Evaluación de resistencia al agrietamiento por fatiga de mezclas asfálticas mediante el enfoque de energía disipada

Abstract

Uno de los retos para la metodología de diseño mecanístico-empírica ha sido el desarrollo de modelos adecuados para la predicción de la resistencia al agrietamiento por fatiga, uno de los principales modos de falla de los pavimentos flexibles. Tradicionalmente, el comportamiento a fatiga ante cargas repetitivas ha sido representado ajustando una curva del número de repeticiones a la falla para diferentes niveles de esfuerzo o deformación. Sin embargo, este enfoque requiere de constante calibración, ya que la relación entre el número de ciclos a la falla y la respuesta estructural no es única, sino que depende además de las propiedades de los materiales y el modo de carga. El enfoque de energía disipada se basa en el cálculo de una propiedad fundamental (denominada PV) para la determinación de la resistencia a la fatiga, creando una relación única independiente de estas variables. En esta investigación se utilizaron datos históricos del ensayo de fatiga a flexotracción para validar la relación entre el PV y el número de ciclos a la falla y se evaluaron varios modelos para la predicción de este parámetro. Finalmente, se propuso una ecuación simplificada para el cálculo de la resistencia a la fatiga que puede ser aplicada al diseño estructural de pavimentos. Este trabajo se limitó a los datos correspondientes a ensayos realizados a 20°C, pero de contar con más información la metodología puede ser ampliada para incluir el efecto de la temperatura.

One of the challenges for the methodology of mechanistic-empirical design has been the development of suitable models for predicting the fatigue crack resistance, one of the main failure modes of flexible pavements. Traditionally, the fatigue behavior to repetitive loading has been represented by fitting a curve of the number of repetitions to failure for different levels of stress or strain. However, this approach requires calibration constant, since the relationship between the number of cycles to failure and the structural response is not unique, but also depends on the material properties and load mode. The dissipated energy approach is based on calculating a fundamental property (called PV) for determining the fatigue strength, creating a unique independent relationship of these variables. In this research the flexural fatigue test historical data were used to validate the relationship between the PV and the number of cycles to failure and several models for the prediction of this parameter are evaluated. Finally, a simplified equation was proposed for the calculus of the fatigue resistance, which can be applied to the structural pavement design. This work was limited to data for tests performed at 20 °C, but counting on more information, the methodology could be extended to include the effect of temperature.