*Por el Dr. Ing. Delbono Héctor Luis, del LEMaC Centro de investigaciones viales UTN FRLP – CIC PBA (delbonoluis@hotmail.com).
El sistema de transporte es fundamental para el crecimiento económico de toda región. Por ello, los pavimentos deben cumplir en todo momento, con las exigencias generadas por las cargas del tránsito y las variaciones climáticas al que se encuentran expuestos.
Tanto en una obra nueva como en una rehabilitación, uno de los problemas tempranos en manifestarse es la fisuración de la capa asfáltica de rodamiento, el cual se puede dar desde arriba hacia abajo o de abajo hacia arriba, causada por:
• Fatiga: pasadas repetidas de carga de tránsito pesado, causando la rotura de la capa después de determinados números de ciclos o por la propia carpeta asfáltica debido a los cambios térmicos.
• Contracción: el uso de capas estabilizadas con ligantes hidráulicos (cemento, cal u otros materiales) y la presencia de temperaturas muy bajas provocan contracción en las capas del pavimento, ocasionando la aparición de fisuras.
• Movimiento del suelo de fundación: el desarrollo de movimientos horizontales perpendiculares a la fisura o junta son importantes. Se debe contemplar también que los movimientos verticales y especialmente los diferenciales entre los bordes de la fisura contribuyen al fenómeno.
• Defectos de construcción: causados por la mala característica de los materiales de las capas del pavimento, por la mala ejecución de las juntas longitudinales o por el dislocamiento de las capas, por falta adherencia entre ellas, donde la falta de vínculo se traduce en una mala o nula distribución de tensiones en el espesor total del pavimento.
Estos movimientos relativos entre las capas que conforman el pavimento, son los que causan la formación y propagación de fisuras, siendo generalmente la de abajo hacia arriba la que más rápidamente se presenta por las tensiones de tracción en la fibra inferior o corte en la capa asfáltica y se manifiestan por lo general en tres etapas (Ver Figura N°1):
• Inicio de fisuración (por fatiga del material o en correspondencia con una junta).
• Crecimiento estable de la fisura (concentración de tensión en la punta de la fisura).
• Propagación inestable de la fisura (aparición en la superficie).
El proceso se da por inicio de microfisuras en la masa de la mezcla asfáltica de la capa de rodamiento, esas microfisuras se van uniendo hasta conformar una o varias fisuras que crecerán de forma estable debido a la concentración de tensiones que se producen en la punta de la fisura, hasta llegar a la superficie de la capa de rodamiento, provocando el ingreso de agua y el deterioro acelerado de la estructura del pavimento.
El tiempo que tarda la fisura generada en aparecer en la superficie de la capa de rodamiento, aumenta con el espesor de la capa. La naturaleza de la capa asfáltica es importante porque la fisura se propaga más rápido cuanto más frágil sea el material utilizado, debido a las tensiones que se producen en la punta de la fisura.
Las solicitaciones exteriores sobre el plano de la fisura, generan diferentes mecanismos de rotura, (Ver Figura N° 2). La carga debida al paso de una rueda genera dos solicitaciones de corte y una de flexión, lo que genera apertura y propagación de la fisura, al igual que la variación de las condiciones climáticas que generan tensiones de tracción y contracción en la fibra inferior.
Una vez que las fisuras surgen en la superficie, estas se cubren con una capa de mezcla asfáltica en caliente, de cierto espesor y características para recuperarlo, previa limpieza y reparación de las fisuras existentes. Esto no genera una solución duradera ya que los esfuerzos continúan actuando en los bordes de la fisura, propagándose a la superficie nuevamente.
En el Centro de Investigaciones Viales de la Universidad Tecnológica Nacional de La Plata (LEMaC) se realizan numerosas investigaciones sobre este fenómeno, pudiendo ser controlado o retardado por medio de procesos conocidos internacionalmente como S.A.M.I. (Stress Absorber Membrane Interlayer), que consiste en la interposición de una capa intermedia de características especiales, entre el pavimento antiguo y la nueva capa de refuerzo.
Se estudian diferentes materiales geosintéticos como refuerzo, evidenciando que los mismos minimizan la formación y desarrollo de fisuras causadas por la deformación progresiva de la estructura del pavimento, haciendo hincapié también en la adherencia entre capas que resulta ser un factor determinante para el correcto cumplimiento de la función de refuerzo por la cual se coloca un geosintético, siendo los principales factores que pueden alterar la adherencia entre las mismas: el tipo de superficies a unir, la textura de cada superficie, el tipo de material o sistema utilizado en la interfase, uniformidad y dotación en la aplicación de riegos de adherencia y el sistema constructivo.
Los geosintéticos como: geotextiles, geogrillas y geocompuestos, tienen buena respuesta en cuanto al retardo de la fisuración refleja, dependiendo de la magnitud del problema ya que pueden y deben tomarse como válidas otras alternativas a saber:
• Sellado de las fisuras;
• Reciclado de las capas fisuradas;
• Trituración de la capa deteriorada (trituración de losas);
• Capa de nivelación de arena-asfalto a lo largo de toda la superficie;
• Mezclas modificadas con polímeros, con alta resistencia a la fatiga;
• Sistema S.A.M. (“Stress Absorber Membrane”), modificación del betún con caucho utilizadas en sellos de “Spray” (“seal coats”) generando una membrana impermeable;
• Sistemas S.A.M.I. (“Stress Absorber Membrane Interlayer”), membrana absorbente de tensiones entre capas que consiste en la construcción de una capa intermedia, de características especiales, entre el pavimento existente y la nueva capa de refuerzo.
Debido a los avances del desarrollo tecnológico y los crecientes desafíos de la ingeniería, se cuenta con nuevos materiales que brindan mayor resistencia debido al polímero utilizado en su producción. La Aramida y el PVA (Polivinil Alcohol) son utilizados con especificaciones técnicas exclusivas, fuera de la línea estándar de producción, en proyectos que justifiquen su uso ya que se trata de polímeros con propiedades mecánicas superiores debido a la posibilidad de fabricar filamentos de mayor tenacidad, alcanzando elevada resistencia a la tracción con niveles de deformación en rotura mucho más bajos. Sin embargo, de la amplia gama de materiales disponibles, para que un geosintético introducido entre capas pueda cumplir su función de refuerzo, es imprescindible que:
• Resista los esfuerzos impuestos por el tránsito y por los equipos de construcción de la obra como así también la temperatura de aplicación de la mezcla asfáltica.
• Presente una elevada resistencia a la tracción a fin de absorber las tensiones de tracción del revestimiento asfáltico.
• Posea una perfecta adherencia con las capas de forma que permita la distribución y transferencia de los esfuerzos de tracción.
• Que absorba los esfuerzos impuestos por las cargas dinámicas del tránsito y la variación de temperatura durante la vida útil del pavimento (Resistencia a fatiga).
En todos estos sistemas y materiales mencionados, colocados entre capas para reducir los esfuerzos de tensión, el retardo de la propagación de la fisura se incrementa a medida que el espesor del sistema considerado aumenta al igual que su contenido de ligante, mejorándose la flexibilidad. Sin embargo, esto puede causar ahuellamiento y problemas de deformación ante el tránsito pesado, lo cual requiere su análisis en laboratorio.
Para verificar su beneficio como sistema S.A.M.I. se puede determinar un coeficiente de efectividad respecto a un sistema patrón, en este sentido, algunas investigaciones determinan que la utilización de éstos reduce el espesor del refuerzo asfáltico.
Basados en estos factores, la incorporación de un material geosintético entre capas, altera las condiciones de monolitismo de la estructura. Por ello, es importante cuantificar en qué proporción los geosintéticos para refuerzo de pavimentos ayudan o afectan la vida útil del mismo, ya sea cuando se desea rehabilitar un pavimento de hormigón o de concreto asfáltico mediante una carpeta de rodamiento de mezcla asfáltica.
Aplicación de geosintéticos: proceso constructivo
Las etapas constructivas, para la correcta aplicación de los geosintéticos en tareas de mantenimiento y restauración, se sintetiza en varias etapas.
- Limpieza del pavimento deteriorado.
- Sellado de fisuras, ejecución de la reparación de baches y relleno de fisuras.
- Aplicación de riego de liga, según el material o sistema a utilizar; antes de extender el geosintético debe asegurarse que el riego sobrepase en ancho del geosintético. Debe contemplarse lo siguiente.
• Cuando se utiliza riego asfáltico puro como ligante, puede extenderse inmediatamente después de aplicado (Ver Figura N° 3ª).
• Cuando se utilizan emulsiones asfálticas, no puede extenderse hasta que la emulsión haya efectuado su rotura (Ver Figura N° 3b). - Extensión del geosintético u otro material intermediario. Puede colocarse directamente sobre la junta o fisura, tanto transversal como longitudinal, (Ver Figura N° 4ª). En pavimentos muy deteriorados se coloca el geosintético en todo el ancho de la calzada, (Ver Figura N° 4b), donde en algunos casos puede requerirse de una capa de nivelación previa a la colocación del geosintético. El geosintético puede extenderse manualmente o mediante máquinas, teniendo en cuenta lo siguiente:
• Debe evitarse la formación de arrugas.
• Los extremos longitudinales y transversales deben solaparse de 15 a 30 cm.
• Si se deposita agua de lluvia en la superficie, debe dejarse evaporar antes de aplicar una capa superior. - Aplicación de riego de liga sobre el geosintético (si corresponde según el material) o pasada de rodillo neumático para adherir el geosintético en caso de colocación manual.
- Colocación y compactación de mezcla asfáltica en caliente.
La superficie de mezcla puede aplicarse inmediatamente después de la extensión del geosintético, teniendo en cuenta la temperatura para que no dañe el geosintético (Ver Figura N° 5 y Figura N° 6).
