Ensayo de un modelo micromecánico para el estudio del comportamiento de mezclas bituminosas

Abstract

Resumen.-La mayoría de las investigaciones sobre el diseño de firmes de mezclas bituminosas se basan en ensayos de laboratorio que determinan las propiedades mecánicas de las mismas intentando reproducir las condiciones de fabricación de la mezcla en planta, su puesta en obra y las acciones que sufrirá durante su vida de servicio. Son muchas las variables que intervienen en el diseño de una mezcla bituminosa: tipo de árido, tamaño, tipo de ligante, contenido de huecos, etc., por lo que la realización de ensayos de laboratorio que abarquen todas ellas supone un consumo de material y tiempo muy elevados. Además, los materiales que componen las mezclas, áridos (provenientes de cantera) y betún (subproducto del petróleo), son recursos agotables que conllevan el deterioro del medio ambiente y un alto gasto económico. La posibilidad de predecir propiedades fundamentales de las mezclas bituminosas mediante modelos micro-mecánicos es esencial para suplir o reducir la necesidad de realizar ensayos de laboratorio. Asimismo, la simulación de las mezclas mediante estos modelos proporciona un mejor conocimiento del funcionamiento de la estructura interna de la mezcla. El Trabajo Fin de Máster que se presenta ensaya teóricamente el Método de los Elementos Discretos para modelizar el comportamiento mecánico de mezclas bituminosas y relacionar las propiedades del modelo con las variables que intervienen en el diseño de mezclas. En particular, esta investigación se centra en el tamaño de árido, la naturaleza del mismo y el tiempo de aplicación de la carga. Con este propósito, se ha generado un modelo 3D en el que se reproducen las propiedades volumétricas de las mezclas y se simula un ensayo de compresión uniaxial. Mediante la variación de las propiedades del modelo se obtienen resultados que se correlacionan con los datos de laboratorio. Dentro del rango de estudio del presente trabajo, se ha encontrado que el aumento del tamaño de árido no influye significativamente en las propiedades de las mezclas, pero sí en la rigidez de los contactos del modelo. Por el contrario, la naturaleza del árido y el tiempo de aplicación de la carga afectan tanto al comportamiento de la mezcla en laboratorio como a la rigidez de los contactos del modelo.