*Por el Ing. Luis Delbono e Ing. Enrique Fensel, LEMaC: Centro de Investigaciones Viales, UTN FRLP – CIC PBA, Av. 60 y 124
En el ámbito de la ingeniería vial, uno de los avances más relevantes es la incorporación de geosintéticos en la rehabilitación de pavimentos. La interacción efectiva entre capas es esencial para el desempeño estructural, y el uso de materiales como geocompuestos puede introducir discontinuidades que afectan la adherencia entre capas.
Se presenta la interposición de un geocompuesto entre una capa de hormigón y una capa de mezcla asfáltica como capa de rehabilitación.
Se plantea el ensayo de adherencia entre capas mediante el ensayo LCB (Laboratorio de Caminos de Barcelona), sobre diferentes capas. Se realiza el ensayo de Punto de Fusión y Punto de Ablandamiento sobre el geocompuesto, encontrando en los resultados diferencias que ayudan a comprender cuestiones que se deben tener presente en el proceso constructivo.
Introducción
Para garantizar el adecuado desempeño de un pavimento, sus capas deben trabajar de forma conjunta, permitiendo la disipación eficiente de las cargas inducidas por el tránsito y las condiciones climáticas. La pérdida de adherencia entre capas representa uno de los principales desafíos, ya que reduce la rigidez estructural, disminuye la capacidad portante y genera mayores deflexiones, acelerando la aparición de fisuras prematuras en la capa de rodadura.
Diversos autores coinciden en que una correcta unión es clave para que el sistema funcione como una estructura monolítica. En particular, el vínculo entre una mezcla asfáltica en caliente (HMA) y una base de hormigón es determinante en la durabilidad del pavimento.
Si bien los geosintéticos no se emplean con el objetivo específico de mejorar la adherencia, su interposición introduce una discontinuidad que afecta la interfase entre capas, por lo que su influencia no debe desestimarse.
Este estudio evalúa el comportamiento de la adherencia en estructuras que incorporan un geocompuesto entre una base de hormigón y una capa asfáltica, utilizando como agente de unión una emulsión asfáltica modificada con polímero. También se realiza la comparativa introduciendo el geocompuesto entre capas asfálticas. Se busca así analizar la respuesta estructural del sistema y los factores que condicionan su desempeño.
Desarrollo experimental
El sistema por estudiar está conformado por una losa de hormigón (Concreto hidráulico de Cemento Portland), una emulsión modificada con polímero como agente de adhesión (ECRR-M), un material geocompuesto de malla abierta en poliéster adosado a un un geotextil de polipropileno (HSKPET) y una carpeta asfáltica densa convencional tipo CAC D19 utilizada como refuerzo.Se busca cuantificar la adherencia entre las capas, para lo cual se toman dos sistemas a estudiar, el de referencia (Sistema 1), sin material geocompuesto intermedio entre capas, y el sistema con interposición de un geocompuesto, (Sistema 2), Figura 2.
Materiales componentes
Hormigón
El hormigón base de los sistemas fue dosificado en el laboratorio, el cual respeta la fórmula presentada en la Tabla 1.
Emulsión asfáltica
La Tabla 2 presenta los parámetros obtenidos de los ensayos de caracterización sobre la emulsión asfáltica de corte rápido modificada con polímero (ECRR-M).
Material geosintético
Se emplea un geocompuesto de abertura de 40×40 mm conformada por fibras en poliéster, adosadas a un geotextil No Tejido de Polipropileno, Figura 1.
Mezcla asfáltica
Se emplea un concreto asfáltico convencional denso elaborado en caliente (CAC D19) como carpeta de refuerzo sobre el hormigón.
La Tabla 3 presenta los resultados. Los mismos se obtienen mediante el ensayo Marshall, el cual permite caracterizar el comportamiento mecánico de una mezcla asfáltica. Las probetas confeccionadas se ensayan según la Norma VN – E9 – 86 [4].
Confección de probetas
Se confecciona tres probetas de 101,6 mm de diámetro por cada sistema propuesto.
Sistema 1: probetas sin material geosintético (Referencia) compuesto por una capa de hormigón elaborado ad-hoc de 5 cm de espesor, un riego de emulsión asfáltica modificada de 0,90 l/m2 de dotación, y la capa de mezcla asfáltica en caliente tipo CAC D19 de 5 cm de espesor, Figura 2a.
Sistema 2: similar al Sistema 1 con material geosintético entre capas, Figura 4b.
Ejecución del ensayo de adherencia. Ensayo LCB.
Se coloca la probeta de ensayo en posición horizontal, apoyada en dos puntos como una viga simplemente apoyada. El plano de debilidad “interfase”, debe quedar en las cercanías de uno de los apoyos, como puede observarse en la Figura 3a. Se aplica una carga centrada P de tal modo que la probeta esté sometida a flexión, y que la solicitación en el plano de debilidad sea un esfuerzo cortante con un valor de carga equivalente a P/2. El ensayo se efectúa a una velocidad de 1,27 mm/min y a una temperatura de 22 ± 2 °C.
Resultados
La Tabla 4 presenta los resultados obtenidos con y sin material intermedio.
Para el Sistema 2, se presentan dos casos;
Caso 1: con el geotextil no tejido en polipropileno de base fundido (base fundida);
Caso 2: con el geotextil no tejido en polipropileno de base sin fundir (base sin fundir), según lo evidenciado en los ensayos respecto al material polipropileno que conforma al material geocompuesto, esta particularidad evidenciada se detalla más adelante.
Las siguientes figuras presentan las curvas obtenidas en el ensayo para cada sistema.
Tal como se aprecia para el Sistema 2 (caso 2), resulta fundamental que el geotextil no tejido de polipropileno utilizado como base alcance su degradación térmica durante la colocación de la mezcla asfáltica. De lo contrario, como lo evidencian los datos de la Tabla 4, la adherencia entre capas se ve comprometida.
A partir de esta observación se decide realizar ensayos complementarios para determinar su comportamiento térmico. Se lleva a cabo la determinación del Punto de Fusión y del Punto de Ablandamiento conforme a la norma ASTM D 1525.
La metodología adoptada para el ensayo consiste en:
- muestra virgen del geotextil no tejido de polipropileno.
a.1 Punto de ablandamiento = 89 ºC
a.2 Punto de fusión (ver punto b.4) = aprox. 157 ºC (valor medio
- muestra del geotextil no tejido de polipropileno extraída luego de colocada y compactada la mezcla CACD19 sobre el material impregnado con la emulsión asfáltica modificada.
b.1 Punto de ablandamiento = 48 ºC
b.2 Punto de ignición, ASTM D 92 = 189 ºC
b.3 Punto de llama, ASTM D 92 = 221 ºC
b.4 Punto de fusión, en un amplio rango de temperatura por su característica intrínseca y por lo tanto con valor académico relativo = aprox. 178 ºC (valor medio)
Del ensayo se desprende que el punto de fusión del geotextil no tejido de polipropileno adherido a las fibras del material registra un valor medio de 157 ºC, en el entorno de los 155 ºC especificados en la cartilla técnica del material como temperatura máxima que resiste en contacto con la mezcla asfáltica colocada sobre el material. La mezcla asfáltica en obra para una del tipo densa convencional (CAC D19) requiere normalmente de una temperatura de colocación del orden de los 155 ºC, por lo cual, si ésta no se coloca a la temperatura establecida el geotextil base de polipropileno no llega a su temperatura de fusión.
Siguiendo con el análisis del ensayo, al impregnar el geotextil de polipropileno con emulsión modificada, si bien es difícil establecer un punto de fusión del conjunto, se puede decir que el mismo alcanza un valor aproximado de 178 ºC, temperatura que sobrepasa la de la colocación de la mezcla asfáltica sobre el material, situación que debe ser considerada a efectos de justificar cambios en el comportamiento del material cuando se lo coloca sobre un riego de emulsión asfáltica con objeto de ligar los materiales.
Desde hace tiempo el LEMaC: Centro de Investigaciones Viales de la UTN FRLP – CIC PBA viene trabajando en los sistemas anti-reflejo de fisuras, donde se conoce que los materiales poliméricos, en este caso el geocompuesto, se llevan mejor con los sustratos de mezclas asfálticas por ser mas afines. Por ello, se presenta en la Tabla 5 experiencias interponiendo el geocompuesto entre dos capas asfálticas del tipo convencional CAC D19 para observar la diferencia en su desempeño.
Los pavimentos asfálticos están compuestos por múltiples capas que deben actuar de manera conjunta e integrada para garantizar su buen desempeño. Cuando se produce una falla en la adherencia entre capas, se compromete seriamente la durabilidad del sistema, acelerando la aparición de deterioros y reduciendo considerablemente su vida útil.
En los últimos años, la incorporación de geosintéticos en las tareas de rehabilitación de pavimentos asfálticos ha ido en aumento. Esta tendencia exige un diseño adecuado, una correcta aplicación en obra y un control riguroso, a fin de asegurar los beneficios esperados de estos materiales.
La colocación de un geosintético como capa intermedia en procesos de restauración ha demostrado ser efectiva, ya que contribuye a retrasar la propagación de fisuras reflejadas y prolongar el servicio del pavimento rehabilitado. No obstante, es importante tener en cuenta la gran diversidad de geosintéticos disponibles en el mercado global, los cuales difieren notablemente en su estructura, composición polimérica y comportamiento frente a diferentes condiciones de obra.
En este estudio se analizó específicamente el tipo de geocompuesto más comúnmente empleado para mitigar el reflejo de fisuras. Cabe destacar que existen otras variantes, cuyas características constructivas y formas de aplicación, en particular en lo referente al tipo y cantidad de riego de liga, presentan diferencias significativas.
Conclusiones
Se observa que al incorporar un geocompuesto entre una base de hormigón y un refuerzo asfáltico, la adherencia puede incrementarse en un 16% respecto al sistema de referencia, siempre que el geotextil no tejido de polipropileno se funda adecuadamente durante la aplicación. Si esto no ocurre, el desempeño del sistema se ve comprometido.
A través del ensayo de punto de fusión, se determinó que la temperatura habitual de colocación de la mezcla CAC D19 puede no ser suficiente para fundir el polipropileno del geotextil, condición necesaria para asegurar una unión efectiva entre capas.
Es importante destacar que el geotextil no tejido de polipropileno presente en el geocompuesto tiene la función de facilitar la instalación. Sin embargo, su presencia en la interfase puede dificultar el contacto entre capas, disminuyendo la adherencia y afectando negativamente el desempeño estructural global del sistema multicapa.
Los materiales utilizados en los ensayos forman parte del repertorio habitual en obras viales. No obstante, su elección debe ser cuidadosa, ya que pequeñas modificaciones pueden mejorar notablemente los resultados. Por ejemplo, optar por un geosintético de estructura abierta o utilizar una emulsión asfáltica convencional no modificada en lugar de la empleada, pueden ajustarse mejor a determinadas condiciones de obra.