Evaluación de la profundidad de la fisuración superficial descendente en pavimentos asfálticos mediante técnicas de ultrasonidos. Validación teórico-práctica y modelos

La fisuración iniciada en la superficie de los pavimentos asfálticos constituye uno de los más frecuentes e importantes modos de deterioro que tienen lugar en los firmes bituminosos, como han demostrado los estudios teóricos y experimentales llevados a cabo en la última década. Sin embargo, este mecanismo de fallo no ha sido considerado por los métodos tradicionales de diseño de estos firmes. El concepto de firmes de larga duración se fundamenta en un adecuado seguimiento del proceso de avance en profundidad de estos deterioros y la intervención en el momento más apropiado para conseguir mantenerlos confinados como fisuras de profundidad parcial en la capa superficial más fácilmente accesible y reparable, de manera que pueda prolongarse la durabilidad y funcionalidad del firme y reducir los costes generalizados de su ciclo de vida. Por lo tanto, para la selección de la estrategia óptima de conservación de los firmes resulta esencial disponer de metodologías que posibiliten la identificación precisa in situ de la fisuración descendente, su seguimiento y control, y que además permitan una determinación fiable y con alto rendimiento de su profundidad y extensión. En esta Tesis Doctoral se presentan los resultados obtenidos mediante la investigación sistemática de laboratorio e in situ llevada a cabo para la obtención de datos sobre fisuración descendente en firmes asfálticos y para el estudio de procedimientos de evaluación de la profundidad de este tipo de fisuras empleando técnicas de ultrasonidos. Dichos resultados han permitido comprobar que la metodología no destructiva propuesta, de rápida ejecución, bajo coste y sencilla implementación (principalmente empleada hasta el momento en estructuras metálicas y de hormigón, debido a las dificultades que introduce la naturaleza viscoelástica de los materiales bituminosos) puede ser aplicada con suficiente fiabilidad y repetibilidad sobre firmes asfálticos. Las medidas resultan asimismo independientes del espesor total del firme. Además, permite resolver algunos de los inconvenientes frecuentes que presentan otros métodos de diagnóstico de las fisuras de pavimentos, tales como la extracción de testigos (sistema destructivo, de alto coste y prolongados tiempos de interrupción del tráfico) o algunas otras técnicas no destructivas como las basadas en medidas de deflexiones o el georradar, las cuales no resultan suficientemente precisas para la investigación de fisuras superficiales. Para ello se han realizado varias campañas de ensayos sobre probetas de laboratorio en las que se han estudiado diferentes condiciones empíricas como, por ejemplo, distintos tipos de mezclas bituminosas en caliente (AC, SMA y PA), espesores de firme y adherencias entre capas, temperaturas, texturas superficiales, materiales de relleno y agua en el interior de las grietas, posición de los sensores y un amplio rango de posibles profundidades de fisura. Los métodos empleados se basan en la realización de varias medidas de velocidad o de tiempo de transmisión del pulso ultrasónico sobre una única cara o superficie accesible del material, de manera que resulte posible obtener un coeficiente de transmisión de la señal (mediciones relativas o autocompensadas). Las mediciones se han realizado a bajas frecuencias de excitación mediante dos equipos de ultrasonidos diferentes dotados, en un caso, de transductores de contacto puntual seco (DPC) y siendo en el otro instrumento de contacto plano a través de un material especialmente seleccionado para el acoplamiento (CPC). Ello ha permitido superar algunos de los tradicionales inconvenientes que presenta el uso de los transductores convencionales y no precisar preparación previa de las superficies. La técnica de autocalibración empleada elimina los errores sistemáticos y la necesidad de una calibración local previa, demostrando el potencial de esta tecnología. Los resultados experimentales han sido comparados con modelos teóricos simplificados que simulan la propagación de las ondas ultrasónicas en estos materiales bituminosos fisurados, los cuales han sido deducidos previamente mediante un planteamiento analítico y han permitido la correcta interpretación de dichos datos empíricos. Posteriormente, estos modelos se han calibrado mediante los resultados de laboratorio, proporcionándose sus expresiones matemáticas generalizadas y gráficas para su uso rutinario en las aplicaciones prácticas. Mediante los ensayos con ultrasonidos efectuados en campañas llevadas a cabo in situ, acompañados de la extracción de testigos del firme, se han podido evaluar los modelos propuestos. El máximo error relativo promedio en la estimación de la profundidad de las fisuras al aplicar dichos modelos no ha superado el 13%, con un nivel de confianza del 95%, en el conjunto de todos los ensayos realizados. La comprobación in situ de los modelos ha permitido establecer los criterios y las necesarias recomendaciones para su utilización sobre firmes en servicio. La experiencia obtenida posibilita la integración de esta metodología entre las técnicas de auscultación para la gestión de su conservación. Abstract Surface-initiated cracking of asphalt pavements constitutes one of the most frequent and important types of distress that occur in flexible bituminous pavements, as clearly has been demonstrated in the technical and experimental studies done over the past decade. However, this failure mechanism has not been taken into consideration for traditional methods of flexible pavement design. The concept of long-lasting pavements is based on adequate monitoring of the depth and extent of these deteriorations and on intervention at the most appropriate moment so as to contain them in the surface layer in the form of easily-accessible and repairable partial-depth topdown cracks, thereby prolonging the durability and serviceability of the pavement and reducing the overall cost of its life cycle. Therefore, to select the optimal maintenance strategy for perpetual pavements, it becomes essential to have access to methodologies that enable precise on-site identification, monitoring and control of top-down propagated cracks and that also permit a reliable, high-performance determination of the extent and depth of cracking. This PhD Thesis presents the results of systematic laboratory and in situ research carried out to obtain information about top-down cracking in asphalt pavements and to study methods of depth evaluation of this type of cracking using ultrasonic techniques. These results have demonstrated that the proposed non-destructive methodology –cost-effective, fast and easy-to-implement– (mainly used to date for concrete and metal structures, due to the difficulties caused by the viscoelastic nature of bituminous materials) can be applied with sufficient reliability and repeatability to asphalt pavements. Measurements are also independent of the asphalt thickness. Furthermore, it resolves some of the common inconveniences presented by other methods used to evaluate pavement cracking, such as core extraction (a destructive and expensive procedure that requires prolonged traffic interruptions) and other non-destructive techniques, such as those based on deflection measurements or ground-penetrating radar, which are not sufficiently precise to measure surface cracks. To obtain these results, extensive tests were performed on laboratory specimens. Different empirical conditions were studied, such as various types of hot bituminous mixtures (AC, SMA and PA), differing thicknesses of asphalt and adhesions between layers, varied temperatures, surface textures, filling materials and water within the crack, different sensor positions, as well as an ample range of possible crack depths. The methods employed in the study are based on a series of measurements of ultrasonic pulse velocities or transmission times over a single accessible side or surface of the material that make it possible to obtain a signal transmission coefficient (relative or auto-calibrated readings). Measurements were taken at low frequencies by two short-pulse ultrasonic devices: one equipped with dry point contact transducers (DPC) and the other with flat contact transducers that require a specially-selected coupling material (CPC). In this way, some of the traditional inconveniences presented by the use of conventional transducers were overcome and a prior preparation of the surfaces was not required. The auto-compensating technique eliminated systematic errors and the need for previous local calibration, demonstrating the potential for this technology. The experimental results have been compared with simplified theoretical models that simulate ultrasonic wave propagation in cracked bituminous materials, which had been previously deduced using an analytical approach and have permitted the correct interpretation of the aforementioned empirical results. These models were subsequently calibrated using the laboratory results, providing generalized mathematical expressions and graphics for routine use in practical applications. Through a series of on-site ultrasound test campaigns, accompanied by asphalt core extraction, it was possible to evaluate the proposed models, with differences between predicted crack depths and those measured in situ lower than 13% (with a confidence level of 95%). Thereby, the criteria and the necessary recommendations for their implementation on in-service asphalt pavements have been established. The experience obtained through this study makes it possible to integrate this methodology into the evaluation techniques for pavement management systems

Ideas sobre una guía metodológica básica para la redacción de los anejos de Geología y Geotecnia de los TFT de las titulaciones de ingeniería civil.

Los Trabajos Fin de Título (TFT) de las titulaciones de ingeniería civil, en su modalidad de “trabajos de carácter profesional directamente relacionados con los estudios cursados”, deben incluir anejos específicos de Geología y Geotecnia, cuya elaboración resulta en ocasiones compleja para los estudiantes: 1º) por el tiempo transcurrido entre los primeros cursos, cuando se imparten estas materias, y el final de los estudios; y 2º) por la necesidad de equipos especiales para el reconocimiento del terreno, que exceden sus posibilidades económicas. A modo de directrices orientadoras para tutores y estudiantes, se han considerado cuatro tareas básicas que permitan elaborar y redactar estos anejos, de forma razonada y ordenada. Además, se propone un índice-guía que consta de ocho apartados. Por último, se pretende hacer partícipes a profesores y alumnos de ingeniería civil de estas ideas, de manera que con sucesivas mejoras, pueda constituir una guía metodológic

Ingeniería Geológica en Terrenos Volcánicos. Métodos, Técnicas y Experiencias en las Islas Canarias

La presente obra es un compendio de conceptos, metodologías y técnicas útiles para acometer proyectos y obras en terrenos volcánicos desde el punto de vista de la ingeniería geológica y la geotecnia. El libro se presenta en tres partes diferenciadas. La primera es conceptual y metodológica, con capítulos que tratan sobre la clasificación de las rocas volcánicas con fines geotécnicos, la caracterización geomecánica, los problemas geotécnicos y constructivos asociados a los distintos materiales, y una guía metodológica para la redacción de informes geotécnicos para la edificación. La segunda parte aborda las aplicaciones a obras de ingeniería, incluyendo deslizamientos, obras subterráneas,infraestructuras marítimas y obras públicas. La tercera parte recoge capítulos dedicados a describir distintos casos prácticos de obras y proyectos en los que la problemática geotécnica en terrenos volcánicos ha tenido un papel relevante. Los capítulos han sido elaborados por técnicos y científicos de reconocido prestigio en el campo de la ingeniería geológica en terrenos volcánicos, que han plasmado en ellos sus conocimientos y experiencias en la materia.Los editores y autores de parte de los capítulos del libro, los Doctores Luis E. Hernández Gutiérrez (Geólogo) y Juan Carlos Santamarta Cerezal (Ingeniero de Montes, Civil y Minas), son los responsables del grupo de investigación INGENIA (Ingeniería Geológica, Innovación y Aguas). Su actividad investigadora comprende más de 200 publicaciones en el área de la ingeniería geológica, la geotecnia, medio ambiente y el aprovechamiento del agua en islas y terrenos volcánicos. En relación a la docencia han impartido y dirigido más de 90 seminarios y cursos de especialización a nivel nacional e internacional, incluyendo la organización de 4 congresos internacionales. Fueron premiados por la Universidad de La Laguna en los años 2012, 2013 y 2014 por su calidad docente e innovación universitaria, y son pioneros en los laboratorios virtuales para la enseñanza de la ingeniería. Participan activamente como profesores colaboradores e investigadores en varias universidades e instituciones españolas e internacionales. Todas sus publicaciones están disponibles en internet, con libre acceso. Ingeniería geológica en terrenos volcánicos, es una obra de gran interés para, consultores, técnicos de administraciones públicas, proyectistas y demás profesionales implicados en obras y proyectos de infraestructuras en terrenos volcánicos; también es útil para académicos y estudiantes de ingeniería o ciencias geológicas que quieran investigar o iniciarse en las singularidades que presentan los materiales volcánicos en la edificación o en la ingeniería civil y minera

Tecnologías e investigación en mezclas asfálticas de baja temperatura

Los condicionantes ambientales adquieren cada día más importancia en todos los procesos y actividades. En el ámbito de la producción de las mezclas bituminosas para pavimentación se están investigando y desarrollando diferentes tecnologías con objeto de obtener una mayor eficacia medioambiental y sostenibilidad. La fabricación de mezclas asfálticas de baja temperatura de fabricación y extendido, o también denominadas de baja energía, permite reducir el consumo de combustible y, consecuentemente, la emisión de gases de efecto invernadero. En este artículo se presentan y analizan las diferentes tecnologías que se están implementado con el objetivo de aumentar su ecoeficaci

L'esperienza iberica nei conglomerati tiepidi

Le implicazioni ambientali e la sostenibilità dei processi produttivi assumono, ogni giorno di più, importanza in tutte le fasi della programmazione delle attività antropiche e della realizzazione delle opere civili. Nell’ambito della produzione e del confezionamento dei conglomerati bituminosi per pavimentazioni stradali si stanno ricercando e sviluppando differenti tecnologie con l’obiettivo di ottenere una maggiore compatibilità ambientale ed una maggiore efficienza energetica. La produzione di conglomerati a bassa temperatura di confezionamento e di stesa, spesso denominati “a bassa energia”, permettono di ridurre il consumo di combustibile e, conseguentemente, le emissioni in atmosfera e l’effetto serra. In questo articolo si presentano e si analizzano le differenti tecnologie che si stanno implementando con il dichiarato obiettivo di aumentare la loro ecoefficacia, e si espongono alcune delle ultime esperienze realizzate in Spagna, attualmente secondo produttore europeo di conglomerati bituminosi a caldo. Una linea di ricerca è rappresentata dalle tecniche che perseguono la riduzione delle temperature di fabbricazione dei conglomerati tradizionali, con riduzioni delle temperature di processo fino ad oltre 40°C, grazie a differenti accorgimenti che consentono la riduzione della viscosità del bitume mantenendo la necessaria capacità di bagnare e rivestire l’aggregato lapideo e la buona lavorabilità della miscela. Un’altra via è quella di avvicinare il comportamento meccanico di determinate miscele bituminose realizzate a freddo con emulsioni bituminose a quelle dei tradizionali conglomerati a caldo; ciò avviene attraverso il confezionamento di miscele con emulsioni bituminose mediante i comuni impianti fissi a caldo contenendo le temperature fra 60°C e 95°C e pervenendo a temperature minime di stesa comprese fra 40°C e 60°C. Si presentano dunque le caratteristiche e le tipologie di conglomerato bituminoso a bassa temperatura, le relative applicazioni ed i processi di fabbricazione e di controllo che attualmente si stanno utilizzando con successo in Terra Spagnola

Sustainable Low-Temperature Asphalt Mixtures with Marginal Porous Volcanic Aggregates and Crumb Rubber Modified Bitumen

This study presents the results of the principal engineering properties of asphalt-rubber warm mixtures (AR-WMA) with waste crumb rubber from used tyres and highly-vesiculated basalt of scoriaceous nature, also considered a residual or marginal aggregate according to standard specifications. The temperature reduction was carried out using a liquid surfactant chemical additive, of easier dosage than granular solid products and in a reduced proportion (0.5% by weight of bitumen). The results were compared both to asphalt-rubber hot mixtures and to hot mixtures with conventional bitumen, all of them with the same aggregates. With the surfactant additive it is possible to lower the production temperatures by up to a maximum of 5–10 °C complying with all the technical specifications for surface courses of pavements, and by up to 25–30 °C for inferior layers or in case of more lenient requirements. Even in the first case, it may compensate for the increase of energy and emissions due to the higher viscosity of the asphalt-rubber binder. With a temperature reduction of 40 °C, certain properties such as the moisture damage strength ratio, rutting resistance and stability were even superior compared to conventional mixtures without rubber (produced at 170 °C). The results obtained may be extrapolated to other volcanic regions both insular and continental areas where this type of aggregates are commonly found and with rigorous environmental requirements