Comportamiento en fatiga mezclas bituminosas en caliente

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Anales de Mecánica de la Fractura 25, Vol. 2 (2008)

COMPORTAMIENTO EN FATIGA DE MEZCLAS BITUMINOSAS EN CALIENTE PARA REFUERZO DE FIRMES R. Tino, B. González, J. Toribio Ingeniería de Materiales. Universidad de Salamanca, E.P.S., Campus Viriato, Avda. Requejo 33, 49022 Zamora, España. Correo-e: rubentinor@yahoo.es RESUMEN En el presente artículo se aplica la mecánica de fractura a la ingenieríade firmes, realizándose numerosos ensayos sobre distintos testigos de mezclas bituminosas en caliente utilizadas en el refuerzo de firmes de carreteras. Los ensayos se efectuaron a varias temperaturas utilizando cargas cíclicas de compresión, con factor R igual a cero a distintas frecuencias, evaluando así el comportamiento dinámico de las mezclas asfálticas. Además, se evaluó el daño por fatigade las mezclas bituminosas en caliente, utilizando testigos sometidos a un número elevado de ciclos de carga, bien de tipo sinusoidal , bien más compleja (para simular de este modo el tráfico real de vehículos).

ABSTRACT In the present paper fracture mechanics is applied to firm engineering, performing numerous tests on distinct samples of hot bituminous mixtures used in the reinforcement ofroad firms. Tests were performed under compressive cyclic loads at different temperatures, with R ratio equal to zero and different frequencies, thus evaluating the dynamic behaviour of asphalt mixtures. In addition, fatigue damage of the hot bituminous mixture was evaluated by using samples subjected to an elevated number of load cycles, either sinusoidal type, or more complex (thereby simulatingreal vehicle traffic).

PALABRAS CLAVE: Mezclas bituminosas en caliente, Fatiga, Viscoelasticidad.

1. INTRODUCCIÓN El comportamiento de mezclas bituminosas es el resultado de la integración de los comportamientos de sus componentes. El refuerzo, constituido por los áridos, de naturaleza elastoplástica (las capas granulares del firme muestran una respuesta no lineal y elastoplástica dependientedel tiempo bajo las cargas dinámicas generadas por el tráfico) y la matriz, constituida por lo que puede denominarse masilla (el ligante más el polvo mineral o filler) de naturaleza viscoelástica, determinan que la mezcla bituminosa tenga un comportamiento viscoelastoplástico [1]. Es importante conocer la respuesta mecánica del firme durante su vida en servicio para llevar a cabo un buen diseñodel mismo que permita un mantenimiento adecuado, optimizando de esta forma la inversión a realizar. Por ello se utilizan ensayos dinámicos que son los que mejor describen su comportamiento en servicio, en particular la deformación plástica acumulada [2]. Originalmente, debido a las limitaciones de los modelos existentes, la relación entre la tensión y la deformación se representaba con el móduloelástico. Sin embargo,

debido a la naturaleza viscoelástica de los materiales asfálticos, se considera mucho más apropiado el uso del módulo dinámico [3]. Éste se obtiene utilizando un equipo de ensayos simples para mezclas asfálticas, Simple Perfomance Test – SPT [4], y una probeta de mezcla bituminosa. El ensayo de fatiga estándar se encuentra definido en la norma AASHTO T 321, “Determining theFatigue Life of Compacted Hot-Mix Asphalt. HMA” [5], y consiste básicamente en aplicar cargas cíclicas constantes en flexotracción al material, lo que provoca deformaciones permanentes. En España se realiza habitualmente la caracterización del comportamiento en fatiga mediante ensayos de flexotracción dinámica en tres puntos utilizando control de deformación, tal y como se define en la normaNLT-350/90 [6]. Recientemente se ha empezado a utilizar la técnica de análisis por elementos finitos para evaluar el comportamiento de las capas de firme. Con ella se están consiguiendo significativos avances en el análisis numérico, aunque todavía existen grandes disparidades entre la respuesta prevista por los modelos y la que se observa sobre la carretera [7].

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