Tracción de Geotextiles No Tejidos impregnados con diferentes porcentajes de ligante asfáltico.
*Por los Ings, Delbono, H. L., Ricci L. A., Fensel E. A., Apas A. L. del LEMaC Centro de Investigaciones Viales UTN FRLP – CIC PBA.
- Introducción
En la rehabilitación de carreteras se emplean materiales geosintéticos, entre ellos los geotextiles no tejidos son utilizados como sistemas de capa intermedia como técnica para controlar la reflexión de fisuras en pavimentos deteriorados (Figura 1). Sin embargo, el éxito de esta técnica depende directamente del comportamiento del geotextil cuando es impregnado con ligante asfáltico [Souza and Bueno 2010].
Las fisuras en el pavimento permiten el ingreso de agua a la estructura, acelerando el proceso de deterioro [Alobaidi and Hoare 1994], tanto en pavimento flexible como rígido. La fisura se inicia y propaga rápidamente debido a la carga externa, repetición de carga del tránsito y ciclos de temperatura diaria y combinaciones de ambas [Lytton 1989; Kim and Butllar 2002; Virgili et al., 2009; Baek et al., 2010].
Los geotextiles impregnados son utilizados en la rehabilitación de pavimentos en Argentina, logrando buenas prestaciones en obra. Sin embargo, su comportamiento no siempre ha sido satisfactorio.
Por experiencias adquiridas, en la mala ejecución en la dotación del riego de liga, la cual interviene en dos funciones importantes, esfuerzo a tracción e impermeabilidad de la estructura, se propone el estudio de la decreciente dotación para diferentes ligantes asfálticos, con objeto de analizar la dotación de ligante para la cual el material deja de trabajar efectivamente.
Se valora la variación de la resistencia a la tracción en geotextiles no tejidos embebidos con distintos porcentajes de asfalto convencional del tipo CA20 y asfalto modificado del tipo AM3, basado en el procedimiento de ensayo bajo normativa IRAM 78027.
- Desarrollo experimental
Como primera instancia se determinó la máxima retención de asfalto para un geotextil no tejido de 150 g/m2, siguiendo los pasos que indica la Norma IRAM 78027 [IRAM 2005] (correspondiente ASTM 6140), la cual permite determinar dicha máxima retención mediante la ecuación 1.
Sobre una serie de ensayos, se estableció el 100% máximo promedio de retención de asfalto y en base a este valor, se establecieron porcentajes menores de retenciones que resultan de interés analizar para cada tipo de ligante utilizado.
Cabe destacar que la Norma IRAM 78027 indica el procedimiento para obtener geotextiles embebidos con asfalto convencional del tipo CA20 a 135±2 ºC. Para obtener los resultados que se indican en la tabla 2 se utilizó asfalto modificado del tipo AM3 pero trabajando a 160 ºC ya que este a menor temperatura presenta mayor viscosidad, lo cual impide el correcto escurrimiento del mismo. Luego, se idealizó un modelo para embeber especímenes de 101mmx203mm del mismo geotextil utilizado como muestra patrón, y obtener un 60%, 70% y 80% de retención de asfalto, adicionando a las muestras la cantidad de asfalto necesaria para obtener estos porcentajes y una distribución uniforme del mismo.
Se confeccionó una bandeja con la cual se pudieron embeber de a pares las muestras y obtener los porcentajes de adición deseados (Figura 2). El procedimiento consiste en cortar y pesar individualmente (con precisión al 0,1g) dos especímenes, en forma paralela y perpendicular al sentido de fabricación del geotextil. En el procedimiento es importante que la bandeja se encuentre nivelada para que de esta manera el asfalto colocado se distribuya uniformemente en la superficie de dicha bandeja. Cuando se encuentra uniformemente distribuido, se colocan las muestras de geotextil directamente sobre el mismo y se dejan en estufa durante 30 minutos. Pasado este tiempo se cuelgan en el sentido longitudinal, primero en una dirección y luego se la rota 180º durante otros 30 minutos, siempre dentro de la estufa (Figura 3). Finalmente, se las retira y una vez que se enfrían se procede a tomar el peso final y calcular el asfalto retenido por cada probeta para la cantidad de asfalto colocada usando la ecuación 1.
Para lograr porcentajes de absorción de asfalto de acuerdo con los valores establecidos, se requirió de una serie de ajustes ya que los geotextiles no tejidos son materiales heterogéneos, (especímenes que procedan de la misma muestra podrán o no tener la misma retención máxima de asfalto). Lo dicho explica la dificultad para obtener probetas embebidas con los porcentajes de retención fijados y el hecho de haber obtenido muestras con porcentajes de retención dispersos. Para realizar el ensayo de tracción sobre las muestras obtenidas se decidió dividirlas en tres grupos de acuerdo con rangos de porcentajes de retención de asfalto, en cada dirección y para cada tipo de asfalto embebido. El primer grupo contiene aquellas muestras que obtuvieron un porcentaje de retención de asfalto entre el 55% y el 65%, el segundo aquellas con un 65% a 75% y el último grupo aquellas con un 75% a 85%. A cada uno de estos grupos se le determinó la resistencia a la tracción bajo carga concentrada por el método del agarre (“Grab Test”) (Figuras 4 a Figura 6) siguiendo los pasos que indica la Norma IRAM 78018 [IRAM 2002]. Para realizar el ensayo se utilizó la máquina de tracción universal con la que cuenta el LEMaC, una EMIC DL10000 (Figura 7).
- Análisis de resultados
Los ensayos realizados para lograr los objetivos propuestos arrojaron los siguientes resultados:
Las muestras, embebidas con distintos porcentajes de ligante asfaltico, se ensayaron a tracción bajo carga concentrada por el método del agarre (“Grab Test”), siguiendo los lineamientos de la norma IRAM 78018, para cada sentido, cada rango de porcentajes establecidos y para el material virgen, y para cada tipo de asfalto.
Los resultados promedios obtenidos de los ensayos presentados en las tablas 3 y 4 se muestran en las tablas 5 y 6.
Con los datos que se muestran en las Tabla 5 y Tabla 6 se confeccionan los gráficos 3 y 4 comparando la carga de rotura y el alargamiento aparente para cada rango de porcentaje de retención de asfalto en cada dirección ensayada y para cada tipo de asfalto embebido.
El gráfico 3 muestra las curvas fuerza-deformación que entrega la máquina de tracción culminado el ensayo, para muestras en sentido perpendicular al de fabricación y con un porcentaje entre el 65% y el 75% de retención de asfalto del tipo CA20, mientras que el gráfico 4 indica las curvas para muestras en el mismo sentido sin agregado de asfalto. Cabe destacar que las curvas obtenidas para muestras embebidas con asfalto ya sea convencional o modificado no difieren significativamente.
- Conclusiones
Se observa mediante los resultados obtenidos que la carga de rotura aumenta y el alargamiento aparente disminuye a medida que aumenta el contenido de cemento asfáltico.
Estableciendo una comparativa entre una muestra con un 100% de retención de asfalto y una sin asfalto (muestra virgen), la carga de rotura es cercana al doble para geotextiles embebidos en asfalto convencional y cercana al triple para geotextiles embebidos en asfalto modificado.
A su vez la carga máxima es mayor para los geotextiles embebidos con asfalto modificado que con asfalto convencional y también es mayor para rangos iguales de porcentaje de contenido asfáltico para los especímenes en sentido paralelo que aquellos en sentido perpendicular, dándose la inversa para el alargamiento aparente, aunque esto seguramente responde a la conformación propia de la muestra virgen ensayada.
Al constituirse en un nuevo material, la fusión del cemento asfáltico con el geotextil, la distribución de la curva carga-deformación tiene una conformación distinta, no apreciándose gran variación en las curvas carga-deformación de geotextiles embebidos en asfalto convencional o modificado.
La alteración de las curvas para el material virgen en relación con el embebido se debe a la modificación de la orientación de las fibras que conforman el geotextil, se aprecia una orientación distinta a la original del material al entrar en contacto con el ligante a temperatura. Esto permite al material embebido tomar mayor carga a menor deformación produciéndose una rotura frágil en comparación con el material virgen.
El trabajo demuestra la importancia del control en obra del correcto riego para impregnar y embeber el geotextil no tejido, dado que, ante posibles errores en las dotaciones del ligante, redundará en una perdida de resistencia y efectividad de impregnación y retardo de fisuras reflejas.
Asimismo, en obra se debe verificar que la dotación del riego con el ligante asfáltico, sobre el pavimento a restaurar, sea la necesaria para que el material geotextil se adhiera a este, evitando discontinuidad entre capas en cuanto a la adherencia entre las mismas, asegurando que las tensiones generadas por el tránsito y las condiciones climáticas se disipen en el espesor total que conforman las capas y no que estas trabajen independientemente.
- Bibliografía
[1] Anuario de Actividades y Producción Tecnológica 2012. Tesis de becarios LEMaC – Centro de Investigaciones Viales de la Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional La Plata, Argentina ISBN: 1668-365x. 154 p. Argentina.
[2] Souza N. C., Bueno B. 2010. Effect of bituminous impregnation on nonwoven geotextiles tensile and permeability properties. 400, 13, 566-569, Sao Carlos, SP, Brasil.
[3] Alobaidi I. and Hoare D. 1994. Factors affecting the pumping of fines at the subgrade interfase of highway pavement: A laboratory study. Technical paper No.5 Geosynthetic International. Vol. 1 No.2. pp. 221-259.
[4] Lytton RL, 1989. Use of geotextiles for reinforcement and strain relief in asphalt concrete Geotextiles and Geomembranes, 8, pp. 217–237
[5] Kim J y Butllar WG 2002. Analysis of reflective crack control system involving reinforcing grid over base-isolating interlayer mixture Journal of Transportation Engineering, 128, pp. 375–384
[6] Virgili A., Canestrari F.,Grilli A.,Santagata F.A. 2009. Repeated load test on bituminous systems reinforced with geosynthetics Geotextiles and Geomembranes, 27, pp. 187–195
[7] Baek J, Al-Qadi IL, Buttlar WG 2010. Effect of Field Condition Parameters on the Performance of Geosynthetic Based Interlayer Systems Used to Control Reflective Cracking in Hot-Mix Asphalt Overlays. Proceedings of the 9th International Conference on Geosynthetics, Brazil, pp. 1473–1476
[8] IRAM (2005). Instituto de Normalización y Certificación de Materiales de Argentina. Norma 78027. Determinación de la retención de asfalto en pavimentos asfalticos de ancho total. 7 p.
[9] IRAM (2002). Instituto de Normalización y Certificación de Materiales de Argentina. Norma 78018. Determinación de la resistencia a tracción bajo carga concentrada por método del agarre (Grab Test). 9 p.
