Un modelo para la predicción de la fisuración térmica de pavimentos de mezclas bituminosas

Abstract

Se propone un modelo matemático teórico para la interpretación y predicción de la fisuración ténmica de las capas que constituyen los firmes bituminosos utilizados en pavimentación viaria y aeroportuaria. El fenómeno de la fisuración ténmica puede tener dos causas diferentes: como consecuencia de descensos repentinos de la temperatura hasta valores extremadamente bajos (por debajo de los O OC), fenómeno conocido como fisuración térmica a bajas temperaturas ("!ow temperature cracking'), o debido a la fatiga térmica producida por cambios diarios repetitivos de temperaturas ("therma! fatigue cracking'). El mecanismo de fractura es el mismo en ambos casos ya que se produce por las tensiones que se generan en las capas por contracción, dependiendo de la rigidez (resistencia a la deformación) y la capacidad de relajación de dichas tensiones, disipando dicha energía en un flujo penmanente, que presenten las mezclas bituminosas. Sin embargo, la velocidad de propagación de las fisuras es diferente en cada tipo de fenómeno. La mayoría de los estudios sobre fisuración térmica han sido efectuados en paises situados en latitudes con climas frios. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la fisuración por fatiga ténmica no es un fenómeno exclusivo de los climas nórdicos, sino que puede producirse con frecuencia en carreteras de montaña y en grandes superficies pavimentadas como las aeroportuarias y de aparcamientos, donde se pueden dar importantes gradientes térmicos diarios. Además, el empleo de nuevos tipos de mezclas como las de alto módulo (MAM) con betunes duros requieren métodos teóricos de predicción de la fisuración ténmica. El modelo propuesto se basa en una aproximación analítica simplificada que permita al proyectista una clara interpretación de la fisuración ténmica y de la influencia de la composición y tipo de mezcla, de sus parámetros de comportamiento mecánico y de las condiciones climáticas, en la respuesta del firme ante las solicitaciones térmicas. El modelo se ha validado de forma experimental y ha permitido obtener como resultados las tensiones térmicas que se producen en capas de finmes bituminosos mediante la integración de una ecuación diferencial de primer orden con parámetros dependientes de las características mecánicas de las mezclas.