Determinación y evaluación de las leyes de fatiga de mezclas asfálticas con alto modulo

El fenómeno de fatiga en mezclas asfálticas es un parámetro fundamental que se tiene en cuenta para el diseño de pavimentos flexibles, debido a que cuando este se presenta, se inducen en las mezclas asfálticas que conforman las capas asfálticas de una estructura de pavimento, cambios en sus condiciones estructurales, que son permanentes con relación al tiempo de servicio de los pavimentos y se dan de una forma progresiva y localizada gracias a las tensiones repetidas que son ocasionadas por la acción de las cargas que generan los vehículos que transitan por ellos, que en el caso de las mezclas asfálticas culminan con la aparición de fisuras y grietas que conducen a la rotura total después de un numero suficiente de repeticiones. La determinación y evaluación de las leyes de fatiga en mezclas asfálticas con alto modulo, es un procedimiento en el cual se pretende determinar la verdadera respuesta de este tipo de mezclas asfálticas cuando son sometidas a las solicitaciones de cargas que experimentaran en su vida de servicio. Donde se deben tener en cuenta las características físicas de los materiales utilizados en la elaboración de estas mezclas, entre estas se encuentran las propiedades mecánicas de los agregados y las propiedades que le brinda a la mezcla el cemento asfáltico. El objeto de este ensayo es establecer el número de aplicaciones de una determinada magnitud de solicitación que es necesario aplicarle a un grupo de muestras para producir una rotura completa de estas, realizando una variación a los niveles de los esfuerzos, con base a esto se obtienen una curva que relaciona los esfuerzos aplicados vs. el número de repeticiones admisibles, las leyes de fatiga se obtendrán a través de la interpretación grafica de estas variables (esfuerzo-deformación). La determinación de la fatiga de un material es muy importante debido a que determina el continuo deterioro de su capacidad estructural, lo cual lleva a la rotura sin importar si la carga aplicada es inferior a la que provoco la falla en un una sola aplicación de la misma. Es importante establecer cuales son los parámetros que determinan las causas de la falla por fatiga en las mezclas asfálticas, esto debido a que la fisuración por fatiga es una de las dos causas mas influyentes en los deterioros de pavimentos flexibles y se presentan cuando se dan deformaciones superiores a las admisibles en periodos cortos de tiempo, la mezcla asfálticas comienza a acumularlas hasta el punto que se presentan fracturamientos, fisuras, agrietamientos en bloque, piel de cocodrilo, baches o depresiones que son la manifestación visual del fenómeno de la fatiga. Los equipos y el procedimiento necesario para llevar a cabo los ensayos de fatiga, dependen básicamente de la forma utilizada en la ejecución de la prueba de fatiga como tal. En la actualidad se utilizan dos procedimientos de ensayos que se basan en dos tipos de aplicación de carga, una es tendiendo en cuenta el esfuerzo (aplicación de la carga con el esfuerzo constante) y la otra es aplicación de la carga con la deformación constante. En el ensayo de esfuerzo constante permanece invariable el esfuerzo y lo que aumenta con el número de repeticiones es la deformación, mientras que en el ensayo de deformación constante esta permanece igual y el esfuerzo o carga disminuye con los distintos números de repeticiones. Los resultados obtenidos se pueden mostrar mediante la construcción de un grafico doble logarítmico de esfuerzo (tensión principal aplicada σx) vs. el número de ciclos correspondiente a la rotura de cada muestra (N), el grafico obtenido es lo que se denomina la ley de fatiga del material. Esta investigación se enfoco principalmente en los fenómenos físicos o mecánicos que se presentaban en mezclas asfálticas elaboradas con materiales producidos en Colombia (AC de la refinería de Barrancabermeja y agregado calizo del Departamento de Atlántico “Arroyo de Piedra”), cuando se someten estas muestras a pruebas de fatiga a esfuerzo controlado, elaborando para esto mezclas asfálticas con cemento asfáltico convencional aditivado con 2% de resina, cemento asfáltico aditivado con 2% de resina y modificado con 2% de polímero denominado del tipo I “SBS” (Estireno-Butadieno-Estireno) y cemento asfáltico aditivado con 2% de resina y modificado con 4% de polímero SBS. Los resultados que arrojaron estos ensayos muestran que la adición de 4% de polímero tipo I (Estireno-Butadieno-Estireno) a estas mezclas asfálticas, es la mejor formula de trabajo para lograr mezclas asfálticas con alto modulo que resistan los efectos de la fatiga, que se generan en ellas por la acción de las cargas que induce el transito, cuando hacen parte de la estructura de pavimentos flexibles, esto debido a que fue la de mejor comportamiento con respecto a la relación de los esfuerzos y las deformaciones con la esperanza de vida a la fatiga (número de repeticiones de carga “N”). Las pruebas de fatiga realizadas en otras partes del mundo, a mezclas asfálticas con alto modulo, por entidades privadas como la Shell y El Instituto del Asfalto, presentan menores valores en las deformaciones horizontales máximas con mayores ciclos de carga hasta llegar a la falla, que las elaboradas con materiales producidos en Colombia, esto inmediatamente evidencia el gran margen de diferencia que presentan las mezclas estudiadas en esta investigación comparándolas con las elaboradas fuera de este país (Shell, I. Asfalto). Cabe anotar que las mezclas elaboradas con materiales no producidos en Colombia, presentan mayor modulo dinámico; el cual es de 12000 Mpa y los porcentajes de asfalto utilizados son de 11%, mientras que los módulos de las mezclas nacionales están entre 3000 – 5000 Mpa y el porcentaje de asfalto utilizado es de 6% aproximadamente, esto hace que las mezclas extranjeras sean más rígidas y por consiguiente más resistentes a las solicitaciones de cargas a las cuales son sometidas, evidenciando así el comportamiento de las mismas cuando son ensayadas a pruebas de fatiga. Si se quiere realizar una comparación mas real de las mezclas asfálticas con alto modulo elaboradas con materiales producidos en Colombia y adicionadas con polímeros Tipo I (SBS) y las mostradas por la Shell y el Instituto del Asfalto, es necesario realizar una mayor adición de polímero a estas mezclas para aumentar los módulos dinámicos de las mismas, ocasionando con esto que los costos de la investigación se aumenten y por consiguiente la harían inviable para este tipo de estudios académicos. A pesar de que el enfoque que se le ha dado a esta investigación es principalmente el de comparar los resultados obtenidos de las tres mezclas estudiadas entre si y con otros ensayos realizados en otras partes del mundo, cabe anotar que las leyes determinadas para estas mezclas representan la esperanza de vida a la fatiga de las mismas y si se quieren utilizar en la construcción de capas de rodadura de pavimentos flexibles, el ingeniero diseñador debe establecer si las condiciones estructurales a las cuales se verán sometidas las mezclas durante la vida de servicio del pavimento, serán iguales a las capacidades estructurales que posean las mismas y por ende puedan ser útil en el proyecto en particular en el cual se quieran utilizar. Estos resultados deben ser utilizados como parámetros de diseño para capas de rodadura de pavimentos flexibles y no se debe entrar a descartar las mezclas que mostraron comportamientos por debajo de las adicionadas con el 4% de SBS, debido a que las leyes de fatiga determinadas y evaluadas para ellas, son la representación cuantitativa del comportamiento a la fatiga que presentaran cuando se estén utilizando, es decir cuando hagan parte de la estructura de un pavimento asfáltico puesto en servicio.

• Autores: Hernández Ortega, Jhair Enrique; Velásquez Pino, Dunis María; Vizcaino Vélez, Vilson Vladimir
• Tipo de recurso: Trabajo de grado de pregrado
• Fecha de publicación: 2007
• Institución: Corporación Universidad de la Costa
• Repositorio: REDICUC - Repositorio CUC
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.cuc.edu.co:11323/13044
• Acceso en línea: https://hdl.handle.net/11323/13044; https://repositorio.cuc.edu.co
• Palabra clave: Determinación y evaluación; Leyes de fatiga; Mezclas asfálticas
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