Resistencia al Esfuerzo Cortante

RESUMEN

El esfuerzo cortante es fundamental para la resistencia de las mezclas asfálticas, ya que influye en la capacidad del pavimento para soportar deformaciones. Factores como la temperatura y la dosificación del ligante asfáltico son esenciales para mejorar la estabilidad, durabilidad ante cargas elevadas y cambios térmicos.
En COMPAVSA, sabemos que la durabilidad de las mezclas asfálticas depende de su diseño, producción y construcción, por lo que hemos creado un catálogo que guía sobre las mejores combinaciones de temperatura y dosificación, siguiendo la normativa AASHTO TP 114. Este catálogo está destinado a ingenieros, constructores y especialistas, optimizando el esfuerzo cortante para garantizar el rendimiento y la durabilidad de nuestros pavimentos.

INTRODUCCIÓN

El esfuerzo cortante en mezclas asfálticas se refiere a la fuerza interna que actúa dentro de la mezcla cuando se aplica una carga o deformación. Este tipo de esfuerzo ocurre cuando las capas de la mezcla asfáltica se deslizan unas sobre otras, lo que generalmente sucede cuando los vehículos transitan sobre la carretera.

El esfuerzo cortante se produce debido a diferencias de velocidad y presión entre las capas, y puede generar deformaciones, fisuración o agrietamiento de la pavimentación. Este fenómeno es crucial porque influye directamente en la durabilidad y estabilidad del pavimento, por lo que su comportamiento frente a esfuerzos cortantes está relacionado con factores como la proporción de asfalto, el tipo y tamaño de los áridos, y las condiciones climáticas. La capacidad de una mezcla asfáltica para resistir el esfuerzo cortante es vital para garantizar que el pavimento mantenga su integridad estructural a lo largo del tiempo.

Por otro lado, el riego de liga es una capa delgada de asfalto líquida que se coloca entre las capas de una estructura de pavimento, ya sea entre la base y la mezcla asfáltica o entre otras capas. Su función principal es asegurar una buena adherencia entre las capas, evitando que se deslicen o separen bajo el tráfico.

Además de mejorar la adherencia, el riego de liga también contribuye a la durabilidad del pavimento, especialmente bajo condiciones de tráfico intenso y variaciones térmicas.

Su función es asegurar una unión sólida entre las capas, lo que es clave para lograr una estructura de pavimento monolítica y duradera. En este contexto, el esfuerzo cortante por riego de liga está relacionado con la capacidad de la mezcla asfáltica para resistir los deslizamientos o desplazamientos entre las capas cuando se somete a cargas de tráfico o a cambios de temperatura.

Aunque el riego de liga mejora la adherencia entre las capas de asfalto, también introduce una interfaz que puede ser sensible a ciertos esfuerzos cortantes, especialmente cuando las condiciones de tráfico y temperatura varían.

Este esfuerzo cortante generado en la interfaz puede provocar fallas, como agrietamiento, si el riego de liga no es adecuado o no se aplica correctamente. Por lo tanto, la calidad del riego de liga y su aplicación son factores críticos para garantizar la integridad del pavimento a largo plazo, evitando que las capas se deslicen o se separen bajo el tráfico y las fluctuaciones térmicas.

Por tanto, el esfuerzo cortante por riego de liga es un aspecto importante para garantizar la durabilidad y la resistencia de las pavimentaciones asfálticas, ya que influye en la estabilidad estructural del pavimento a largo plazo.

APLICACIONES Y RESULTADOS

De acuerdo con lo anterior, en COMPAVSA hemos desarrollado diversos ensayos para determinar el esfuerzo cortante del riego de liga con diferentes dosificaciones de riego de liga utilizando una emulsión catiónica de rompimiento rápido, con un contenido de asfalto del 60% (ECR 60-40).

Este procedimiento se realiza en laboratorio bajo la normativa AASHTO TP 114 “Method of test for determining the interlayer shear strength of asphalt pavement layers”. Se inicia con la fabricación de un espécimen el cual representa la capa existente, posteriormente se aplica la cantidad de riego de liga con la que se requiera ensayar.

Seguidamente se espera a el rompimiento de la emulsión para proceder a compactar la capa superior la cual simulará la capa nueva del pavimento.

Para este caso, se usó dosificaciones desde 0.3 l/m2 a 0.7 l/m2 así como temperaturas de ensayo de 10°C, 20°C y 30°C. Una vez se halla compactado la capa superior del espécimen, se procede con el acondicionamiento, para este caso se realizó en baño maría. 

Seguidamente, transcurrido el tiempo de acondicionamiento, se coloca el espécimen en las mordazas correspondientes y se falla de acuerdo a lo estipulado en la normativa AASHTO TP 114.

Una vez obtenido los datos, se procede analizar el esfuerzo cortante, la deformación y valor de la carga máxima, los resultados obtenidos se presentan en las siguientes gráficas. 

En la gráfica No.1, se puede observar los diferentes valores de esfuerzo cortante que están de acuerdo a las dosificaciones del riego de liga a una temperatura de acondicionamiento de 10°C, siendo el valor menor de esfuerzo cortante de 1.39 Mpa correspondiente a una dosificación de 0.3 ml/m2 y obteniendo un valor mayo de 1.88 Mpa para una dosificación de 0.6 ml/m2.

Por otro lado, de acuerdo a los resultados presentados en la gráfica No.2 para una temperatura de acondicionamiento de 20°C, el valor menor de esfuerzo cortante de 0.66 Mpa correspondiente a una dosificación de 0.4 ml/m2 y obteniendo un valor mayo de 0.85 Mpa para una dosificación de 0.7 ml/m2.

Finalmente, los resultados presentados en la gráfica No.3 para una temperatura de acondicionamiento de 30°C, el valor menor de esfuerzo cortante de 0.47 Mpa correspondiente a una dosificación de 0.3 y 0.7 ml/m2 y obteniendo un valor mayor de 0.61 Mpa para una dosificación de 0.5 ml/m2.

Los resultados indican que la temperatura de acondicionamiento tiene un impacto significativo en el esfuerzo cortante. A 10°C (gráfica No.1), los valores de esfuerzo cortante son más altos que a 20°C (gráfica No.2) y 30°C (gráfica No.3). Esto sugiere que las temperaturas más bajas favorecen una mayor resistencia al esfuerzo cortante, mientras que las temperaturas más altas tienden a reducirla.

Los valores más bajos de esfuerzo cortante se presentan en los rangos de dosificación más bajos (0.3 a 0.4 ml/m²), mientras que los valores más altos se registran en las dosificaciones intermedias (0.5 a 0.7 ml/m²). Sin embargo, es importante observar que, a 30°C, los valores de esfuerzo cortante se estabilizan entre 0.47 MPa y 0.61 MPa, lo que puede indicar un comportamiento menos sensible a las variaciones en la dosificación en temperaturas más altas.

En COMPAVSA, entendemos que la durabilidad de las mezclas asfálticas depende de su diseño, producción y construcción. Por eso, hemos creado este catálogo como guía sobre las mejores combinaciones de temperatura y dosificación del ligante asfáltico, siguiendo la normativa AASHTO TP 114 “Method of test for determining the interlayer shear strength of asphalt pavement layers”.

^{BIBLIOGRAFÍA}

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• _{Asphalt Institute (2014). MS-22: Asphalt Materials and Mixture Design (6th edition). Asphalt Institute.}

_{Artículo por: Ingeniera Valentina Silva encargada del departamento de investigación y desarrollo de COMPAVSA; Maestra en Ingeniería Civil.}