Como mejorar el comportamiento de los pavimentos asfálticos

 In Geotextiles

Los firmes cuya vida se está agotando o que experimentan fallos prematuros empiezan a desarrollar unas fisuras en el seno de su estructura que, con el tiempo, alcanzan la superficie. Este agrietamiento es un proceso complejo que puede originarse por diferentes mecanismos: sobrecarga, fatiga, retracción térmica, movimientos del terreno, asientos diferenciales en el terraplén, hinchamiento de arcillas de capas inferiores sensibles a la variación de humedad o defectos constructivos.


Cuando una rueda circula sobre una grieta existente en un firme inferior, se genera un esfuerzo cortante en la capa de asfalto superior que, al actuar de manera continua debido a la carga repetitiva del tráfico, termina por romper el asfalto, apareciendo en la superficie la grieta de reflexión.

El agrietamiento en la nueva superficie de revestimiento se debe a la incapacidad de éste para soportar las tensiones de cizalladura y tracción creadas por movimientos del pavimento inferior. Este movimiento puede ser el resultado de cargas de tráfico (presión de los neumáticos) o cargas térmicas (dilatación y contracción). El agrietamiento asociado con la fatiga se produce cuando las fuerzas de cizalladura y flexión, debidas a las cargas de tráfico pesado, crean tensiones que superan la resistencia a la fractura del revestimiento asfáltico (es un problema de estabilidad estructural). El agrietamiento asociado a la temperatura se produce cuando el movimiento horizontal, debido a la dilatación térmica, contracción y rizado de las capas base del pavimento, crean tensiones de tracción en el revestimiento que exceden la resistencia del asfalto.

Por otra parte, el incremento de tráfico pesado en las carreteras así como la mayor velocidad a la que discurren hace que se requieran bases con mayor módulo resistente y alta capacidad portante, tales como las mezclas con conglomerantes hidráulicos, sobre las que se extienden mezclas asfálticas como capa de rodadura. Estos firmes mixtos, formados por una base rígida y una rodadura flexible, han demostrado cumplir las exigencias para las que se diseñan, pero con el paso del tiempo también sufren la reflexión de fisuras: la dilatación-contracción que provocan los cambios térmicos produce movimientos horizontales de las losas inferiores, movimientos que causan deformaciones en la capa de asfalto en el lugar donde coinciden con las juntas de la losa de hormigón inferior, y, por consiguiente, la aparición de grietas de reflexión.

En cualquier caso, el resultado es un firme con fisuración, la cual, sea o no sea producida por la pérdida de capacidad portante del firme, representa una vía de entrada de agua y productos contaminantes, ocasionando degradaciones superficiales que afectan a la regularidad del pavimento (y por tanto, a la comodidad y seguridad del tráfico), además de provocar una disminución en la capacidad portante de las capas inferiores, disminuyendo notablemente la vida de servicio del firme.

Para alargar la vida de estos firmes deteriorados se suele colocar una capa de refuerzo de aglomerado asfáltico, pero las grietas que existan en el firme antiguo pueden propagarse a la capa de refuerzo, deteriorándola rápidamente. Esta reflexión de grietas se produce por las tensiones horizontales que genera el tráfico, tensiones que son perpendiculares a las fisuras en sus bordes.

Para reducir en la medida de lo posible esta transmisión de las fisuras se plantean diversas opciones. En principio se podría pensar en la utilización de mayores espesores de aglomerado asfáltico, solución cara que sólo retrasa la aparición del problema. La solución se basa en la interposición entre la fisura y las nuevas capas de firme de una capa que absorba las tensiones que se produzcan, retrasando lo más posible la aparición de la fisura. Estos sistemas se conocen como SAMI (Stress Absorbing Membrane Interlayer), sistemas de interposición de pequeño espesor que disminuyen la tensión producida por la existencia de fisuras en las capas inferiores y los movimientos que ello ocasiona. Pueden agruparse en cuatro grupos:

•    Capas delgadas de interposición con mezclas finas o morteros bituminosos, en caliente o en frío, normalmente con alto contenido (entre el 9 y el 15 %) de ligantes modificados con polímeros.

Se les conoce como sistemas arena-betún, presentando como ventaja el uso de los mismos equipos de extensión que para las capas posteriores, pero con un mayor coste (se requieren capas de al menos 4 cm) y un recrecido de la rasante.

•    Membranas líquidas con fuertes dotaciones de betún modificado (entre 1,5 y 3,0 kg/m2). El ligante así extendido debe protegerse de la posterior capa de mezcla asfáltica con áridos preenvueltos o lechadas bituminosas en frío.

La utilización de equipos nuevos encarece el sistema y el uso de gravillas o lechadas de protección producen un punzonamiento en la membrana que hace que su espesor sea variable, lo que va en detrimento de su efectividad.

•    Membranas constituidas por geotextiles impregnados;

•    Sistemas basados en el empleo de una malla para armar las mezclas asfálticas.

Un método para controlar la reflexión de grietas es el uso sistemas integrales antifisuras (tipo Crackend) mediante geotextiles impregnados, interpuestos entre el soporte fisurado y las capas superiores, los cuales son capaces de absorber tales tensiones tangenciales, al mismo tiempo que sirven de membrana impermeable, evitando la penetración de humedad. Este complejo crea una interfase que, frente a las lentas solicitaciones originadas por las variaciones térmicas, tiene un comportamiento viscoelástico. En el complejo, el geotextil sirve básicamente como depósito para retener una determinada cantidad de ligante, mientras que éste es el encargado de deformarse siguiendo los movimientos del soporte fisurado, haciendo que la grieta deslice horizontalmente y disipando su transmisión a la capa superior .

geotextil no tejido geotexanPara ello se utilizan:
–    Geotextiles tejidos (los tejidos presentan propiedades mecánicas anisotrópicas que hacen que su efectividad no sea igual en todo el plano, son menos deformables y presentan menor capacidad de saturación),
–    Geotextiles de filamentos continuos (las fibras cortas o largas reducen la resistencia del geotextil y se adhieren fácilmente a los neumáticos durante su instalación),
–    Geotextiles a base de polipropileno (es más resistente a los álcalis, asegura una buena adhesividad con el betún al impregnarse bien por su baja densidad y no funde a las temperaturas de extendido de la mezcla asfáltica de rodadura, aunque es más sensible que el poliéster a los rayos ultravioleta y su temperatura de fusión, 175 ºC, es menor que la de éste, 250 ºC, lo que hace que no soporte altas temperaturas durante un tiempo prolongado),
–    Geotextiles cuyas fibras estén ligadas mecánicamente por agujeteado (lo que da volumen al geotextil para retener la cantidad óptima de ligante bituminoso).

Presentan una gran elasticidad y una alta resistencia a la rotura. En función del grado de fisuración, de la porosidad del pavimento antiguo, de la humedad y de la temperatura ambiente se seleccionará un tipo u otro de geotextil:

– AOL, de 120 g/m2 y 1,3 mm de espesor, que retiene 1,20 l/m2 de ligante residual.

– AOH, de 135 g/m2 y 1,5 mm de espesor, que retiene 1,35 l/m2 de ligante residual.

Como ligante pueden utilizarse betunes o emulsiones convencionales, aunque lo recomendado es emplear ligantes modificados (betunes modificados mediante la adición de polímeros elastoméricos o emulsiones fabricadas a partir de éstos). En cualquier caso, es muy importante que presenten buenas características de recuperación elástica. En el caso de emplear emulsiones se debe tener en cuenta el ligante residual realmente puesto en obra, debiendo utilizarse emulsiones de alta concentración y viscosidad así como velocidad de rotura muy rápida.

 

aplicacion geotextil para pavimentos

La puesta en obra del sistema es uno de los puntos clave para alcanzar una buena eficacia. El proceso se inicia sellando las fisuras superiores a 5 mm y aplicando sobre el firme antiguo un riego de imprimación con una emulsión asfáltica de betún modificado. La dosificación del riego depende del tipo de geotextil a utilizar: para los tejidos de polipropileno se suele aplicar 1 l/m2, lo que proporciona una buena unión, quedando suficiente ligante libre como para saturar los poros del geotextil. Un exceso de dosificación impide la adherencia y causa dificultades en el extendido de la capa de refuerzo al crear un plano de deslizamiento entre el geotextil y el antiguo pavimento. Una dosificación insuficiente también puede impedir la buena adherencia y el geotextil no quedará suficientemente impregnado. La aplicación del ligante debe hacerse con una cisterna dotada de una rampa de riego y medios automáticos de dosificación.

Aplicación geotextil sobre base asfáltica

El extendido del geotextil puede realizarse manualmente con la ayuda de cepillos (para superficies pequeñas) o mediante el empleo de equipos mecánicos (basados en el empleo de unos tensores en los extremos de los rollos del geotextil para mantenerlo estirado y un grupo de cepillos que apliquen una pequeña presión y lo coloquen sobre el soporte). El geotextil debe extenderse a la vez que se aplica el riego, cepillando su superficie para evitar arrugas y asegurar un buen contacto con la capa inferior, adhiriendo los solapes con ligante adicional. La membrana debe estar en íntimo contacto con la capa inferior y sus poros deben ser sellados con el ligante. Suele ser inevitable la aparición de pliegues en las zonas curvas: la mayoría van a poder ser absorbidos durante el proceso de compactación de la mezcla asfáltica, pero en algunos casos no queda más remedio que dar un corte al geotextil y eliminar el sobrante. Tanto en estos cortes como en las juntas entre rollos consecutivos, la unión puede realizarse a tope o con un ligerísimo solape en la dirección de extensión de la mezcla asfáltica: la junta a tope resulta más adecuada ya que evita la presencia de zonas sin impregnar pero se corre el riesgo de arrastre y arranque del geotextil al paso del equipo de extensión del aglomerado.

Después se procede a la extensión y compactación de la capa de refuerzo mediante los equipos y procedimientos normales y evitando maniobras bruscas sobre el geotextil que pudieran descolocarlo. Se debe controlar la temperatura para que no sobrepase la temperatura a la que funde el geotextil (165 ºC para los de polipropileno). Aunque generalmente el aglomerado asfáltico se coloca a temperatura inferior, para los casos en que se supere esta temperatura hay que considerar que el firme existente actúa como un “sumidero de calor” disipando rápidamente el exceso de calor al crearse un gradiente de temperatura muy pronunciado. Un aspecto fundamental para el buen funcionamiento del sistema es que durante el proceso de compactación de la mezcla se debe conseguir que el ligante colocado bajo el geotextil impregne a éste, saturándolo hasta conseguir la adherencia de la capa superior con el soporte; para ello es necesario que la mezcla asfáltica reblandezca el ligante y que la energía aportada por la compactación haga que éste percole a través del geotextil.

Se utiliza como capa intermedia en saneamiento de capas asfálticas, asfaltados sobre superficies adoquinadas y en tratamientos superficiales sobre pavimentos envejecidos o sobre bases no estabilizadas.

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