¿Qué es el ensayo de fatiga en ingeniería de pavimentos?
¿Qué es el ensayo de fatiga?
El ensayo de fatiga es un ensayo de laboratorio que aplica una carga repetida a un material de pavimento y cuenta los ciclos de carga hasta que el material falla. Cada paso de una rueda es un ciclo de carga.
La fatiga en campo tiene la misma causa. La AC 150/5380-6C de la FAA describe el agrietamiento tipo cocodrilo (por fatiga) como un conjunto de grietas causadas por la falla por fatiga de la superficie de asfalto bajo carga repetida del tránsito. Las grietas empiezan en la parte inferior del asfalto, donde la tensión y la deformación bajo una rueda son mayores. Después crecen hasta la superficie.
El ensayo de fatiga de viga de asfalto
El ensayo más conocido para el asfalto es AASHTO T 321, un ensayo de flexión en cuatro puntos sobre una viga. El manual de laboratorio de la FHWA da estas condiciones de ensayo:
- La viga mide unos 380 mm de largo, 50 mm de alto y 63 mm de ancho. El ensayo usa tres vigas réplica.
- El ensayo mantiene la viga a 20 °C y la carga a una frecuencia de 5 a 10 Hz.
- La máquina mantiene una deformación constante de 250 a 750 microdeformaciones en cada ciclo. La carga necesaria para esa deformación disminuye a medida que la viga se daña.
- El ensayo registra la rigidez de la viga y la multiplica por el número de ciclos (S x n). El ensayo se detiene cuando ese producto cae un 15 % desde su valor máximo.
El resultado es el número de ciclos hasta la falla en cada nivel de deformación. Una deformación mayor da menos ciclos. Los ingenieros deben ajustar los resultados de laboratorio antes de usarlos en el diseño de campo. NCAT señala que los ensayos de viga a flexión generalmente subestiman la vida a fatiga en campo, y que los ingenieros aplican un factor de desplazamiento de 4 a 100.
NCAT también menciona 70 microdeformaciones como umbral de fatiga de uso común para el diseño de pavimentos flexibles. Es un valor basado en ensayos de laboratorio a una sola temperatura, no una propiedad de todas las mezclas.
La fatiga en el diseño de pavimentos aeroportuarios
FAARFIELD, el programa de diseño de la AC 150/5320-6G de la FAA, usa la fatiga como límite de diseño. Para el pavimento flexible usa dos predictores de la vida del pavimento. Uno es la deformación horizontal en la base de las capas de asfalto. El otro es la deformación vertical en la parte superior de la subrasante. Expresa la falla por fatiga como un factor de daño acumulado (CDF), un modelo basado en la regla de Miner. El CDF es la suma, para cada aeronave, de las repeticiones de carga aplicadas divididas por las repeticiones admisibles hasta la falla. El espesor se ajusta hasta que CDF = 1 para la vida de diseño.
Para el hormigón, la AC 150/5320-6G indica la resistencia a flexión como la resistencia crítica y remite a ASTM C78 para determinarla. ASTM C78 es un ensayo de resistencia estática, no un ensayo de fatiga.
Lo que ve una inspección
Un ensayo de fatiga de laboratorio no reemplaza a una inspección de campo. La inspección encuentra dónde ya ha aparecido el agrietamiento por fatiga. PAVER lo registra como deterioro 41, agrietamiento tipo cocodrilo o por fatiga, y lo clasifica por severidad como parte del índice de condición del pavimento (PCI) . La AC 150/5380-6C también relaciona la fatiga con los baches: cuando las grietas por fatiga se traban y las cargas de rueda sacan las piezas sueltas, puede formarse un bache.
Preguntas Frecuentes
- ¿Es el ensayo de fatiga lo mismo que una inspección de campo del agrietamiento por fatiga?
- No. El ensayo de fatiga es un ensayo de laboratorio sobre una probeta. Una inspección de campo observa la superficie del pavimento y registra las grietas que las cargas repetidas del tránsito ya han causado. El agrietamiento tipo cocodrilo que registra una inspección es el resultado de campo de la fatiga.
- ¿Cómo tiene en cuenta el método de diseño de la FAA la fatiga?
- FAARFIELD, el programa de diseño de la FAA, expresa la falla por fatiga como un factor de daño acumulado (CDF). Para cada aeronave de la mezcla de tránsito, el término CDF es el número de repeticiones de carga aplicadas dividido por las repeticiones admisibles hasta la falla. El CDF suma estos términos. El diseñador cambia el espesor hasta que CDF = 1 para la vida de diseño.
- ¿Es el ensayo ASTM C78 un ensayo de fatiga?
- No. ASTM C78 mide la resistencia a flexión de una viga de hormigón. Informa el resultado como módulo de rotura. El ensayo aplica una sola carga en los tercios de la viga, no una carga repetida.
Referencias
- fhwa-hmec-module-f
- Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction: Module F Performance Testing, Laboratory Manual (participant workbook), AASHTO T 321 FHWA
- faa-ac-150-5320-6g
- AC 150/5320-6G, Airport Pavement Design and Evaluation FAA
- faa-ac-150-5380-6c
- AC 150/5380-6C, Guidelines and Procedures for Maintenance of Airport Pavements FAA
- paver-asphalt-airfields
- PAVER Distress Identification Manual for Asphalt Surfaced Airfields US Army Corps of Engineers (ERDC/CERL)
- ncat-fatigue-ratios
- Field-Based Fatigue Ratios for Perpetual Pavement Design National Center for Asphalt Technology, Auburn University
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