ANÁLISIS Y ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA DE LIGANTES ASFÁLTICOS MEDIANTE UN BARRIDO DE AMPLITUD LINEAL (LAS)

Abstract

La finalidad de este estudio radica en la introducción del método de cuantificación del daño de fatiga de ligantes asfálticos, en el contexto de la metodología SUPERPAVE, usando un procedimiento de corta duración que puede ser implementado en una práctica común. Esto fue posible integrando conceptos de Daño Continuo Viscoelástico (VECD) e implementando el ensayo de Barrido de Amplitud Lineal (LAS), seleccionando un esquema de secuencias de deformación y combinando esta respuesta con los resultados de un barrido de frecuencia.Este ensayo acelerado de fatiga, se encuentra sujeto a la norma AASHTO TP 101-12 (2015), y consta de dos etapas: (i) barrido de frecuencia y (ii) barrido de amplitud de deformación. En la primera etapa, las propiedades visco-elásticas de la región lineal son determinadas con la intención de establecer una referencia apropiada para evaluar la acumulación de daño de la muestra. En la segunda etapa, el material es sometido al daño, por medio del cual los parámetros del modelo de fatiga son determinados. La teoría VECD es utilizada para analizar los datos y la determinación del modelo de fatiga del ligante asfáltico. Dicha teoría utiliza el desvío del comportamiento viscoelástico lineal y la reducción de rigidez de la muestra para caracterizar la acumulación de daño. Para ello, se caracteriza el comportamiento a la fatiga de 4 ligantes (2 tradicionales y 2 modificados) con distintos grados de desempeño (PG), en donde los respectivos barridos son realizados en el Reómetro de Corte Dinámico, ejecutados a 20°C y a las respectivas temperaturas intermedias de los ligantes implementados. Las muestras se envejecen mediante el horno de película delgada rotatoria (HPDR) y posteriormente sometidas a envejecimiento en cámara de presión (PAV), para simular el envejecimiento a corto y largo plazo del ligante, basado en las respectivas normas AASHTO T240 y AASHTO R28.Este estudio, tiene como objetivo principal contribuir para la validación del ensayo de estimación de la resistencia al daño de ligantes asfálticos utilizando la metodología LAS, como herramienta de previsión de desempeño de fatiga, estableciendo una comparativa entre asfaltos tradicionales y modificados a 20°C de temperatura. Además, evaluar la incidencia de la temperatura en el comportamiento de los ligantes, en contraste a la temperatura intermedia del ligante, temperatura a la cual hace referencia la norma.Los resultados obtenidos, presentan un esquema de cargas altamente repetible, el cual toma menos de 10 minutos en desarrollarlo, generando buenas correlaciones entre los ligantes y el efecto de fatiga en estos. Pese a ello, para algunas de las muestras, la repetitividad del ensayo se ve disminuida, esto influenciado por las características reológicas que presenta el material y la temperatura a la cual se ensaya este.En cuanto a las temperaturas de ensayo, el ligante es sensible a la variación de estas, por lo que, al someter una muestra a una mayor temperatura, mayor será su vida de fatiga (Nf) y menor acumulación de daño que sufra. También, la clasificación PG que presenta el ligante, influirá en el daño que éste exhiba, presentando menos daño aquellas muestras con un mejor grado de desempeño, coincidentemente los mejores resultados obtenidos además correspondían a asfaltos modificados.The purpose of this study is the introduction of the damage quantification method of asphaltic binders within the context of the SUPERPAVE specifications by using a short-term procedure that can be implemented in common practice. This was possible by the integration of the Principle of Viscoelastic Continuum Damage (VECD) and the implementation of the Linear Amplitude Sweep Test (LAS) by selecting a loading scheme and by combining this response to the frequency sweep outcomes.This accelerated fatigue test, submitted to the AASHTO TP 101-12 (2015) standards, consists of two phases: (i) frequency sweep and (ii) amplitude sweep. In the first phase, the viscoelastic properties of the lineal region are determined as the intention to establishing a proper reference to assess the sample’s accumulation of damage. In the second phase, the material is submitted to damage, by which the parameters of the fatigue model are determined. The VECD theory is used to analyze the data and to determine the fatigue model of the asphaltic binder. This theory uses the diversion of viscoelastic lineal behavior and the sample’s reduction of rigidity in order to characterize the accumulation of damage. In order to do so, it is necessary to characterize the behavior to fatigue of 4 binders (2 traditional and 2 modified ones) with different performance grades (PG) in which the sweeps are undertaken by the Dynamic Shear Rheometer, executed at 20°C and at intermediate temperatures of implemented binders. Samples have been aged through a Rolling Thin-Film Oven (HPDR) and lately submitted to a pressurized aging vessel (PAV) to simulate the binder’s short and long term aging, based on the AASHTO T240 and AASHTO R28 standards.This study pursues as its primary goal to contribute to the verification of the Test for Estimating Fatigue Resistance of asphaltic binders by using the LAS methodology as a forecast tool of fatigue performance and thus, establishing comparisons among traditional asphalts and those modified at 20°C. It also assesses the incidence of temperature of binders, in contrast to intermediate temperature of the binder, temperature to which the norm refers.The obtained outcomes present a charge scheme of high repeatability, which takes less than 10 minutes to be developed, and generates good correlations between binders and the effect of fatigue on them, according to what was expected. Despite of this, for same samples, the test’s repeatability is decreased, which is influenced by the rheological characteristics presented by the material and temperatures at which the tests are undertaken.Regarding temperatures, the binder is sensible to its variation, which is why when a binder is submitted to greater test temperature, the longer its fatigue life (Nf) will be and the less damage accumulation it will have. Also, the PG classification of the binder will influence the damage as well; those with a better performance grade will suffer less damage. The best outcomes happened to correspond to modified asphalts.