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