1

EL ENSAYO “8TD”: NUEVA METODOLOGÍA PARA MEDIR LA

ENERGÍA DE FRACTURA EN MEZCLAS ASFÁLTICAS

Pedro Limón Covarrubias Universidad de Guadalajara pedro@surfax.com.mx Francisco Pérez Landeros Universidad Autónoma de Querétaro franciscopl909@hotmail.com María de la Luz Pérez Rea Universidad Autónoma de Querétaro perea@uaq.com.mx Jonatán Jiménez Gaxiola Universidad de Guadalajara jonatan.jimenez.gaxiola@hotmail.com José Luis Villalobos Carrillo Universidad de Guadalajara remo92_sj@hotmail.com Resumen

La energía de fractura se ha utilizado para diferentes tipos de materiales y entre ellos está

el concreto y las mezclas asfálticas. Lo que se evalúa en este tipo de método es la energía

necesaria para que un material tenga un rompimiento catastrófico, a esta energía que se

obtiene mediante la curva carga-desplazamiento se llama energía de trabajo.

Existe mecánica de fractura elástica, plástica, combinada, entre otras. Todas tienen como

finalidad obtener datos que ayuden a predecir el comportamiento de un material ante el fallo

por agrietamiento.

Hoy en día existen varios ensayos que miden la energía de fractura de una mezcla asfáltica,

muchos de ellos muy complejos, otros con poca repetibilidad y otros que no generan un

estado de tensión apropiado para la mecánica de fractura.

Es por ello que se ha propuesto este nuevo ensayo llamado 8TD para evaluar la energía

de fractura de los diferentes tipos de mezclas asfálticas, y de esta forma poder predecir el

comportamiento que se tiene en el agrietamiento de las mismas.

2

Introducción

Después de puesto en servicio un pavimento asfáltico, ya sea nuevo o después de una

conservación, la calidad de su servicio disminuye y sus deterioros aumentan, esto debido

a los diferentes factores como son el tráfico y el medio ambiente.

Uno de los principales deterioros en los pavimentos asfálticos es el agrietamiento, el cual

trae consigo implicaciones económicas serias, así como una pérdida de las características

funcionales y estructurales que el pavimento debe poseer, ya que este agrietamiento causa

incomodidad e inseguridad en el usuario.

Dentro de las diferentes formas que se pueden presentar las grietas en los pavimentos

asfálticos se encuentran las siguientes: agrietamiento transversal, agrietamiento

longitudinal, agrietamiento piel de cocodrilo, agrietamiento en bloque, entre otras.

Dentro de estos tipos de agrietamientos mencionados, existen los que vienen de arriba

hacia abajo (top-down) o los que vienen de abajo hacia arriba (bottom-up), esto debido al

estado de tensiones que se presentan debido a los esfuerzos térmicos, reflexión de grietas

por capas muy rígidas, relaciones de módulos entre las diferentes capas (module ratio),

entre otra (Fuente: Huang, 1993; Fonseca, 1995; Valdés, 2011).

Las temperaturas, las cargas y velocidades de los vehículos son determinantes para el

agrietamiento de una mezcla asfáltica dentro de los factores externos de este proceso,

mientras que tipo de asfalto, granulometría, contenido de asfalto y colocación de la misma

serán los factores internos en el desarrollo de la grieta. Pero si añadimos el comportamiento

viscoelastoplástico de la mezcla (Fuente: Kramer), el comportamiento es más complejo de

lo que se tiene en otros materiales que son elásticos.

Es por ello, que durante muchos años se ha estudiado el comportamiento de agrietamiento

en un pavimento asfáltico, esto debido a que es un problema importante que afecta la

calidad la infraestructura carretera. Se han desarrollado modelos analíticos, ensayos que

simulen el mecanismo de agrietamiento en una mezcla asfáltica, tanto dinámicos como

mecánicos (Fuente: Pérez, 2000; Molenaar, 2000; Wagoner et al., 2005; Valdés, 2011;

entre otros).

3

Sin embargo, muchos de estos ensayos son difíciles de realizar, su costo es muy elevado,

su repetibilidad es baja o no representan un estado de esfuerzos y deformaciones que

comúnmente se tienen en un pavimento asfáltico.

Una de las ramas donde se ha desarrollado el análisis de agrietamiento en diferentes

materiales es la energía de fractura, debido a que con los valores obtenidos con estos tipos

de ensayos, se conocen características de los materiales, así como análisis de los

esfuerzos de tensiones y deformaciones de estos. Con el cual se puede predecir, modelar

o definir un posible comportamiento de agrietamiento en el material analizado.

En este trabajo de investigación se presenta un nuevo ensayo que mide todas las

propiedades de energía de fractura, como es el ensayo 8TD.

Agrietamiento

El agrietamiento por fatiga es definido como la acumulación de un daño bajo la aplicación

de una carga repetida (Fuente: Pell, 1962). Las diferentes cargas vehiculares ocasionan un

esfuerzo de tensión en el fondo o capa inferior de la carpeta asfáltica. Si el esfuerzo de

tensión excede la capacidad de resistencia del material, ocurre un daño progresivo que se

traduce en el agrietamiento. Este agrietamiento va propagándose por todo el espesor de la

capa asfáltica hasta llegar a la superficie.

El agrietamiento por fatiga es generalmente evaluado mediante ensayos de carga repetida

sobre una viga de dimensiones establecidas (AASHTO T-321).

Imagen 1. Ensayo de fatiga a cuatro puntos en mezcla asfáltica

Existen tres tipos de teoría para el estudio del agrietamiento de una mezcla asfáltica:

4

a) El estudio de la relación entre esfuerzo o deformación repetido en un ensayo de

tensión y el número de aplicaciones a la falla. Esta teoría está relacionada con la ley

lineal de Miner asociado con el daño acumulativo de un pavimento.

b) El concepto de energía evalúa el agrietamiento de una mezcla asfáltica. Este

concepto de daño por fatiga asume la disipación de energía en cada ciclo de carga

(Fuente: Carpenter, 1997).

c) La fractura es finalmente la tercera teoría de fatiga, la cual basa este concepto en la

mecánica de fractura, en el que se estudia el comportamiento y propagación de las

grietas. Este desarrollo se divide en tres etapas: iniciación, propagación y fractura

inestable (Fuente: Majidzadeh, 1971). Esta teoría considera las características de

propagación de la grieta en el pavimento y los parámetros de fractura como es el

factor de intensidad de tensiones KIC.

Energía de fractura

La mecánica de fractura se ha desarrollado desde los materiales metálicos, madera, piedra,

cerámicos, poliméricos y materiales viscoelásticos (como pueden ser las mezclas asfálticas.

En ellos se estudia la rotura en la cual esta puede ser frágil, elástica, plástica o viscoelástica.

La teoría de mecánica de fractura asume que el material tiene propiedades homogéneas.

En los años 1900, la mecánica de fractura fue introducida para el estudio de

discontinuidades en materiales (Fuente: Bazant, 1998). Bazant introdujo la mecánica de

fractura en el estudio de agrietamiento en pavimentos.

La mecánica de fractura fue desarrollada en pavimentos asfálticos en los años setenta

(Fuente: Majidzadeh, 1971). En el cual estudió en crecimiento de la grieta con la relación

del factor de intensidad de tensiones en conjunto con la ley de Paris (Fuente: Paris, 1963),

donde el número de ciclos pueden ser relacionados al factor de intensidad de tensiones con

la siguiente ecuación:

𝑁𝑓 = ∫1

𝐴𝐾𝑛

𝐶𝑓

𝐶𝑜

𝑑𝑐

Nf = número de ciclos a la falla

Co = comienzo de la grieta

5

Cf = longitud final de la grieta

A, n = parámetros del material

K = factor de intensidad de tensiones (N/mm0.5)

La longitud de la grieta fue obtenida por un ensayo en viga mediante carga cíclica. El factor

de intensidad de tensiones fue determinado usando la longitud de la grieta (Fuente:

Majidzadeh, 1971), esto para predecir la vida a fatiga en mezclas asfálticas.

Posteriormente, otro parámetro de fractura fue introducido para determinar el agrietamiento

en una mezcla asfáltica, llamado energía de fractura (Gf), el cual es obtenido de un ensayo

de fractura. La energía de fractura puede ser explicada como la cantidad de trabajo o

energía necesaria para causar una rotura catastrófica o avance de la grieta en la longitud

total (Fuente: Bazant, 1998). Este parámetro ha sido usado en la zona cohesiva del material

para determinar modelos de fractura para determinar el agrietamiento de un pavimento

asfáltico (Fuente: Paulino, 2004). La zona cohesiva es el descenso de la curva de carga-

desplazamiento desde la carga máxima hasta que la resistencia del material es nula o se

ha producido la rotura catastrófica.

Imagen 2. Forma esquemática de la obtención de energía de fractura (Fuente: Oller, 2011)

Las metodologías desarrolladas para la obtención de la energía disipada en el proceso

de fractura de las mezclas bituminosas se basan principalmente en el desarrollo de ensayos

6

experimentales que representen el principal modo de falla de éstas frente al fenómeno de la

fisuración, el modo I. En estos procedimientos se puede determinar independientemente la

energía de fractura y la resistencia o tensión máxima de fisuración. De estos ensayos se

puede calcular la energía disipada en el proceso de fisuración mediante la gráfica de la

curva de carga – desplazamiento resultante (Fuente: Valdés, 2011).

Existen varios ensayos que se utilizan para evaluar la energía de fractura, la mayoría de ellos

son ensayos a tensión pura, aunque existen otros a tensión indirecta. Dentro de los ensayos

utilizados estos se dividen en tres categorías: fisura inducida (notch edge), (área reducida

(reduced area test) y espécimen completo (bulk test).

Todos estos ensayos tienen la finalidad de obtener propiedades mecánicas de la mezcla

asfáltica analizada, como es módulo de rigidez, deformación de rotura, carga máxima,

energía disipada, índice de rigidez, índice de tensión, energía de fractura, entre otras.

7

Imagen 3. Geometría de los ensayos desarrollados para medir la energía de fractura en

mezclas asfálticas (Fuente: Valdés, 2011)

8

Ensayo 8TD

El ensayo 8TD tiene la finalidad de ser una metodología que evalúe el comportamiento de

una mezcla asfáltica frente al deterioro por agrietamiento. Por otro lado, este ensayo

permite tener la facilidad, la geometría y concentración de tensiones que otros ensayos de

energía de fractura no tienen. Una de las grandes ventajas de este ensayo es que puede

utilizarse tanto en el diseño de la mezcla asfáltica, como en el control de las mismas en

campo, sobre todo si estas contienen porcentajes de RAP.

Dentro de los objetivos de este ensayo es obtener parámetros comunes en la mecánica de

fractura como es la resistencia al agrietamiento y la tenacidad. Así también, se puede

obtener parámetros como son resistencia a tensión, energía disipada, índice de rigidez,

índice de tenacidad y desplazamiento (carga máxima, carga a la rotura entre otros).

Este ensayo permite evaluar diferentes materiales utilizados en las mezclas asfálticas, tipos

de mezclas utilizadas, variables de ejecución (temperatura y energía de compactación),

entre otras.

El ensayo 8TD permite simular el mecanismo de fractura modo I, cuando estas esten

solicitadas mediante esfuerzos térmicos o cargas de vehículos, siendo la tensión pura el

que simula mejor el comportamiento al agrietamiento de una mezcla asfáltica.

9

Imagen 4. Curva carga – desplazamiento (Fuente: Valdés, 2011)

El ensayo 8TD consiste en a partir de una probeta cilíndrica de 6” formar una geometría

parecida al número 8. Para ello, hay que cortar mediante una cortadora de sierra dos lados

de la circunferencia de la probeta (ver imagen 5).

Imagen 5. Geometría de la probeta antes y durante el corte (vista en planta)

Posteriormente, se realiza una ranura de 2cm de espesor en el centro de la probeta en cada

uno de sus extremos (ver imagen 6). La ranura de 2cm fue determinada mediante el análisis

de diferentes ensayos y estudio de elementos finitos de tensiones y deformaciones con

ranuras de 1,2 y 3cm (ver imagen 10 y tabla 1).

10

Imagen 6. Geometría para el ensayo 8TD (vista en planta y corte transversal) y vista en 3D de la

probeta asfáltica

Después de tener la geometría de la probeta asfáltica se pegan unas placas de acero, estas

placas de acero tienen unas ranuras diseñadas para un mejor pegado de la probeta con la

placa (ver figura 7). El pegamento recomendado es el de acero – concreto.

Imagen 7. Placas de acero (corte transversal, corte longitudinal y vista en planta) y vista en 3D

Una vez pegadas las placas a la probeta con geometría del número ocho, se fijan las cuatro

placas a dos bases “superior e inferior” (ver imagen 8).

11

Imagen 8. Bases para anclar las placas metálicas (vista en planta y corte transversal) y vista en 3D

Por último, ya ancladas las placas metálicas a la base inferior y superior se aplica una carga

de tensión para generar una fractura en la parte central de la probeta de geometría número

ocho y donde se encuentran las ranuras de cada lado (ver imagen 9). La temperatura y

velocidad de la carga fueron determinadas por el análisis de resultados y estudio de

elementos finitos. Las temperaturas estudiadas fueron de 10, 20 y 30°C; y la velocidad de

carga fueron de 0.5, 1.0 y 2.0mm/min (ver imagen 10 y tabla 1).

12

Imagen 9. Vista del ensayo 8TD en probetas asfálticas

Imagen 10. Análisis del ensayo 8TD en elementos finitos para determinar profundidad de ranura,

temperatura de ensayo y velocidad de aplicación de carga

13

Gráfico 1. Análisis de las diferentes variables de ensayo y energía de fractura en el ensayo 8TD

Después de analizar las curvas de carga-desplazamiento, energía de fractura y modelación

en elementos finitos. Se definió que la temperatura de ensayo ideal es 20°C, la ranura de

2cm de profundidad en cada lado de la probeta es la que presentaba mejores resultados y

la velocidad de ensayo recomendada es de 1mm/min.

Probeta Fmáx

(kN)

½ Fmáx

(kN)

Smáx

(mm)

Sm

(mm)

Smdp

(mm)

Wd

(kN*mm)

Wmáx

(kN*mm)

Ws

(kN*mm)

#1 0.7018 0.3509 2.38 0.352 5.229 3.0561 1.2995 1.7578

#2 1.0213 0.5107 2.36 0.548 4.221 3.176 1.5357 1.6413

#3 1.2006 0.6003 2.922 0.848 3.95 3.1612 2.0422 1.1997

Probeta Ef

(kN/mm)

Rt

(MPa)

Irt

(kN*mm)

Gd

(J/m2)

Ie

(J/m2)

It

(J/m2)*mm

#1 264.96 264967.8 0.997 1153.84 381.7 5046.4

#2 370.24 370246.7 0.932 1151.38 307.5 3918.2

#3 436.48 436480.1 0.707 1149.26 144.2 2795.6

Tabla 1. Resultados del análisis carga – desplazamiento para ranura de 2cm de espesor,

temperatura de 20°C y velocidad de 1mm/min

Donde:

h = ancho del área fractura (mm)

l = altura del área de fractura (mm)

0

500

1000

1500

2000

5 10 15 20 25 30 35ENER

GÍA

DE

FRA

CTU

RA

(J/

M2 )

TEMPERATURA DE ENSAYO (°C)

Variables de ensayo-energía de fractura en ensayo 8TD

ranura 2cm-velocidad 1mm/min ranura 2cm-velocidad 0.5mm/min

ranura 2cm-velocidad 2mm/min ranura 3cm-velocidad 0.5mm/min

ranura 3cm-velocidad 1mm/min ranura 3cm-velocidad 2mm/min

14

Fmáx = carga máxima registrada (kN)

1/2 Fmáx = la mitad de la carga máxima (kN)

Smax = desplazamiento a la carga máxima (mm)

Sm = desplazamiento a la mitad de la carga máxima (mm)

Smdp = desplazamiento a la mitad de la carga máxima, pero en la zona de postpico (mm)

Wd = energía disipada (kN*mm)

Ws = trabajo realizado en la zona de postpico (kN*mm)

Ef = energía almacenada (kN*mm)

Rt = resistencia a tensión (MPa)

IRT = índice de rigidez a la tensión (kN/mm)

Gd = energía de fractura (J/m2)

Ie = índice de energía (J/m2)

It = índice de tenacidad (J/m2) (mm)

Análisis de resultados en la fabricación de una mezcla asfáltica con el ensayo 8TD

Dentro del análisis de resultados con el ensayo 8TD, se estudiarán diferentes variables de

fabricación de una mezcla asfáltica, como es el contenido de asfalto, tipo de asfalto, mezclas

con RAP y envejecimiento de mezcla. Para ello, se estudiaron 3 probetas de cada variable, en

el cual se presenta el promedio de los resultados obtenidos.

El ensayo se realizó a las variables de ejecución establecidas anteriormente, como es

temperatura de ensayo de 20°C, velocidad de ensayo de 1mm/min y profundidad de ranura de

2cm por lado.

Contenido de asfalto

El contenido de asfalto es una de las variables más importantes para estudiar en el

comportamiento de energía de fractura, debido a qué si no existe un diseño adecuado o una

fabricación correcta de la mezcla en planta, el tener más o menos asfalto puede llevar a que la

mezcla presente un agrietamiento más prematuro (en el caso de menos asfaltos) o una rodera

prematura (en el caso de más asfalto) (ver gráfico 2 y tabla 2).

15

Gráfico 2. Carga-desplazamiento en el ensayo 8TD para diferentes contenidos de asfalto

Tipo de

mezcla

Fmáx

(kN)

½ Fmáx

(kN)

Smáx

(mm)

Sm

(mm)

Smdp

(mm)

Wd

(kN*mm)

Wmáx

(kN*mm)

Ws

(kN*mm)

1%menos 0.7378 0.3689 3.189 1.394 4.478 1.7904 1.0878 0.7051

1% más 0.8297 0.41485 3.637 1.754 5.524 2.5401 1.4 1.1394

Óptimo 0.8297 0.41485 2.829 0.784 4.494 1.9715 1.0419 0.9291

Tipo de

mezcla

Ef

(kN/mm)

Rt

(MPa)

Irt

(kN*mm)

Gd

(J/m2)

Ie

(J/m2)

It

(J/m2)*mm

1%menos 229.93 229933.11 0.26463 557.97 86.53 1678.79

1% más 271.17 271177.82 0.23651 830.20 167.04 3413.64

Óptimo 288.53 288537.02 0.52914 685.61 152.26 2367.36

Tabla 2. Resultados de energía de fractura y parámetros de resistencia obtenidos con el ensayo

8TD en mezclas con diferentes contenidos de asfalto

En los resultados obtenidos se puede observar que las mezclas con menor cantidad de asfalto

tienen un área carga-desplazamiento menor y por lo tanto menor energía de fractura, índice de

tenacidad e índice de energía, esto debido a la mezcla posee menos cohesión. Por otra parte,

la mezcla con mayor asfalto presenta mayor área carga-desplazamiento y mejores indicadores

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Car

ga(k

N)

Dezplazamiento(mm)

Contenido de asfalto

1% menos de asfalto 1% más de asfalto Optimo de asfalto

16

de energía de fractura, índice de tenacidad e índice de energía, esto debido a su mayor

flexibilidad y cohesión, pero se debe tener cuidado con el problema de roderas prematura por

el alto contenido de asfalto y pocos vacíos.

Tipo de asfalto

El tipo de asfalto es otra de las variables más importantes para estudiar en el comportamiento

de energía de fractura, debido a que el uso de diferentes tipos de asfaltos, en especial asfaltos

modificados, pueden mejorar el comportamiento de energía de fractura y por lo tanto de

agrietamiento (ver gráfico 3 y tabla 3).

Gráfico 3. Carga-desplazamiento en el ensayo 8TD para diferentes tipos de asfalto

Tipo de

mezcla

Fmáx

(kN)

½ Fmáx

(kN)

Smáx

(mm)

Sm

(mm)

Smdp

(mm)

Wd

(kN*mm)

Wmáx

(kN*mm)

Ws

(kN*mm)

PG 76-16 1.2641 0.63205 2.788 1.473 3.718 2.0488 1.1538 0.8978

PG 58-16 0.5639 0.28195 3.23 1.052 5.226 1.391 0.6638 0.7313

PG 64-16 0.8297 0.41485 2.829 0.784 4.494 1.9715 1.0419 0.9291

Tipo de

mezcla

Ef

(kN/mm)

Rt

(MPa)

Irt

(kN*mm)

Gd

(J/m2)

Ie

(J/m2)

It

(J/m2)*mm

PG 76-16 453.88 453876.09 0.4291 735.62 141.26 2090.71

PG 58-16 185.64 185636.95 0.2680 457.92 126.57 2024.33

PG 64-16 288.54 288537.03 0.5291 685.61 152.27 2367.37

Tabla 3. Resultados de energía de fractura y parámetros de resistencia obtenidos con el ensayo

8TD en mezclas con diferentes tipos de asfalto

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

-1 0 1 2 3 4 5 6 7

Car

ga (

kN)

Dezplazamiento (mm)

Tipo de asfalto

PG 58 -16 PG 76 -16 (asfalto modificado) PG 64 -16

17

En los resultados obtenidos se puede observar que las mezclas con asfalto convencional

presentan un área mayor de carga-desplazamiento, mayor energía de fractura y sobre todo

resistencia a la tensión, pero un menor índice de tenacidad e índice de energía con respecto al

PG 64 -22, esto puede deberse al modificador utilizado. Por otra parte, los resultados más bajos

los presenta las mezclas con asfalto PG 58 -16, esto debido a lo poco rígido del asfalto, pero

con una alta capacidad de deformarse, como se observa en el valor de Smáx.

Mezcla con RAP

Las mezclas con RAP es posiblemente la variable más importante a evaluar actualmente en los

ensayos de energía de fractura, ya que es de suma importancia conocer el comportamiento de

las mezclas con RAP ante el agrietamiento y la energía de fractura nos proporciona información

muy importante (ver gráfico 4 y tabla 4).

Gráfico 4. Carga-desplazamiento en el ensayo 8TD para mezclas con RAP

Tipo de

mezcla

Fmáx

(kN)

½ Fmáx

(kN)

Smáx

(mm)

Sm

(mm)

Smdp

(mm)

Wd

(kN*mm)

Wmáx

(kN*mm)

Ws

(kN*mm)

Con

50%RAP

1.3943 0.69715 2.427 0.851 3.792 3.9264 1.9874 1.9403

Sin RAP 0.8297 0.41485 2.829 0.784 4.494 1.9715 1.0419 0.9291

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Car

ga(k

N)

Dezplazamiento(mm)

Mezclas con RAP

Mezcla con 50% de RAP Mezcla sin RAP

18

Tipo de

mezcla

Ef

(kN/mm)

Rt

(MPa)

Irt

(kN*mm)

Gd

(J/m2)

Ie

(J/m2)

It

(J/m2)*mm

Con

50%RAP

464.27 464271.66 0.8192 1307.41 319.27 4015.27

Sin RAP 288.54 288537.03 0.5291 685.61 152.27 2367.37

Tabla 4. Resultados de energía de fractura y parámetros de resistencia obtenidos con el ensayo

8TD en mezclas con RAP

En los resultados obtenidos se puede observar que las mezclas con RAP tienen mayor

resistencia a la tensión, energía de fractura, índice de energía e índice de tenacidad; pero se

tienen desplazamientos menores, como se puede observar en los datos de Smáx y Smdp. El

comportamiento bueno de la mezcla con RAP se debe a un buen diseño, pero es importante

tener cuidado con estos datos y su reproducibilidad en obra. Por último, se tiene que corroborar

estos datos con un ensayo dinámico de agrietamiento, como puede ser la viga a cuatro puntos.

Imagen 11. Ensayo 8TD para mezcla con RAP

Mezcla con envejecimiento

El análisis de envejecimiento de las mezclas asfálticas es uno de los temas más estudiados

actualmente, ya que se requieren mezclas más flexibles y con menor grado de envejecimiento

con el tiempo (como pueden ser mezclas tibias). Por ello, se realizó un análisis de energía de

fractura en el ensayo 8TD con mezclas con envejecimiento en horno a 50°C durante 96hrs (ver

gráfico 5 y tabla 5).

19

Gráfico 5. Carga-desplazamiento en el ensayo 8TD para mezclas con envejecimiento

Tipo de

mezcla

Fmáx

(kN)

½ Fmáx

(kN)

Smáx

(mm)

Sm

(mm)

Smdp

(mm)

Wd

(kN*mm)

Wmáx

(kN*mm)

Ws

(kN*mm)

Mezcla

envejecida

0.8733 0.43665 2.873 1.379 4.326 2.048 1.018 1.0161

Mezcla no

envejecida

0.8297 0.41485 2.829 0.784 4.494 1.9715 1.0419 0.9291

Tipo de

mezcla

Ef

(kN/mm)

Rt

(MPa)

Irt

(kN*mm)

Gd

(J/m2)

Ie

(J/m2)

It

(J/m2)*mm

Mezcla

envejecida

270.56 270559.79 0.3166 634.50 156.19 2297.25

Mezcla no

envejecida

288.54 288537.03 0.5291 685.61 152.27 2367.37

Tabla 5. Resultados de energía de fractura y parámetros de resistencia obtenidos con el ensayo

8TD en mezclas con envejecimiento

En los resultados obtenidos se puede observar una similitud en las áreas carga-desplazamiento

en las mezclas no envejecidas y las que pasaron por un proceso de envejecimiento. Sin

embargo, se tiene mejor resistencia a la tensión, energía de fractura e índice de tenacidad en

la mezcla sin envejecimiento, esto debido a que en la mezcla envejecida el asfalto pudo llegar

a rigidizarse un poco.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-1 0 1 2 3 4 5 6 7

Car

ga(k

N)

Desplazamiento(mm)

Envejecimiento de la mezcla

Mezcla asfáltica con envejecimiento Mezcla asfáltica sin envejecimiento

20

Imagen 12. Ensayo 8TD para mezcla con envejecimiento

Conclusiones

a) El ensayo “8TD” es un ensayo confiable para medir la energía de fractura de una

mezcla asfáltica

b) En este ensayo se representa el estado de tensiones puras, lo cual tiene una

similitud con algunos esfuerzos que se presentan en la carpeta asfáltica como son

el estado de tensiones en modo I.

c) Puede ser utilizado en el diseño de mezclas asfálticas o para control de calidad de

campo de las mismas.

d) Evalúa las diferencias que puede tener una mezcla asfáltica durante su fabricación

como son contenido y tipo de asfalto.

e) Es un ensayo muy importante en el análisis de mezclas con RAP, tanto en diseño

como en el control de las mismas.

f) Es otra alternativa en el mercado de las mezclas asfálticas para medir la energía de

fractura, pero con una geometría y procedimiento menos complejo.

Líneas futuras de investigación

a) Correlacionar los resultados de energía de fractura con el agrietamiento por fatiga

con la ley de Paris.

21

b) Analizar más variables de ensayo como son diferentes granulometrías, tipo de

mezclas y asfaltos.

c) Realizar un estudio más profundo de mezclas con diferentes contenidos de RAP.

d) Analizar los resultados obtenidos en la energía de fractura con el ensayo “8TD” y

otros ensayos que evalúan el mismo comportamiento, como pueden ser el Fénix,

BTD, DC, SCB, entre otros.

e) Convertir el ensayo “8TD” en dinámico, el cual pueda evaluar también el número de

ciclos a la falla, entre otras propiedades de la mezcla.

Bibliografía

Arana J.L., González J. J. Mecánica de fractura. Universidad del país Vasco. Servicio

editorial. ISBN: 84-8373-455-9. España.

Baaj H. and H. Di Benedetto. Effect of binder characteristics on fatigue of asphalt pavement

using an intrisic damage approach. Road and materials pavements design. Vol. 6, N° 2.

2005.

Carpenter S. Fatigue perfomance of IDOT Mixtures. Research Report FHWA-ICT-07-007.

Illinois Center for Transportation. USA. 2006.

Chaiwat N. Fatigue-Fracture relation on asphalt concrete mixtures. Thesis of master

degree, Illinois University. USA. 2010.

Erkens S., A. Molenaar and A. Scarpas. A better understanding of asphalt concrete

response. ASCE Engineering Mechanics Conference. Seatle, USA. 2003.

Kim H., M. Partl, M. Wagoner and W. Buttlar. Size effect investigation on fracturing of asphalt

concrete using the cohesive softening discrete element model. Advance testing and

characterization of bituminous materials, Vol 2. 2009.

22

Moolenar J. and A. Moolenar. Fracture tougness of asphalt in the semi circular bend.

Euroasphalt & Eurobitumen congress. Barcelona. 2000.

Moreno F. Mecánica de fractura. Diseño de un método de ensayo de laboratorio para el

análisis de la resistencia a fisuración de mezclas bituminosas. Tesis doctoral de Universidad

de Granada. España. 2013.

Oller S. Fractura mecánica. Un enfoque global. Centro internacional de métodos numéricos.

Universidad Politécnica de Cataluña. España. 2011.

Pérez F., Miró R., Martínez A., Alonso J., Cepeda J., y Rodríguez M. Desarrollo de un nuevo

procedimiento para la evaluación del comportamiento a fatiga de mezclas bituminosas a

partir de su caracterización en un ensayo de tracción. Primer premio internacional a la

innovación de carreteras Juan Antonio Fernández del Campo. Madrid, España. 2005b.

Valdés G. Evaluación del proceso de fisuración en las mezclas bituminosas mediante el

desarrollo de un nuevo ensayo experimental “Ensayo Fénix”. Tesis doctoral Universidad

Politécnica de Cataluña. Barcelona, España. 2011.

Agradecimientos

Al Grupo SURFAX por permitir llevar a cabo este trabajo de investigación.

A la Universidad de Guadalajara y a la Universidad Autónoma de Querétaro.

A las constructoras: Asfaltos Guadalajara y CYPSA VISE