tabla V-16. Pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con fíller
de recuperación para la medida de la adhesividad del mástico (vía húmeda).
MEZCLA PATRÓN UCL® CON FÍLLER DE RECUPERACIÓN
Cv/Cc
PÉRDIDAS
(%)
82
0,5
1,0
1,5
78,06 69,23 65,49 67,92 63,92 54,61 35,07 30,21
MEDIA (%)
70,93
62,15
32,65
σ (%)
6,456
6,829
2,432
32,66
V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad
80,00
Pérdidas al Cántabro (%)
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Fíller de recuparción VS
Fíller de recuperación VH
Figura V-19. Evolución de las pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® con fíller de
recuperación para la medida de la adhesividad del mástico (vía húmeda). Comparación con vía seca.
80,00
Pérdidas al Cántabro (%)
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Carbonato Calcinor VH
Cemento VH
Carbonato Cisne VS
Fíller de recuperación VS
Carbonato Cisne VH
Fíller de recuperación VH
Cal VS
Cal VH
Carbonato Calcinor VS
Cemento VS
Figura V-20. Evolución de las pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas con los
diferentes fílleres de estudio para la medida de la adhesividad del mástico (vía húmeda).
Comparación con los valores obtenidos para la medida de la cohesión por vía seca.
De los resultados obtenidos a partir del ensayo Cántabro por vía húmeda se observa
que los mínimos de pérdidas por desgaste para los fílleres de estudio se encuentran
alrededor de las mismas relaciones Cv/Cs que los mínimos de pérdidas para el ensayo
83
Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la cohesión y adhesividad del mástico
por vía seca, excepto para el fíller cal que continua experimentando menores pérdidas
para una relación Cv/Cs=1.5.
Las pérdidas por desgaste para relaciones Cv/Cs óptimas oscilan entre el 23% y el
33%, lo que supone un aumento de las pérdidas de cohesión respecto a las pérdidas
por vía seca de, aproximadamente, el 300%. En este sentido, se pone de manifiesto el
efecto perjudicial de la acción del agua sobre las mezclas bituminosas.
Se observa, a su vez, la sustancial sensibilidad de los fílleres a la variación de la
relación Cv/Cs en la medida de la adhesividad. Mientras que por vías seca existen
variaciones de pérdidas del orden del 5% en el rango óptimo Cv/Cs, por vía húmeda
estas variaciones llegan hasta el 30% para algunos fílleres.
Las Figuras V-21 y V-22 muestran el incremento de pérdidas por vía húmeda de las
diferentes mezclas y el factor de incremento de pérdidas por desgaste, entendido éste
como el número de veces que se aumentan las pérdidas por vía húmeda respecto a
Incremento de pérdidas al Cántabro Vs vs VH
(%)
las pérdidas por vía seca para una misma relación Cv/Cs.
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0
0,5
1
1,5
2
C v/C s
Carbonato Calcinor
Carbonato Cisne
Cal
Cemento
Fíller de recuperación
Figura V-21. Evolución del incremento de pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL® fabricadas
con los diferentes fílleres de estudio mediante condiciones de ensayo por vía seca y vía húmeda.
Atendiendo a las Figuras V-20 y V-21, se observa el mayor efecto estabilizador de la
cal y del cemento frente a la acción del agua. Estos resultados concuerdan con los
expuestos por Ishai y Craus (1977) que exponían que en estas circunstancias hay una
modificación sustancial de los fenómenos de la interfase entre el mástico y el árido
hidrófilo empleado en la dosificación. A medida que penetra el agua, la superficie del
84
V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad
árido, que inicialmente es de tipo ácido, se va volviendo básica atendiendo a la
basicidad proporcionada por el fíller. Este nuevo estado es afín a los componentes de
tipo ácido del betún, lo que provoca una adsorción química entre los radicales ácidos
del betún y los iones de calcio que recubren la superficie del árido. Debido a este
fenómeno el betún tiende a extenderse y a mojar la superficie del árido, mejorando la
Factor de incremento de pérdidas al Cántabro
VS vs VH
cohesión del mástico en presencia de agua.
7,00
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0
0,5
1
1,5
2
C v/C s
Carbonato Calcinor
Carbonato Cisne
Cal
Cemento
Fíller de recuperación
Figura V-22. Evolución del factor de incremento de pérdidas al Cántabro de mezclas patrón UCL®
fabricadas con los diferentes fílleres de estudio mediante condiciones de ensayo por vía seca y vía
húmeda.
En este sentido, tanto la cal como el cemento proporcionan, por un lado, una mejora
de la adhesividad mediante un efecto mecánico de incremento de la viscosidad del
mástico y, por otro, una mejora de la adhesividad por un efecto físico-químico
atendiendo a su carácter básico dentro de la mezcla.
Se puede concluir que la adición de fíller proporciona una mejora de la adhesividad del
mástico en la mezcla bituminosa. Esta mejora en la adhesividad se optimiza para
relaciones Cv/Cs cercanas a 1.5, limitando las pérdidas de cohesión por acción del
agua entre 2 y 3 veces a las que se tendrían por vía seca. A su vez, se puede afirmar
que, para relaciones óptimas Cv/Cs, todos los fílleres estudiados presentan un buen
comportamiento frente a la acción del agua.
85
Efecto de la concentración volumétrica fíller/betún en la cohesión y adhesividad del mástico
V.4 DOSIFICACIÓN VOLUMÉTRICA vs
DOSIFICACIÓN PONDERAL
Se ha expuesto en puntos anteriores que el criterio de dosificación establecido por la
normativa vigente en España para la dosificación del fíller en las mezclas bituminosas
se basa en criterios ponderales.
Si se realiza una comparación entre las relaciones Cv/Cs óptimas obtenidas para cada
tipo de fíller y las relaciones ponderales fíller/betún establecidas según la Orden
FOM/891/04 para mezclas bituminosas en caliente tipo densas, semidensas y gruesas
para categorías de tráfico pesado T00 a T2 se observan grandes variaciones en
función del tipo de fíller empleado (Figura V-23).
4,0
3,5
3,0
Fíller/Betún
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C v/C s
Carbonato Calcinor
Carbonato Cisne
Cal
Cemento
Fíller de recuperación
Figura V-23. Comparación entre las relaciones Cv/Cs de los fílleres de estudio y sus
correspondientes relaciones ponderales fíller/betún. Se representa el rango óptimo Cv/Cs obtenido
mediante el método UCL® y el rango fíller/betún establecido por la orden FOM/891/04 para mezclas
bituminosas en caliente tipo densas, semidensas y gruesas para categorías de tráfico pesado T00 a
T2.
86
V. Comportamiento del mástico. Cohesión y adhesividad
Atendiendo a la Figura V-23, se observa que el óptimo en la relación ponderal
fíller/betún varía sustancialmente para cada tipo de fíller obteniendo valores en esta
relación de 0.3 para la cal, 1.0 a 1.2 para el Carbonato Cisne, 1.6 a 1.7 para el
cemento y el fíller de recuperación, y del orden de 2.0 a 3.0 para el Carbonato
Calcinor, mientras que la normativa marca, indistintamente para cualquier fíller,
valores comprendidos de esta relación entre 1.0 y 1.3.
En este sentido, dosificando el fíller según lo establecido actualmente, existen fílleres
que por su naturaleza y características no optimizan la cohesión de la mezcla, ya sea
por una sobrefillerización de la misma como es el caso de la cal, o bien por una falta
de fíller en la dosificación que no permite llegar a aprovechar completamente la
capacidad cohesiva del mástico, como es el caso del cemento, el fíller de recuperación
o, más significativamente, el Carbonato Calcinor.
Tan sólo el Carbonato Cisne es el fíller que poseería, atendiendo a las prescripciones,
una dosificación ponderal fíller/betún más cercana a las necesidades de optimizar la
cohesión de la mezcla.
Se puede afirmar, entonces, que los criterios de dosificación actuales sólo optimizan la
cohesión del mástico de las mezclas bituminosas para fílleres con concentraciones
críticas cercanas a 0.2. Sería conveniente, atendiendo a los resultados expuestos,
formular dosificaciones del fíller basadas en criterios volumétricos que contemplan las
características propias de cada tipo de fíller, basadas en el valor de su concentración
crítica. Así, relaciones Cv/Cs entre 1.0 y 1.5 engloban aquellas proporciones de fíller
respecto al ligante bituminoso que optimizan la cohesión del mástico en la mezcla.
87