3 2 1 e Comunicación 13 INTERLABORATORIO RIGIDEZ VI jornada ASEFMA 2011

COMUNICACIÓN 13
RESULTADOS DE
INTERLABORATORIO
ESPAÑOL SOBRE EL
ENSAYO DE RIGIDEZ DE
MEZCLAS BITUMINOSAS
Mª PAZ CONDE GALÁN
(REPSOL)
LEONARDO ENRÍQUEZ GABEIRAS
(CEDEX)
JOSE ANTONIO HERGUETA LÁZARO
(EUROCONSULT)
RAFAEL JIMÉNEZ SÁEZ
(CEDEX)
1
RESULTADOS DE INTERLABORATORIO
ESPAÑOL SOBRE EL ENSAYO DE RIGIDEZ
DE MEZCLAS BITUMINOSAS
RESUMEN
L
a entrada en vigor del marcado CE de mezclas bituminosas en caliente supuso la introducción de modificaciones en los artículos
542 y 543 del PG-3, mediante la Orden Circular
24/2008, adoptándose con ello las normas europeas de ensayo armonizadas.
Uno de los nuevos ensayos europeos adoptados
es el de módulo de rigidez por tracción indirecta
de probetas cilíndricas, UNE-EN 12697-2, anexo
C. El artículo 542 exige un módulo de rigidez mínimo de 11000 MPa para las mezclas bituminosas
de alto módulo, denominadas actualmente AC22
S MAM. Este nuevo ensayo viene a sustituir al del
módulo dinámico a compresión NLT-349, recogido en el anterior artículo 542 no vigente, en el
que se exigía también un mínimo de 11000 MPa
a este tipo de mezclas.
En esta comunicación se analizan los parámetros principales que diferencian ambos métodos de medida y se evalúa la precisión del
nuevo método, recogiendo y analizando los resultados obtenidos por seis laboratorios en la
medida del módulo de rigidez de una misma
serie de probetas. El estudio abarca tanto probetas de una mezcla de alto módulo fabricada
en laboratorio, como probetas de una mezcla
de hormigón bituminoso AC fabricada en planta de aglomerado.
INTRODUCCIÓN
Uno de los nuevos métodos de ensayo referidos
por la normativa recientemente introducida en el
PG-3 en marzo 2008 (artículos 542 y 543) por la
OC 24/2008, es el ensayo de rigidez de una mezcla bituminosa según la norma europea UNE-EN
12697-26 Anexo C, Ensayo de tracción indirecta sobre probetas cilíndricas. Este ensayo es de obligado
cumplimiento tan sólo para las mezclas de alto módulo en capa intermedia o de base, AC22 S MAM,
recogidas en el artículo 542 del PG-3 vigente.
Además de la adaptación de su huso granulométrico a los tamices UNE actuales y del resto de ensayos
europeos que se aplican a todos los hormigones bituminosos, las principales diferencias que han experimentado las mezclas de alto módulo con la nueva
normativa son:
• Disminución del porcentaje de material que
pasa por el tamiz 0,063 mm: Su valor es 59%, cuando la antigua normativa lo fijaba entre el 6-9%.
• Se permite el uso de estas mezclas en capas
intermedias.
• Disminución de la dotación mínima de ligante:.
- 4,75% s/m (5,0% s/a) para capas de base,
cuando antiguamente era del 5,2% s/a
(4,9 s/m).
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- 4,50% s/m (4,8% s/a) para capas intermedias,
sin que anteriormente estuviera especificado.
• Relación recomendada fíller-betún de 1,2-1,3,
cuando antiguamente era de 1,3-1,5.
• Medida de la resistencia a la fisuración por fatiga, a 20ºC y 30 Hz, según el anexo D de la
UNE-EN 12697-24 (flexión a 4 puntos sobre
probetas prismáticas), debiendo cumplir un
valor de ε6≥100 microdeformaciones.
• Espesor de capa de 6 a 13 cm, cuando anteriormente era de 7 a 13 cm.
Volviendo al ensayo del módulo de rigidez del
que es objeto esta comunicación, el anterior método de ensayo para medir esta propiedad era el
módulo dinámico a compresión según la norma
NLT-349. Con el cambio de normativa no sólo ha
cambiado el método de ensayo sino las dimensiones y el procedimiento de compactación de
las probetas, por lo que en el siguiente punto se
realiza un análisis comparativo del nuevo ensayo de módulo de rigidez según el anexo C de la
UNE-EN 12697-26 con el antiguo módulo dinámico según la NLT-349.
A continuación se exponen los resultados del
ensayo comparativo interlaboratorios organizado por el Centro de Estudios del Transporte del
CEDEX en colaboración con ASEFMA, así como
un análisis comparativo y estadístico para determinar la precisión del método.
EL ENSAYO DE RIGIDEZ DE UNA
MEZCLA BITUMINOSA
El módulo de rigidez es una propiedad mecánica que representa la relación entre el esfuerzo
que se aplica a un material y la deformación
elástica o recuperada que experimenta como
respuesta a tal esfuerzo. En el caso de las mezclas bituminosas el módulo permite clasificarlas
en función de su capacidad de deformación,
con el fin de estimar su comportamiento estructural en la carretera.
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La norma europea UNE-EN 12697-26 recoge hasta
cinco procedimientos diferentes de medida del módulo de rigidez de una mezcla bituminosa. En cada
uno de ellos, muestras de determinada forma y tamaño son sometidas a cargas repetidas o a cargas
con velocidad de deformación controlada. La deformación siempre se mantiene dentro de su rango de
variación elástico lineal. Se miden las amplitudes de
esfuerzo y deformación, junto con la diferencia de
fase entre ambas, en el caso de solicitaciones cíclicas sinusoidales.
Para este tipo de solicitaciones se define el módulo complejo E* como la relación entre el esfuerzo y
la deformación para un material visco-elástico lineal
sometido a una carga sinusoidal en un tiempo t. Tiene dos componentes, una elástica (parte real) E1 y
otra viscosa (parte imaginaria) E2. Cada una de ellas
se expresa en función del valor absoluto del módulo
complejo │E*│ y del ángulo de fase Φ, que en la
práctica son las dos variables que se usan con más
frecuencia. Es decir, que el módulo de rigidez es en
este caso, el valor absoluto del módulo complejo.
El anexo C de la norma europea UNE-EN 1269726 describe también un método para determinar el
módulo de rigidez de una mezcla bituminosa aplicando el ensayo de tracción indirecta sobre probetas cilíndricas. Se trata de un ensayo de cargas repetidas con periodos de reposo (pulsos de carga). Por
tanto no permite determinar el ángulo de desfase.
Puesto que sólo este método es el especificado actualmente en el PG-3, el objeto de esta comunicación se centrará en dicho ensayo y en su comparación con el anterior método para la medida de esta
propiedad, según la norma NLT-349.
Las condiciones de ensayo vienen determinadas en
el PG-3 de acuerdo con lo recogido en la norma europea UNE-EN 13108-20 de ensayos de tipo, que
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RESULTADOS DE INTERLABORATORIO ESPAÑOL SOBRE EL ENSAYO DE RIGIDEZ DE MEZCLAS BITUMINOSAS
para este caso son: una temperatura de 20ºC y un
tiempo de aplicación de la carga de 124 ms. La carga máxima debe ajustarse de manera que se mida
una deformación horizontal transitoria máxima de
referencia del 0,005% en el diámetro de la probeta,
es decir, el equivalente a 5 micrómetros en probetas
de 101,6 mm de diámetro. El periodo de repetición
de los pulsos es de 3 segundos. Se aplican 5 pulsos
de carga y de cada uno de ellos se registran la carga y la deformación horizontal máxima (variación
máxima producida en el diámetro de la probeta). A
partir de ambas magnitudes se calcula el módulo de
rigidez Sm según la expresión:
sor de la correspondiente capa del firme), lo
cual permite en este ensayo el uso de testigos
obtenidos directamente de capas de firme.
Puesto que en el caso del pliego español PG-3,
las mezclas de alto módulo tienen un tamaño
máximo nominal de 22 mm, el diámetro de
probeta a utilizar sería de 101,6 mm si se decide emplear el compactador por impactos. Según la norma NLT-349 las probetas cilíndricas
deben tener una altura mayor o igual que dos
veces su diámetro, lo que obliga a disponer de
probetas de 100 mm de diámetro y mínimo
200 mm de altura, impidiendo que se puedan
ensayar testigos obtenidos de una sola capa
de firme por éste método.
• Compactación: El anexo C de la norma UNEEN 12697-26 admite:
siendo F la carga vertical máxima aplicada (N), z la
amplitud de deformación horizontal (mm), h el espesor de la probeta (mm) y ν el coeficiente de Poisson.
Después de efectuar la primera medida se gira la
probeta 90º y se aplican otros 5 pulsos bajo las
mismas condiciones. Finalmente se calcula el valor
del módulo de rigidez de la probeta como la media
de los dos ensayos (habiendo tenido en cuenta los
ajustes sobre los valores de módulo para adaptarlos a un factor de superficie de carga de 0,60). Este
ensayo no es destructivo, por lo que, pasadas 24
horas, se puede emplear la misma probeta para repetir el ensayo.
El anterior método usado en España para medida
del módulo dinámico por la NLT-349 no está contemplado en la norma UNE-EN 12697-26. A continuación se compararán los dos métodos, NLT-349
y UNE-EN 12697-26 anexo C, y sus condiciones de
ensayo
• Dimensiones de las probetas: El anexo C de la
norma UNE-EN 12697-26 admite probetas cilíndricas de diversos diámetros: 80, 100, 120,
150 ó 200 mm, en función del tamaño máximo nominal de la mezcla. Todas deben tener
un espesor comprendido entre 30 y 75 mm
(aunque se recomienda que el espesor de la
probeta sea lo más próximo posible al espe-
- testigos extraídos de capas de firme
compactadas.
- testigos de placas compactadas en laboratorio.
- probetas compactadas en moldes de
laboratorio adecuados (no obstante, no se
puede afirmar que las probetas compactadas
en laboratorio den resultados idénticos a los
de probetas cortadas de una capa de firme
compactado).
El módulo de rigidez se mide, según especificación vigente del PG-3, sobre probetas preparadas siguiendo la UNE-EN 12697-30, compactador de impactos, con 75 golpes por cara.
Para la medida del modulo dinámico según
la NLT-349 las probetas se compactan en una
prensa con doble émbolo y sin vibración, alcanzando una carga máxima de 19 toneladas. Este
procedimiento de compactación no se recoge
en ninguna normativa europea.
• Equipo de ensayo:
La prensa debe disponer de un actuador capaz de aplicar pulsos de carga repetidos que
alternen con periodos de reposo y de un sistema de medida de la deformación horizontal
transitoria durante la aplicación del impulso
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ASEFMA 2011
de carga, así como de un equipo de adquisición de datos que registre las señales de
fuerza y de deformación con una frecuencia
mínima de 500 Hz. La carga debe tener forma aproximada a una onda de medio seno. El
equipo de ensayo debe estar ubicado en un
recinto a temperatura constante, con circulación de aire forzada.
• Sistema de aplicación de la carga sobre la probeta: Es otra de las grandes diferencias entre
ambos métodos. En la norma europea dos
bandas de carga de superficie cóncava aplican la carga a lo largo de generatrices opuestas según el diámetro vertical de la probeta.
Es lo que se denomina tracción indirecta sobre
probetas cilíndricas. En la norma española se
aplica una compresión simple, mediante dos
platos de carga que aplican la carga sobre las
dos superficies planas de la probeta cilíndrica.
• Sistema de medición de la deformación resultante: La disposición de los medidores de
deformación, en cada ensayo, está relacionada con la aplicación de la carga. En la norma
europea, los dos medidores de deformación
horizontal están situados a ambos lados del
diámetro de la probeta. En la norma española,
los dos medidores se sitúan simétricamente en
la zona central a lo largo del eje longitudinal
de la probeta.
Fig. 1: Equipo de ensayo de rigidez por tracción indirecta
(UNE-EN 12697-26 Anexo C)
Para la NLT-349, la diferencia más importante
es que se necesita una prensa dinámica, servo-hidráulica, capaz de aplicar cargas cíclicas
sinusoidales a una frecuencia determinada.
Fig. 2: Dispositivo módulo de rigidez por tracción indirecta
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• Período/Frecuencia: Según la actual normativa
europea se trabaja con pulsos de carga alternados con periodos de reposo, estableciéndose un período de repetición entre pulsos de 3
segundos. Con la NLT-349 se emplean ondas
cíclicas sinusoidales con una frecuencia establecida de 10 Hz.
Fig. 3: Dispositivo de módulo dinámico a compresión
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RESULTADOS DE INTERLABORATORIO ESPAÑOL SOBRE EL ENSAYO DE RIGIDEZ DE MEZCLAS BITUMINOSAS
PLANTEAMIENTO DEL ENSAYO
INTERLABORATORIOS
Fig. 4: Dos pulsos de carga en el ensayo de rigidez
por tracción indirecta según la norma UNE-EN
La realización de este trabajo plantea diferentes objetivos. El primero es determinar la correlación entre
los resultados del ensayo de referencia, obtenidos
por diferentes laboratorios sobre una misma serie
de probetas, comprobando si el valor del módulo se
mantiene a lo largo del ciclo de ensayos. El segundo objetivo es determinar la posible influencia que
el método de compactación empleado pueda tener
sobre el valor de módulo obtenido. Por último, disponer de valores de referencia para la repetibilidad
r y la reproducibilidad R, dado que en la norma no
figuran por el momento.
PARTICIPANTES
Fig. 5: Onda de carga sinusoidal del ensayo
de módulo dinámico NLT
• T iempo de ensayo: Es muy breve en ambos ensayos. Según el anexo C de la UNEEN 12697-26 se deben aplicar al menos 10
pulsos de carga de acondicionamiento y a
continuación los 5 pulsos de carga con los
que se calcularán los resultados del ensayo. Para obtener el módulo dinámico NLT
de una probeta se le aplican 1000 ciclos de
carga, tomando los datos cada 100 ciclos
para establecer el cálculo numérico del resultado del ensayo.
En este ensayo interlaboratorios han participado
seis empresas y centros de investigación: CEDEX,
CIESM INTEVÍA, ELSAN, EUROCONSULT, REPSOL Y
UPC. En las tablas y figuras aparecen con las denominaciones L1 a L7, que no se corresponden con el
orden en que han sido citadas. Es preciso señalar
que sólo hay seis laboratorios pero siete medidas de
módulo de rigidez. Esto se debe a que L1 y L7 son
el mismo laboratorio ya que, con cada tipo de mezcla, el primer laboratorio que midió la rigidez de la
serie de probetas correspondiente cerró el ciclo de
mediciones haciendo también la última de ellas,
para evaluar más claramente mediante estos datos
la variación del módulo de rigidez en el tiempo.
PREPARACIÓN DE MUESTRAS
•A
condicionamiento de las probetas: Coincide en ambos ensayos, siendo como mínimo 4 horas a la temperatura de ensayo,
aunque la norma europea establece que
dos sensores de temperatura se sitúen uno
en el centro de una probeta patrón y otro
en su superficie, tomando la media de sus
valores como la temperatura real de la probeta en el ensayo.
• T emperatura de ensayo: De nuevo coinciden ambos métodos al establecer en
20ºC la temperatura de referencia de
este ensayo.
Un total de quince probetas de dos tipos diferentes
de mezcla han sido ensayadas por los laboratorios
participantes:
• 5 probetas de una mezcla AC16 50/70 S fabricada en una planta de aglomerado propiedad
de EIFFAGE y compactadas por dicho fabricante mediante compactador de impactos, UNEEN 12697-30, con 75 golpes por cara. La mezcla se ajusta a una granulometría centrada en
el huso e incorpora un 4,8 % (sobre mezcla)
de betún 50/70. Los áridos utilizados son de
tipo silicocalcáreo.
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ASEFMA 2011
•1
0 probetas de una mezcla AC22 15/25 S
MAM fabricadas en el laboratorio de REPSOL, con áridos silicocalcáreos y arena caliza, cuya granulometría se detalla en la
tabla 1. El ligante empleado es un 15/25
de REPSOL, dosificado en un 4,75 %
sobre mezcla.
tos con 75 golpes por cara. Se decidió incluir
también para su ensayo, probetas de esta misma mezcla compactadas en laboratorio con la
compactadora giratoria, para disponer, tanto
de experiencia en el uso de este método de
compactación, como de datos que permitieran estimar la posible influencia del mismo
en la rigidez.
Granulometría de la mezcla MAM
• De estas 10 probetas:
- 5 probetas fueron compactadas por impactos,
con 75 golpes por cara.
- 5 probetas fueron compactadas en máquina
giratoria (ángulo de giro 0,82º), según UNEEN 12697-31, igualando la densidad aparente
superficie saturada seca (procedimiento B de
la UNE-EN 12697-6) obtenida en las 5 probetas anteriores.
Una vez preparadas las probetas se determinó
su densidad, espesor y diámetro según UNEEN 12697-29. Sobre sus caras planas se trazaron dos diámetros perpendiculares, identificados para que todos los laboratorios midieran
sobre los mismos puntos en cada probeta.
La elección de la mezcla de alto módulo se
debe principalmente a que es el único tipo de
mezcla bituminosa cuyo umbral de módulo de
rigidez está especificado y recogido en el PG3 (con un valor de 11000 MPa).
El artículo 542 vigente en el PG-3 establece
que las probetas se compacten por impac-
8
La fabricación en planta o en laboratorio es
otro factor que influye en el módulo de rigidez de la mezcla. En relación a este punto, dos
de los laboratorios participantes han medido
también el módulo de rigidez de 4 probetas
de la misma mezcla AC16 50/70 S (idénticos
materiales y dosificación) fabricada en laboratorio para evaluar mejor esta influencia de
la transición de escala laboratorio a escala industrial. Además, esos mismos laboratorios se
intercambiaron para su ensayo de módulo de
rigidez otras dos series de 4 probetas de mezcla AC16 50/70 S, fabricadas en sus laboratorios, empleando la misma dosificación pero
variando el tipo de áridos (andesita y pórfido).
Estas tres series de 4 probetas fueron utilizadas también para otros ensayos comparativos
inter-laboratorios, centrados en los ensayos de
densidad máxima, densidad aparente y contenido de huecos, cuyos resultados son objeto
de otra comunicación incluida en esta misma
Jornada Técnica. La inclusión, no prevista inicialmente, de estas series en las medidas de
rigidez permite disponer de datos comparativos adicionales.
METODOLOGÍA
Cada laboratorio determinó los módulos de
rigidez de las 10 probetas de mezcla MAM y
las 5 probetas de mezcla AC16 50/70 S fabricada en planta, e informó de los valores
individuales de carga vertical (kN), deformación horizontal (µm), factor de superficie de
carga, módulo medido (MPa) y módulo ajustado (MPa) de cada probeta ensayada, así como
de la fecha de ejecución del ensayo y de las
condiciones de almacenamiento y acondicionamiento previas.
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RESULTADOS Y DISCUSIÓN
ENSAYO DE MÓDULO DE RIGIDEZ DE MEZCLA
MAM Y ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS
Los resultados obtenidos de módulo de rigidez según el método de compactación seguido se recogen en la tabla 2. Se incluyen los valores de densidad relativa s.s.s. de las probetas facilitados por
REPSOL. En las figuras 6 y 7 se han representado los
resultados en función de la densidad.
Fig. 6: Resultados de rigidez de las probetas compactadas
por impactos frente a densidad
Fig. 7: Resultados de rigidez de las probetas compactadas en
giratoria frente a densidad.
La densidad promedio obtenida en las probetas fabricadas mediante compactación giratoria es mayor que
la resultante en la serie de probetas compactadas por
impactos. En consecuencia, los valores de módulo de
rigidez son también ligeramente mayores en la serie
compactada en giratoria. Por otro lado, los márgenes
de variación de densidad que se suelen dar en series
de probetas idénticas son muy pequeños, y no es fácil apreciar esta tendencia creciente del módulo con
la densidad de la mezcla. En este caso, tampoco se
aprecia con claridad, aunque las probetas compactadas en máquina giratoria presentan un mayor intervalo de densidades y por ello se observa algo mejor
que en la serie fabricada por impactos.
Se observa asimismo un incremento de la rigidez entre
la primera y la última medida (efectuadas por el mismo
laboratorio con una diferencia de 7 meses), aunque
esta tendencia al aumento del módulo con la edad de
las probetas no está tan clara si se incluyen las restantes
medidas realizadas por los demás laboratorios. Dicho incremento quedaría oculto por las altas dispersiones interlaboratorios obtenidas, que se analizan más adelante.
Según la norma UNE 82009-2, a partir de todos los
resultados de ensayo se debe realizar, en primer lugar,
un examen de la consistencia e incompatibilidad de
los datos mediante técnicas numéricas, basadas en el
ensayo de Cochran, para detectar la variabilidad intralaboratorios (a partir de las réplicas de cada laboratorio), y después aplicar el ensayo de Grubbs para la variabilidad inter-laboratorios (con los valores medios).
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Como se indica en la tabla 3, los valores de C de
cada serie son inferiores al valor crítico de C para
p= 6, n=5 y 95 % de probabilidad, por lo que las
varianzas de repetibilidad de las series pueden considerarse como significativamente semejantes, lo
que posibilita proseguir con el análisis estadístico de
la varianza inter-laboratorios.
Sin embargo, es preciso señalar que las desviaciones
estándar intra-laboratorios de las series de probetas
compactadas por giratoria son extraordinariamente
altas, casi de un orden de magnitud mayor que las
de las series compactadas por impactos. Examinando los valores de densidad de las probetas compactadas por uno y otro método (figuras 6 y 7), en la
serie compactada por impactos estos valores se encuentran bastante concentrados. En cambio, en las
probetas de giratoria, sí existe una mayor dispersión
10
de densidades, que ha podido dar lugar a estas importantes diferencias en las medidas de rigidez.
En el ensayo de Grubbs simple se aplican, para el
estadístico G, los mismos criterios antes enunciados
sobre el C, para identificar resultados anómalos y
aberrantes entre los valores de módulo ajustado inter-laboratorios. Si no se determina en primera instancia la presencia de valores aberrantes mediante
el ensayo de Grubbs simple, debe aplicarse entonces el ensayo doble de Grubbs, con criterios contrarios a los anteriores:
• si el estadístico Gd del ensayo es mayor o igual
que el valor crítico tabulado para un nivel de
confianza del 95%, el dato es correcto.
• si el estadístico Gd del ensayo es menor que el
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valor crítico al 95% y mayor que el valor crítico
al 99%, el dato se considera extraño.
• si el estadístico Gd es menor que el valor crítico al 99%, el resultado es estadísticamente
incompatible (aberrante).
Los resultados de la aplicación del ensayo Grubbs
simple y doble se muestran en la tabla 4, que indica que todos los resultados de módulo de rigidez
ajustado obtenidos por los laboratorios participantes en el ensayo pueden considerarse aceptables.
La desviación estándar inter-laboratorios correspondiente a la serie de probetas compactadas por giratoria es algo mejor que la de la serie compactada
por impactos, lo que indicaría que en los resultados
de rigidez, el proceso de compactación no influye
significativamente.
Para corroborar esta hipótesis nula, se realizó un
análisis estadístico de la varianza ANOVA de un factor para tratar de determinar si el método de compactación tiene una influencia significativa en el resultado del ensayo. La tabla 5 se muestra el ANOVA
realizado con EXCEL® donde se descomponen las
varianzas dos componentes: un componente entre
las series y un componente dentro de las series. El
F-ratio, que en este caso es igual a 1.73, es el cociente de la estimación entre grupos y la estimación
dentro de los grupos. Puesto que el p-valor del test
F es superior o igual a 0,05, se acepta la hipótesis
nula y puede afirmarse que no hay diferencia estadísticamente significativa entre los módulos de rigidez medios obtenidos en probetas compactadas por
ambos métodos, con un 95,0% de probabilidad.
Tabla 5: ANOVA simple para módulo de rigidez ajustado de
probetas AC22S MAM compactadas por impacto y giratoria
Sin embargo, y dado que estas pruebas estadísticas
se basan en la semejanza de las varianzas de las series de datos que se comparan, hay que poner en
cuestión la validez de este análisis dada la enorme
desviación típica de los resultados intra-laboratorios
de las probetas compactadas por giratoria.
Considerando como válidos todos los resultados
anteriores se pueden determinar exactamente las
desviaciones estándar de repetibilidad (sr), interlaboratorios (sL), y la combinación aditiva de ambas, que
es la verdadera reproducibilidad (sR). Los cálculos se
han realizado mediante las expresiones indicadas en
los apartados 7.4.4 y 7.4.5 de la norma UNE 820092, para p=6, n= 5 y q=1. Los valores obtenidos para
ambos métodos de compactación se presentan en la
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tabla 6. También se incluyen en esta tabla los límites
de repetibilidad (r) y reproducibilidad (R) del método con un nivel de probabilidad del 95%, según el
apartado 4.1.2 de la norma UNE 82009-6. En la figura 8 se ha representado la correlación entre resultados promedio de rigidez obtenidos en la serie de
probetas fabricada por cada método.
La norma UNE-EN 12697-26 no indica valores de
referencia de repetibilidad y reproducibilidad para
este método de tracción indirecta sobre probetas cilíndricas (anexo C). Tan sólo se incluyen valores de
referencia para el método de flexión en dos puntos
sobre probetas trapezoidales (anexo A), que son de
sr = 118 MPa, r = 335 MPa, sR = 969 MPa y R =
2740 MPa para una mezcla AC10. Estos datos de
referencia son difícilmente comparables con los resultados según el anexo C, sobre todo en lo relativo
a repetibilidad, por la diferente geometría de la probeta. En el caso de la mezcla MAM compactada por
impactos, los resultados de reproducibilidad son similares a esos valores. Sin embargo, en el caso de las
probetas compactadas por giratoria, los resultados
de precisión son claramente inaceptables.
siguiente: si el valor absoluto de Z es menor de 2,
el resultado del laboratorio se considera satisfactorio, si se encuentra entre 2 y 3 se considera bajo
sospecha y si excede el valor de 3 se considera insatisfactorio. Como se aprecia por los valores de Z,
incluidos también en la tabla 6, puede considerarse que todos los laboratorios han obtenido resultados satisfactorios en la determinación de rigidez,
excepto en lo ya comentado acerca de la baja repetibilidad en las series de probetas compactadas
por giratoria.
COMPROBACIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO
DE LA MEZCLA SEGÚN NLT-349
Puesto que la rigidez en las mezclas de alto módulo
estuvo especificada anteriormente según el método
NLT-349, el laboratorio de REPSOL fabricó también
dos probetas de la misma mezcla AC22 15/25 S
MAM para medir su módulo dinámico según este
procedimiento, a 20ºC y 10Hz, para comprobar que
la mezcla diseñada cumplía con la antigua especificación. El módulo registrado en la mezcla fue de
11318 MPa, superando el mínimo de 11000 MPa
especificado en el antiguo artículo 542 del PG-3.
Este valor de módulo resulta ligeramente por encima de los valores determinados a través del ensayo
UNE-EN actualmente prescrito (el promedio inter-laboratorios obtenido con las series de probetas compactadas por impactos y por giratoria está en torno
a 10000 MPa). Estas diferencias coinciden con las
observadas en experiencias comparativas entre ambos métodos realizadas con anterioridad en el CEDEX para este tipo de mezclas.
Fig. 8: Correlación entre los resultados de rigidez de probetas
compactadas por impactos y en giratoria.
Por último, la evaluación de la capacidad técnica de
cada laboratorio se realiza normalmente por medio
de la puntuación Z-score, que se calcula a partir de
la fórmula: Z = (x ) / sL, donde x es el valor
del módulo ajustado obtenido por cada laboratorio
participante, es el valor asignado, en este caso el
valor promedio, y sL es la desviación estándar interlaboratorios. La interpretación que se da a Z es la
12
Dada la alta dispersión obtenida en general en la
determinación del módulo de rigidez de las mezclas,
independientemente del método empleado, no parece en principio que el valor mínimo de la especificación haya quedado desfasado con el cambio de
método de ensayo, ya que la indeterminación asociada al mismo es de un orden de magnitud similar
a las diferencias entre los módulos de rigidez medidos con uno y otro método. No obstante, parece
recomendable realizar un estudio en profundidad,
que incluya todo tipo de mezclas, no sólo las de alto
módulo, así como distintos materiales, métodos de
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RESULTADOS DE INTERLABORATORIO ESPAÑOL SOBRE EL ENSAYO DE RIGIDEZ DE MEZCLAS BITUMINOSAS
fabricación y compactación, etc. para confirmar con
suficiente fiabilidad la diferencia observada entre
ambos métodos de ensayo de rigidez.
ENSAYO DE MÓDULO DE RIGIDEZ DE
MEZCLA AC16 50/70 S Y ANÁLISIS
ESTADÍSTICO DE RESULTADOS
En una segunda parte del estudio estadístico se
trató de determinar si los valores de precisión obtenidos para las mezclas MAM son aplicables a
otro tipo de mezclas, de menor rigidez. Para ello,
las 5 probetas de mezcla AC16 50/70 S fabricada
en planta, reseñadas anteriormente en 3.2, fueron
ensayadas por los laboratorios L1 a L6, obteniéndose los resultados que aparecen en la tabla 7. Ya
que estas probetas fueron compactadas por impactos de la misma forma que las de la serie AC22
15/25 S MAM, los resultados de precisión pueden
ser comparados.
Los valores de módulo de rigidez determinados por
todos los laboratorios parecen excesivamente altos
para este tipo de mezcla, fabricada con un betún
50/70, lo que podría atribuirse al envejecimiento de
la mezcla producido durante el proceso de recalentamiento y posterior compactación de las probetas.
En este caso no se observa un incremento de la rigidez con la edad de las probetas como sucedía con
la mezcla MAM.
Al aplicar un estudio estadístico similar al anterior a
estas series de medidas, se concluye que no existen
datos aberrantes intra- e inter-laboratorios, aunque
los resultados del laboratorio L2 pueden considerarse sospechosos, tal y como se confirma en test Z-
score; los datos de reproducibilidad son muy semejantes a los de la mezcla MAM, pero los valores de
repetibilidad son mucho mayores, según se indica
en la tabla 8. Si se eliminan los datos del L2 para
esta mezcla, los resultados de precisión que se obtienen son muy similares.
Tabla 8: Estimación de la precisión del método UNE-EN 1269726-C con probetas AC16 50/70 S
Finalmente se ha determinado el módulo de rigidez
de la misma formulación de la mezcla anterior, pero
fabricada en laboratorio. En principio esto permitiría
evaluar la influencia del proceso de fabricación de la
mezcla bituminosa (en planta o en laboratorio) en
los resultados del ensayo. No obstante, sólo servirá
finalmente para confirmar si el elevado módulo medido en las probetas de mezcla fabricada en planta se
debe al envejecimiento de la mezcla al recalentarla.
Dos laboratorios han ensayado cada uno 4 probetas
con los mismos materiales (betún 50/70 y árido silicocalcáreo) y la misma dosificación de las probetas de
mezcla fabricada en planta por EIFFAGE.
También se fabricaron otras series de 4 probetas de
mezcla del mismo tipo, empleando áridos diferentes (pórfido y andesita), de los que igualmente se
incluyen sus resultados de rigidez.
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ASEFMA 2011
Todos los resultados se muestran en la tabla 9, donde puede comprobarse que son completamente
diferentes (significativamente más bajos) a los obtenidos con la mezcla fabricada en planta para el
árido silicocalcáreo original, aunque se obtienen en
general valores del mismo orden en las mezclas fabricadas con los otros dos áridos.
Tabla 9. Resultados del módulo de rigidez de mezclas AC16
50/70 S fabricadas por dos laboratorios
de fractura o índice de lajas) esto puede achacarse
al distinto origen del árido (gravera en el caso del
silicocalcáreo y cantera en los otros dos), lo que implica un tamaño inicial de las partículas a triturar
bastante menor en el primero y por tanto, menor
número de caras fracturadas y más lajas. Esto se
traduce en un menor rozamiento interno entre partículas y un esqueleto mineral más fácilmente deformable. En definitiva, menor rigidez de la mezcla.
CONCLUSIONES
• Al igual que sucede con otros métodos de
ensayo de módulo de rigidez, las medidas de
módulo obtenidas según el método UNE-EN
12697-26, anexo C, parecen estar afectadas de una alta dispersión en sus resultados,
apreciable ya a nivel de repetibilidad (intra-laboratorio).
Así, con las 5 probetas de mezcla fabricada en planta con árido silicocalcáreo, se midió una rigidez de
8825 MPa, promedio de los 6 laboratorios, mientras
que con las 8 probetas de mezcla fabricadas y ensayadas por 2 laboratorios se ha obtenido una rigidez,
promedio de ambos, de 2967 MPa. El factor principal que ha podido causar esta diferencia es el hecho
de haber tenido que recalentar la muestra de mezcla
fabricada en planta para proceder a la compactación
de las probetas. En cambio, la fabricación en laboratorio de las probetas con los mismos materiales y
formulación conllevó un único proceso de calentamiento, por lo que la mezcla ha experimentado menor envejecimiento y rigidificación.
En los resultados de rigidez de estas tres mezclas,
aunque son del mismo orden de magnitud y la dispersión de valores nuevamente enmascara la posibilidad de distinguir nítidamente entre los mismos,
sí se observan también ciertas diferencias, con un
promedio de rigidez menor en las probetas fabricadas con árido silicocalcáreo, frente a las de las mezclas fabricadas con andesita y pórfido. En principio,
sin disponer de más datos acerca de las características de los materiales (desgaste Los Ángeles, caras
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• L a desviación estándar de reproducibilidad
se estima en el orden de 1000 MPa para
mezclas AC.
• La desviación estándar de repetibilidad es variable según el tipo de mezcla, y puede llegar a
alcanzar idéntico valor, debido probablemente
a la geometría cilíndrica de la probeta y al tipo
de esfuerzo aplicado.
• El incremento de rigidez medido por REPSOL
al inicio y al final del ciclo de ensayos es de
500 MPa (giratoria) en 6 meses y de 1200
MPa (impacto) en 7 meses, apenas perceptible dentro de la dispersión de datos existente
entre los diferentes laboratorios a lo largo de
esos meses.
• L o mismo sucede con el incremento de rigidez a medida que aumenta el grado de
compactación de la mezcla. Es apenas perceptible debido a la alta dispersión de los
datos conjuntos de todos los laboratorios,
aunque en promedio sí se observa, especialmente en la serie de probetas de giratoria, donde el rango de valores de densidad
obtenido es mayor.
C O M UN I C A C I Ó N 1 3
RESULTADOS DE INTERLABORATORIO ESPAÑOL SOBRE EL ENSAYO DE RIGIDEZ DE MEZCLAS BITUMINOSAS
• El método de compactación aplicado para
fabricar las muestras no parece tener una influencia significativa en los resultados de rigidez, salvo, como en el caso aquí expuesto,
que se dé una excesiva variabilidad entre los
valores de densidad obtenidos en las probetas que se ensayen.
MPa en las probetas de laboratorio a 8800
MPa en la mezcla de planta. Esto pone de
manifiesto, una vez más, la enorme importancia que tiene la historia térmica en todas
las medidas de rigidez de un material sensible al envejecimiento térmico como es una
mezcla bituminosa.
• En resumen, el factor que más parece influir
en la variabilidad de este ensayo de rigidez es
el grado de homogeneidad del material. La
falta de homogeneidad se traduce en muchos
casos en una alta dispersión en los valores de
densidad de las probetas ensayadas. Su influencia parece estar por encima de otros factores como la propia densidad, la edad de las
probetas o el método de compactación seguido. En general, el valor de módulo de rigidez
medido por cualquier método se ve afectado
por la heterogeneidad de la mezcla en mayor
medida que otras propiedades mecánicas de
las mezclas bituminosas.
• Asimismo, también se ha podido apreciar que
en una serie de mezclas bituminosas de idéntica formulación granulométrica y contenido
de ligante, pero diferente naturaleza de los áridos empleados, el factor del estado del ligante
influye bastante más en los valores de rigidez
que el tipo de áridos utilizado, aunque también en este último aspecto se observan diferencias entre las distintas mezclas ensayadas.
• L os valores de módulo de rigidez obtenidos
por el método UNE-EN 12697-26, anexo C,
son ligeramente inferiores a los valores de
módulo dinámico NLT-349 (9500 -10000
MPa frente a 11300 MPa), resultado que
coincide con experiencias comparativas previas. No obstante, dada la elevada variabilidad de resultados asociada a este ensayo,
lo anterior no se cumple en todos los casos.
Por ello, y a falta de mayor experimentación
con todo tipo de mezclas y materiales, el límite inferior de rigidez exigido actualmente
(11000 MPa) no resulta desfasado para este
procedimiento. Aún así, es clara la conveniencia en ampliar los estudios comparativos al respecto.
• E n cuanto a las posibles diferencias de rigidez según que la mezcla ensayada sea fabricada en planta o en laboratorio, no han
podido obtenerse conclusiones, debido a
la fuerte alteración (causada probablemente por envejecimiento térmico) que sufrió la
muestra obtenida en planta al fabricar las
probetas para rigidez. Así, se pasó de 4000
BIBLIOGRAFÍA Y NORMAS PARA
CONSULTA
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NE 82009. Exactitud (veracidad y precisión) de resultados y métodos de medición.
Parte 2: Método básico para la determinación de la repetibilidad y reproducibilidad
de un método de medición normalizado.
Parte 6: Utilización en la práctica de los valores de exactitud.
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AGRADECIMIENTOS
Los autores desean expresar su gratitud a las empresas y organismos participantes: CEDEX, CIESM
INTEVÍA, EIFFAGE INFRAESTRUCTURAS, ELSAN,
EUROCONSULT, REPSOL Y UPC.