Mascares_colores

MOOC Construcción de Carreteras Sostenibles ¿Cómo prevenir y solucionar los daños en los pavimentos flexibles? Módulo 1: Las fisuras

Índice 1.

¿Qué se entiende por una patología? ........................................................................................3

2.

Fisuras.....................................................................................................................................................5 2.1

Fisuras por fatiga .......................................................................................................................... 5

2.1.1

Explicación del deterioro .............................................................................................. 5

2.1.2

Planteamiento de las causas más probables ......................................................... 6

2.1.3

Efecto en la movilidad de los usuarios ................................................................. 13

2.1.4

Métodos de estudio de los fenómenos asociados .......................................... 13

2.1.5

Planteamiento de medidas correctivas o paliativas ......................................... 23

2.1.6


2.2

Fisuras por errores de construcción ................................................................................... 25

2.2.1

Explicación del deterioro ........................................................................................... 25

2.2.2

Planteamiento de las causas más probables ...................................................... 25

2.2.3

Efecto en la movilidad de los usuarios ................................................................. 29

2.2.4


2.2.5


2.2.6

Evaluación y Registro de fisuras por errores de construcción ..................... 32

2.3

Presencia de arcillas expansivas superficiales ................................................................. 33

2.3.1


2.3.2


2.3.3

Efectos en la movilidad de los usuarios ............................................................... 34

2.3.4


2.3.5


2.3.6

Evaluación y registro de arcillas expansivas........................................................ 39

2.4

Fisuras en bloque ...................................................................................................................... 40

2.4.1


2.4.2


2.4.3

Efectos en la movilidad de los usuarios ............................................................... 41

2.4.4


1. ¿Qué se entiende por una patología? Una patología es el conjunto de síntomas o señales que indican la presencia un deterioro o daño, sobre el cual es necesario intervenir, para evitar que crezcan su extensión y severidad crezcan, aumentando la complejidad de la solución y el costo de la intervención. En tanto sea posible, para cada patología se harán las siguientes consideraciones: Explicación del deterioro Planteamiento de las causas más probables Efectos en la movilidad de los usuarios

Análisis de cada uno

Métodos de estudio de los fenómenos asociados Planteamiento Planteamiento de medidas correctivas o preventivas Evaluación y registro

Las patologías se pueden clasificar de varias maneras, entre ellas, :

El enfoque con el que se desarrollarán los temas será en función de la , donde podemos encontrar:

2. Fisuras A continuación, se desarrollará el análisis de los distintos tipos de fisuras, según su origen: por fatiga, por construcción, las originadas por la presencia de arcillas expansivas superficiales y las que aparecen en bloque.

2.1 Fisuras por fatiga 2.1.1 Explicación del deterioro

La fatiga es un fenómeno de deterioro gradual de una mezcla o de una estructura de pavimento, por efecto de la aplicación sucesiva de pequeñas cargas. Este fenómeno se origina en la flexión a que está sometida la mezcla, cuya magnitud tendrá directa relación con la rigidez del apoyo, produciendo deformaciones y esfuerzos de tracción que acompañan el proceso. Cuando el fenómeno ya está bien avanzado aparece en superficie, se presenta inicialmente en la huella externa, en forma de fisura longitudinal que se va ramificando, hasta que, en su estado final, se configura lo que se conoce como piel de cocodrilo.

Manifestación de la fatiga en estado inicial (elaboración propia).

Manifestación de la fatiga en estado muy avanzado (elaboración propia).

Cuando la fatiga se presenta, en los primeros meses de servicio, o a los pocos años, uno o dos, por ejemplo, es una anomalía que no tiene solución.

2.1.2 Planteamiento de las causas más probables

En el caso de que la fatiga ocurra a largo plazo, condición normal, las causas que acompañan el surgimiento de la patología tiene que ver con: ▪

Envejecimiento de los ligantes asfálticos, con lo que se reduce su flexibilidad.

Por consumo de ejes de diseño. En la eventualidad de que ocurra en , la que se puede originar entre otras ▪

, se trata entonces de una por lo siguiente:

Con respecto a la primera de las anteriores causas, , esto tiene que ver de forma normal con un diseño estructural, mal planteado, y esto se con frecuencia se origina en la adopción de propiedades fatiga tomadas de la literatura técnica, sin reflexionar en ellas, considerando el hecho de si representan o no la realidad de los materiales con los que se construirá finalmente la obra. ¿Qué pasa si se emplean leyes de fatiga teóricas, alejadas de la realidad de los materiales? En el ejemplo siguiente se puede ver el efecto de asumir una ley de fatiga cualquiera, en el dimensionamiento de la capa asfáltica de superficie, siguiendo la metodología mecanicista y empleando el software DEPAV. Lo que sucede es que los resultados pueden ser tan diversos como dudosos: Se tiene un diseño hipotético de la siguiente estructura, en la que falta dimensionar la capa asfáltica de la superficie. Se puede apreciar que según sea la ley de fatiga asumida, los espesores y los consumos de fatiga cambian sustancialmente.

Leyes de Fatiga

Espesor de capa asfáltica(cm)

εr adm = 1,60x10-3(N/K)-0,210

27

εr adm = 6,44x10 -3(N/K)-0,2724

17

DOT de Illinois

εr adm = 1,71x10-2(N/K)-0,333

15

Universidad de Nottingham

εr adm = 3,48x10-3(N/K)-0,204

15

TRRL

εr adm = 5,45x10-3(N/K)-0,231

15

CRR de Bélgica CEDEX

Shell

εr

adm = (0,856Vb+1,08)x10-0,36(N/K)-0,20

10

Según las deformaciones radiales (er) admisibles, tomando como factor de Calage de 10 (K), los criterios más severos son los de Bélgica y Cedex, y el más flexible el de Shell.

r Aplicada

ɛ

Leyes de Fatiga

r adm

ɛ

10 cm 15 cm 17 cm 27 cm capa Consumo capa Consumo capa Consumo capa Consumo asfáltica asfáltica asfáltica asfáltica

CRR de Bélgica

1.13E-04

269.39%

189.90%

169%

98%

CEDEX

2.07E-04

147.02%

103.64%

92%

54%

Illinois DOT

2.57E-04

3.05E-04

118.90%

2.15E-04

83.82%

1.91E-04

74%

1.11E-04

43%

Nottingham 2.66E-04

114.83%

80.95%

72%

42%

TRRL

2.96E-04

103.07%

72.65%

65%

38%

Shell

3.20E-04

95.26%

67.15%

60%

35%

Como observamos en este ejemplo, los espesores resultantes del diseño dependen directamente de la ley de fatiga que se escoja, por esta razón, frente a un diseño estructural hay : a) que las expresiones empleadas correspondan a las propiedades de la mezcla con la que se van a construir las obras, lo cual implica haber estudiado bien los materiales o tenerlos ya caracterizados, u b) obligar a que la mezcla con la que se va a hacer la obra cumpla los preceptos del diseño, esto es, hacer el diseño de la mezcla para que se ajuste a propiedades de fatiga asumidas en el diseño estructural del pavimento. MÉTODO AASHTO 93 Ahora bien, si se emplea el método AASHTO 93, es necesario ser muy rigurosos en dos aspectos: El primero, tiene que ver con el hecho de que el diseño necesita los números estructurales parciales o SNi*, obtenidos mediante consideraciones sensatas sobre los coeficientes estructurales adoptados, y el segundo, hace referencia a la recomendación de no hacer lo que se denomina el “balanceo” del

diseño, por cuanto éste atenta seriamente contra el desempeño a mediano plazo de las mezclas asfálticas.

Manifestación de la fatiga en estado muy avanzado. AASHTO Guide For Design of Pavement Structures, 1993. P. II-36

De acuerdo con el procedimiento descrito, se reitera que la determinación de los números estructurales parciales SN*, es de cumplimiento obligatorio. En el cálculo se deberá adoptar un coeficiente estructural , razonablemente coherente con las propiedades de la mezcla asfáltica a utilizar. Al depender este coeficiente directamente del módulo de la mezcla, es necesario conocer el valor de este para las condiciones del proyecto, sin olvidar que el método está hecho a 20°C. Al sobreestimar valores de módulo, se incrementa el coeficiente estructural, y el espesor de la capa se verá reducida de manera sustancial, pudiendo esta capa ser susceptible de daño por fatiga prematura. Balanceo Otro aspecto observado muchas veces durante el diseño de espesores por el método AASHTO 93 es el denominado “balanceo”, práctica tan común

como nociva, que consiste en realizar el cálculo inicial de espesores obteniendo el SN requerido total y posteriormente reducir el espesor de la capa asfáltica, adoptando unos espesores de capas granulares, mayores a los inicialmente obtenidos, recalculando por componentes (no por por la ecuación general del método) el espesor de la capa asfáltica, todo esto procurando obtener un valor de SN total igual al SN requerido total, inicial. Es claro que esta práctica aumenta los espesores de los granulares para así disminuir el espesor de mezcla asfáltica Esta práctica de “balanceo” es nociva porque dicha reducción de espesor de

la carpeta asfáltica afecta directamente su resistencia a fatiga, en razón a que, en verdad, el espesor de la capa asfáltica depende de la rigidez de su apoyo inmediato y no del espesor de ese apoyo. Por ejemplo, cambiar el espesor de la base granular de 20 cm. a 30 cm. no disminuye el espesor de la carpeta asfáltica. Realizando este “balanceo” se continúa protegiendo l a subrasante, pero se daña el desempeño a fatiga de la mezcla asfáltica. La guía metodológica AASHTO 93 presenta además los espesores mínimos para diferentes niveles de tránsito, aspecto muy importante a considerar al momento de realizar los diseños, sin que ello signifique que se puede disminuir a este valor, sin cumplir el correspondiente valor de SN1*

Espesores mínimos de capas capas

Fuente: Pág. II-35 AASHTO Guide For Design of Pavement Structures, 1993

Veamos un breve ejemplo: VARIABLES DE DISEÑO

1

Tránsito

W18

3000000

Confiabilidad

R (%)

90

Desviación

Zr [-]

-1.282

Error estándar

so [-]

0.45

Índice de Índice de servicio final final 1

pf [-]

2.5

Módulo resiliente de la subrasante

Mr subr subr [psi]

7500

Módulo resiliente de la subbase

Mr SBG SBG [psi]

17000

Módulo resiliente de la base

Mr BG BG [psi]

30500

Módulo resiliente de la capa asfáltica

Mr concerto concerto asf. [psi] 400000

Coeficiente de drenaje base granular

m2 [-]

0.80

Coeficiente de drenaje subbase granular m3 [-]

0.80

(Pt): Ocurre cuando la superficie del pavimento ya no cumple con las expectativas de comodidad y seguridad exigidas por el usuario. (Morales, J. 2005)

VALORES CALCULADOS PARÁMETRO

CALCULADO

VALORES CALCULADOS ASUMIDO

PARÁMETRO

CALCULADO

SN1

2.43

SN1

2.43

SN2

3.04

SN2

3.04

SN3

4.14

SN3

4.14

0.419

Coef. estructural a1

0.419

0.140


0.140

Coef. estructural a 3

0.121


0.121

h1 [pulgadas]

5.8

h1 [pulgadas]

5.8

h1 [cm]

14.74

h1 [cm]

14.74

SN1*

2.473

SN1*

1.649

h2 [pulgadas]

5.1

h2 [pulgadas]

12.5

h2 [cm]

13.0

h2 [cm]

31.8

SN2*

3.132

SN2*

2.968

h3 [pulgadas]

10.4

h3 [pulgadas]

12.1

h3 [cm]

26.4

h3 [cm]

30.7

SN3*

4.279

SN3*

4.305

SN3* > SN3

OK

SN3* > SN3

OK



15.0

15.0

30.0

ASUMIDO

10.0

30.0

35.0

Se puede observar en la tabla de la izquierda que SN1* en el ejercicio de la izquierda es de 2.473 y en el de la derecha, es de 1.649, esta diferencia implica una disminución de la capacidad de la mezcla asfáltica para soportar ciclos de carga. Esta misma situación s ituación pasa con SN2*

Si se desea refinar el diseño de AASHTO se puede emplear el análisis mecanicista, pero cuidando de utilizar las propiedades de fatiga adecuadas. 2.1.3 Efecto en la movilidad de los usuarios

Cuando una mezcla asfáltica, tiene fisuración de fatiga en un nivel de severidad entre bajo e intermedio, la movilidad de los usuarios no se ve afectada, pero cuando la severidad es alta, se pueden producir otras patologías, tales como desprendimientos y generación de baches, que afectan negativamente la movilidad, incrementado los riesgos de accidentalidad. 2.1.4 Métodos de estudio de los fenómenos asociados

Como casi todas las patologías que se van a estudiar, una vez ocurridas no se pueden resolver en la mezcla afectada, por lo que, son las acciones preventivas las que verdaderamente resultan útiles, de cara a futuras mezclas. Por lo anterior, anterior, lo que se debe hacer es estudiar las mezclas antes de su instalación, para prever la condición de desempeño y hacer los ajustes necesarios, ya sea en la proporción de algunos de sus componentes o en las características fisicoquímicas de ellos.

¿Cómo se puede estudiar el fenómeno? Para estudiar el fenómeno hay varias opciones que van desde la elaboración de , hasta pruebas de laboratorio.

Sin embargo, desde el escenario de un proyecto particular de construcción, las anteriores no son opciones prácticas, si no que se recurre a , empleando prensas dinámicas, y luego de evaluar los resultados, se decide si hay acciones correctivas que se deban emprender.

Al margen de lo anterior, en general las pruebas de fatiga se pueden hacer en dos : ▪

Por control de deformaciones deformaciones o de desplazamiento.

▪

Con control de esfuerzos o de carga

Fuente: Baaj, 2002

En el anterior, esquema se indica que el criterio de falla en el ensayo se establece por la disminución del módulo de la mezcla a la mitad del valor inicial que se tuvo durante la prueba. La importancia de tener claro el modo de ensayo es que las mezclas se comportan de manera muy distinta, casi contraria.

ε

ε

σ

σ

Dado que en los pavimentos el módulo de las mezclas asfálticas tiende a crecer con los procesos de envejecimiento, las pruebas hechas en el modo de deformación controlada son las que se deben emplear para diseño estructural de pavimentos, en tanto que las de esfuerzo controlado, se emplean más para control de producción de mezclas. Existen varios los cuales se dividen de acuerdo con el enfoque en el que se basa, pudiendo ser: ▪

: El área bajo la curva de esfuerzo deformación, representa la energía que se introduce a un material en un ciclo de carga, si el material es completamente elástico esta energía se recupera totalmente luego de descargar el material, al ser la mezcla asfáltica un material viscoelástico, en cada ciclo de carga se pierde un poco de energía, que se transforma en calor, deformación plástica, etc. A esta pérdida

de energía por cada ciclo de carga en ensayos dinámicos, se la denomina “energía disipada”. ▪

Este criterio tiene como principal indicador de la falla, la reducción de la rigidez, es decir que, al aplicar cargas cíclicas sobre el material viscoelástico, este va acumulando daño y de igual manera se ve reducida su rigidez, que se refleja en su módulo, hasta un punto en que el material entra en fatiga. Varios autores realizaron métodos para la determinación de la falla según ambos :

También es conveniente aclarar, que el resultado del ensayo de fatiga en el laboratorio, número de ciclos requeridos para fallar la probeta, cualquiera que sea el criterio adoptado, no corresponde a la cantidad de ejes simples equivalentes que la mezcla va a soportar en la vía, pues existen las siguientes diferencias entre las dos circunstancias: Fatiga de vía

Hay largos períodos donde no se aplican cargas, en cual el material se recupera.

Fatiga de laboratorio laboratorio Aunque el ensayo se puede hacer considerando condiciones de reposo, lo más habitual, es que sea un ensayo de desarrollo continuo, donde el material no tiene opción de recuperarse.

En esta condición, la mezcla está apoyada en otras capas estructurales y comparte con ellas la energía transmitida La mezcla está sin el apoyo o soporte de por las cargas y en consecuencia, la otras capas. responsabilidad de la respuesta estructural o mecánica. En la vía, las cargas no se aplican en el mismo punto, con lo que los períodos de descarga son largos.

En el laboratorio, el pistón o el sistema de aplicación de carga, normalmente, se coloca en el mismo sitio.

La acción de amasado de las llantas produce la auto reparación de las mezclas, en la fase inicial del proceso de daño.

No hay opción para la auto reparación.

Las condiciones climáticas en la vía son variables.

Las condiciones ambientales son estables y controladas.

Factor de Calage Por las anteriores circunstancias, la fatiga de laboratorio es mucho más severa que la de campo o en la vía, existiendo entre ellas, una relación que se conoce como Factor de intercambio, o también se lo denomina Shift Factor o Factor de Calage.

Autoreparaciones de pequeñas fisuras

Mezclas abiertas % bajo asfalto

Mezclas densas Ricas en asfalto

2

10

K1

Diferentes estados de tensiones Distribución lateral de las cargas

Cualquiera 2.5

K2

Espesores pequeños

Espesores altos

1

0.33

Diferentes temperaturas de trabajo Temperaturas bajas Temperaturas altas de la mezcla a lo largo l argo del día y K3 del año (Adaptado Shell)

Factor de calage= K1*K2*K3 De acuerdo con el factor de Calage que se adopte para la verificación mecanicista, se pueden tener diferentes valores admisibles de la

deformación radial en la fibra inferior de la mezcla asfáltica, lo cual tendrá una incidencia directa en los espesores de diseño de mezcla asfáltica. La siguiente tabla muestra los valores admisibles para un tránsito de diseño de 3x106 ejes de 8.2 toneladas en el carril y periodo de diseño. ε

εr Admisible Admisible





Calage 10

Calage 7

Calage 5

Calage 3

Calage 2

CRR de Bélgica

1.132E-04

1.050E-04

9.788E-05

8.793E-05

8.075E-05

CEDEXCost 324

2.074E-04

1.882E-04

1.717E-04

1.494E-04

1.338E-04

DOT de Illinois

2.565E-04

2.278E-04

2.036E-04

1.718E-04

1.501E-04

Nottingham

2.656E-04

2.470E-04

2.306E-04

2.078E-04

1.913E-04

TRRL

2.959E-04

2.725E-04

2.521E-04

2.241E-04

2.040E-04

Shell

3.202E-04

2.981E-04

2.787E-04

2.517E-04

2.321E-04

Criterio Er

Las variaciones de las deformaciones radiales admisibles para las diferentes leyes de fatiga, empleando factores de Calage entre 2 y 10, pueden estar entre el 8% y el 30%, según se muestra en la tabla anterior. Los resultados de la prueba de fatiga en el laboratorio se expresan de distintas maneras, una de ellas es por la , que es de la forma:

 =  () Donde C1, y C2 son constantes experimentales y C2 es negativa

También se puede expresar despejando N en función de ε. Si se toma logaritmo a ambos lados, la ecuación se transforma en:

  =  1 + 2  Que corresponde a una línea recta, por lo que el parámetro C2, se denomina habitualmente “pendiente de fatiga” y es una medida de la susceptibilidad

de la mezcla al fenómeno f enómeno Para evaluar una recta de fatiga (es normal que también se la denomine “curva de fatiga”), se consideran dos parámetros: ε6 y C2. El valor de ε6, representa la deformación acumulada al cabo de un millón de ciclos de carga. Una buena para una mezcla densa en caliente, debe tener un valor de ε6 elevado, esto es por ejemplo, mayor de 100µm y un valor absoluto de C2, bajo, pudiendo ser menor de 0.35. Estos valores, pueden ser reglamentados por cada entidad o en cada proyecto, según sea la l a necesidad. Estos parámetros no se los debe evaluar de manera independiente.

2.1.5 Planteamiento de medidas correctivas o paliativas

Frente al fenómeno de la fatiga hay dos escenarios a saber: el primero es cuando las mezclas se están estudiando antes de la ejecución del proyecto, y el segundo es cuando ya ha ocurrido el fenómeno en la vía. Dado que, para diseño estructural de pavimentos, se debe emplear el modo de ensayo de deformación controlada, nos enfocaremos en éste para hacer los planteamientos siguientes. Con respecto al primer escenario ( ), una vez se tengan los resultados de los ensayos de laboratorio y si estos no son satisfactorios, es decir, que la pendiente sea muy fuerte (mezcla muy susceptible al fenómeno) o que ε6 sea muy pequeño (mezcla muy rígida), es conveniente revisar y ajustar el diseño inicial de la mezcla y para ello se pueden considerar las siguientes opciones: ▪

▪

Ajustar el contenido de ligante incrementándolo un poco, ya sea con o sin modificación del tipo y cantidad de llenante. Si se modifica la cantidad de llenante, el Marshall se debe revisar. Considerar la alternativa de cambiar el tipo de asfalto.

Cualquiera que sea la opción que se decida adoptar, la mezcla debe cumplir con los principios volumétricos del método Marshall, para de esta manera poder controlar eficazmente la obra. Con relación al segundo escenario, esto es, que la solución tiene que ver con el nivel de avance del deterioro. Para la etapa de inicio de fisuras en la superficie, se puede hacer labores de mantenimiento, tal y como es la ejecución de sellos de fisuras o de parcheos (sustitución parcial de mezclas asfálticas) si el área comprometida no es superior a un 40 o 50 %, por ejemplo, según lo establezca los documentos contractuales. Pero, si el daño está muy avanzado ya no sirve hacer labores de mantenimiento y hay que pensar en el siguiente nivel de conservación vial, que corresponde un proceso de rehabilitación, lo que conlleva la realización de los correspondientes estudios y diseños para determinar la magnitud de la intervención necesaria. Estos estudios abarcan de manera regular aspectos de: tránsito, caracterización estructural empleando una combinación de técnicas destructivas y no destructivas, evaluación de

materiales, estudio de la condición de la superficie, condición hidráulica, y todos los que según el proyecto sean necesarios. Lo cierto es que cuando la mezcla se encuentra muy deteriorada por fatiga, ya no sirve de apoyo directo a una capa de reforzamiento y se debe pensar en opciones como reciclarla y colocar encima una capa asfáltica nueva o de sustituirla por otra nueva. La decisión es el resultado del estudio antes mencionado y de las consideraciones técnico-económicas técnico-económicas que rijan el proyecto. Evidentemente la opción de reciclar tiene una gran variedad de ventajas ambientales, económicas, de calidad de materiales, pero tiene algunas dificultades tal y como es la del incremento de las cotas de la superficie, es decir, elevación de la rasante. Este es un tema distinto que se trata en un curso sobre rehabilitación y reciclaje de estructuras. 2.1.6 Planteamiento de medidas correctivas o paliativas

La evaluación del daño, se la realiza de manera visual; para esto es muy común emplear la metodología VIZIR y/o la PCI. Es por ello por lo que a continuación se describe como se plantea la evaluación de este tipo de daño por ambas metodologías:

2.2 Fisuras por errores de construcción Las fisuras por construcción son mayormente, originadas en juntas mal ejecutadas o por reflexión de discontinuidades de las capas de apoyo de la mezcla de superficie. 2.2.1 Explicación del deterioro

Hay dos situaciones: ▪

▪

. Ocurren cuando están mal ejecutadas. Es de recordar que ellas, las juntas, tienen una importante responsabilidad mecánica, por ser un sitio donde se hace transferencia de esfuerzos entre un lado y otro de sus lados, por lo que es de gran importancia que se garantice su buen desempeño. Cuando una junta es mal elaborada, sus caras se desprenden y se forman fisuras, por las que posteriormente además de concentrarse los esfuerzos, entra el agua y se generan grandes daños. . Las fisuras provenientes de las capas inferiores se reflejan, si no se hacen un cuidadoso control ellas para evitar su propagación, por alguna técnica existente, que depende de cada circunstancia.


Las fisuras originadas en deficiencias de procesos de construcción pueden manifestarse o presentarse a corto o mediano plazo debido a varias causas:

Mala ejecución de juntas Se pueden presentar en la capa asfáltica de la superficie, existiendo dos circunstancias para ello, una, es cuando se hacen reparaciones en esa capa, y la otra es, cuando las reparaciones se han hecho de manera incorrecta en otra capa asfáltica, que le sirve de apoyo directo.

Fisuras producidas por juntas mal ejecutadas

Cortes mal realizados que conlleva a una junta mal hecha

Una junta está mal hecha, cuando por lo menos uno de los tres aspectos siguientes, se cumple: ▪

▪

▪

Queda mal densificada. Las juntas deben tener el mismo contenido de vacíos del resto de la mezcla. No se hace el corte vertical. Esto sucede especialmente, cuando el corte no se realiza con cortadora de disco No se hace un buen riego de liga en las paredes verticales del corte. Este se debe hacer con emulsión de rotura rápida

En las dos primeras imágenes se puede apreciar que la junta construida no ha quedado bien adherida llegando a convertirse en una fisura. En la segunda fila de imágenes se pueden apreciar dos cortes mal ejecutados para una actividad de parcheo, en la imagen de la izquierda, éste se ha realizado con martillo neumático y en la foto de la derecha se ha hecho el corte con fresadora, quedando en este caso los bordes del sentido transversal, con una superficie curva irregular, en la que es difícil que la nueva mezcla halle un buen acomodo, facilitando su despegue y posterior generación de fisuras. Reflexión de fisuras de capas tratadas con cemento, no prefisuradas La foto de la izquierda muestra el patrón de fisuración de una capa tratada con cemento, que no ha sido prefisurada. En la foto de la derecha, que corresponde a otra obra, se puede ver el efecto de no haber realizado la prefisuración, siendo éste, el reflejo en la superficie, de las fisuras de la capa tratada con cemento. Esta es una fisura f isura de severidad importante, por cuanto atraviesa la totalidad del espesor.

La solución a este problema es realizar la prefisuración, por cualquiera de las técnicas conocidas para ello.

Reflexión de discontinuidades de pavimentos rígidos en tratamientos de Blacktopping . Cuando se colocan mezclas asfálticas delgadas, sobre pavimentos rígidos deteriorados, para mejorar su estado superficial, sin considerar el uso de un sistema para retardar o evitar la propagación de sus discontinuidades, juntas o fisuras, éstas se s e reflejarán rápidamente en la superficie.

La solución pasa entonces, por considerar en estos casos la disposición de un sistema de retención o de prevención de la propagación de fisuras. Juntas longitudinales mal ubicadas. Cuando las juntas longitudinales quedan ubicadas en la zona de huella o donde los vehículos aplican las cargas, el daño se impulsará de manera rápida, especialmente porque estos se suele tener menores densidades, facilitando no solo su daño sino el desarrollo de nuevos deterioros, cuestión que es particularmente importante en vías con elevado nivel de cargas y alta precipitación.

2.2.3 Efecto en la movilidad de los usuarios

Este tipo de deterioro, en principio no dificulta la movilidad, pero cuando el daño impulsa otras patologías, especialmente lo relacionado con la formación de baches, puede ser un factor que atente contra la comodidad y seguridad de los usuarios. 2.2.4 Métodos de estudio de los fenómenos asociados

Esta patología, no tiene un procedimiento de estudio definido. Sin embargo, existe el ensayo denominado “

” que podría ser empleado para

examinar la resistencia que ofrece una mezcla asfáltica a la propagación de fisuras.

Esquema ensayo Overlay test

Se trata de un ensayo de deformación controlada, en el que se determina la susceptibilidad de las mezclas bituminosas a fatiga o reflexión de fisuras. Para su ejecución se requiere principalmente el equipo Overlay Tester (OT), que aplica cargas de tracción directa. Para la preparación de la probeta son requeridos otros equipos como compactador giratorio Superpave, hoja de sierra sencilla o doble, plantilla de corte, entre otros. La prueba consiste en ensayar tres muestras de diámetro 150 mm y altura 115+- 0.5 mm, las cuales deben durar 5 días en el molde. Posterior al desmolde la mezcla asfáltica en caliente debe ser curada a 135ºC por 4 horas Después de cortadas las probetas se calcula la densidad la cual debe cumplir con el contenido de vacíos de (7 ± 1) %.

Durante la ejecución del ensayo se aplica una onda triangular con desplazamiento constante de 0.635 mm, deducido este valor de la simulación de losas de 4.5 metros y gradiente de 14ºC

Esquema de tipos de carga en el ensayo Overlay (Zhou y Scullion, 2003)

El ensayo se hace a una temperatura de 25ºC, y se ejecuta hasta cuando se produce una reducción del 93% de la carga máxima o hasta 1000 (1200) ciclos, lo que ocurra primero. Luego se observa el número de fisuras en la parte superior de la muestras y se s e dan los comentarios del ensayo

Falla en el ensayo Overlay (Walubita et al, 2012)

Datos fabricados del ensayo Overlay (Zhou y Scullion, 2003)

De acuerdo con este análisis, mientras se dé más duración en la propagación de la grieta mejor será el diagnóstico. 2.2.5 Planteamiento de medidas correctivas o paliativas

Una vez ocurridas las fisuras, éstas se pueden proceder a sellar mediante una técnica adecuada. Hay dos situaciones que se pueden plantear, la primera es que las fisuras se hayan transformado en una red, r ed, caso en el cual se puede considerar hacer un parcheo, si la abertura es grande (> 5mm) y la extensión también, es decir, se puede hacer la sustitución parcial de la mezcla. Si en cambio el área comprometida se considera pequeña y la severidad es baja, se puede realizar un riego de arena –emulsión. En el caso de fisuras que estén levemente ramificadas o que no lo estén, se puede hacer su sello, procedimiento que implica la realización de un “ruteo”,

esto es, crear un surco con una máquina como la siguiente:

Procedimiento Procedimiento de sellado con ruteo

Luego de realizado el ruteo, se procede a verter asfalto modificado para sellar la sección abierta. El asfalto habitualmente empleado es un asfaltocaucho.

2.2.6 Evaluación y Registro de fisuras por errores de construcción

De igual manera estas fisuras pueden ser evaluadas por las metodologías VIZIR y PCI, que a continuación se describe sus criterios:

2.3 Presencia de arcillas expansivas superficiales Este es un daño de costosa reparación que se origina en una mala caracterización y uso de los materiales. 2.3.1 Explicación del deterioro

Cuando se tienen estructuras de pavimento, con presencia de arcillas relativamente superficiales, que no han sido sometidas a procesos de estabilización o que estos han quedado mal, las variaciones de humedad que ellas puedan llegar a tener se traducirán en cambios volumétricos que a su vez se acompañan de esfuerzos, y que dependiendo de su magnitud podrán llegar a romper las estructuras, en un patrón de daño, como el que se aprecia en la siguiente imagen:

Esquema habitual de daño por presencia superficial de arcillas no estabilizadas

Una vez se presente el daño la solución es costosa ya que una .

implicar


En principio tal y como se ha dicho, la causa está, en la presencia de arcillas superficiales que no han sido estabilizadas, lo cual tiene que ver con estudios deficientes y/o malas prácticas de construcción. Cuando estamos frente a arcillas expansivas, debemos considerar muy seriamente la realización de un estudio detallado, para establecer la mejor técnica de estabilización o de mejoramiento con base en sus propiedades fisicoquímicas, o de lo contrario, los daños serán muy importantes.

2.3.3 Efectos en la movilidad de los usuarios

Este tipo de daño, como se observa especialmente en la imagen anterior de la derecha, donde se puede observar que además de fisuras, se presentan deformaciones plásticas, las cuales atentan contra la seguridad de los usuarios, lo que implica, que, en un plan de conservación, esto debe ser atendido en el menor tiempo posible. 2.3.4 Métodos de estudio de los fenómenos asociados

Es esencial que las arcillas expansivas, sean consideradas para su tratamiento desde los estudios preliminares y luego en la etapa de construcción de la estructura, se debe cumplir lo que se recomiende en los estudios. Se debe analizar el siguientes alternativas:

, mediante cualquiera de las

Durante la fase de estudios, una vez se determine el riesgo de expansión, se debe analizar qué técnica resulta la mejor, qué sitios y cómo se debe hacer el mejoramiento o la estabilización. En resumen, el análisis de expansión de las arcillas puede realizarse inicialmente en función del límite líquido, índice de plasticidad y humedad natural de las mismas, lo que señalará un primer nivel de riesgo, que posteriormente se podrá definir mejor midiendo la presión de expansión con el aparato de Lambe.

Según la evaluación de expansividad de las arcillas de la de Colombia, el potencial de expansión puede estar en función, entre otros parámetros, de los valores de límite líquido e índice de plasticidad que presenta el material arcilloso, según se muestra en la siguiente tabla: Porcentaje de partículas menores de una micra (µ)

Expansión libre EL en (%), medida en probeta

Potencial de expansión

Expansión (%) medida en consolidómetro bajo presión vertical de 0.07 kgf/cm 2

Límite liquido LL, en (%)

Muy alto

> 30

> 63

< 10

> 32

> 37

> 100

Alto

20 – 30

50 – 63

6 – 12

23 – 45

18 – 37

> 100

Medio

10 – 20

39 – 50

8 – 18

12 – 34

12 – 27

50 - 100

Bajo

< 10

< 39

> 13

< 20

< 17

< 50

Límite de Índice de contracción plasticidad, en (%) IP, em (%)

(Tabla H.9.1-1 NSR-10)

Así mismo, existen otros criterios, para determinar el , como el de , según el artículo denominado “Classifications Procedures for Expansive Soils ” del año 2000, donde el

potencial de expansión también está en función del límite líquido e índice plástico.

Bajo

< 30

20 – 35

< 20

0 – 15

< 12

Medio

30 – 40

35 – 50

12 – 34

10 – 35

12 – 23

Alto

40 – 60

50 – 70

23 – 45

20 – 55

23 – 32

Muy alto

> 60

70 - 90

> 32

> 35

> 32

De otro lado, y con base en el análisis de los límites antes mencionados y el porcentaje de expansión de los suelos en edómetro (el ) se evalúa el grado de expansión para las arcillas, según se presenta en la siguiente tabla.

Bajo

< 17

> 13

< 15

< 50

< 10

0 – 1.5

Medio

12 – 27

8 – 18

15 – 30

50 – 100

10 – 20

1.5 – 5.0

Alto

18 – 37

6 – 12

30 – 60

100 – 200

20 – 30

5 – 25

Muy alto

> 27

< 10

> 60

> 200

> 30

> 25

(i) (ii) (iii) (iv)

Índice de contracción = Limite plástico – límite de contracción Ver sección 4 De condición seca a saturada bajo una sobrecarga de 7 kPa. Muestra compactada, en condición saturada bajo una sobrecarga de 7kPa.

Luego de definir que los suelos presentan un alto potencial de expansión, se deben proponer técnicas de estabilización de los suelos, por ejemplo, .

Falla geotécnica por problemas de desecación en zona urbana

En secciones con cuando la subrasante tiene presencia de arcillas expansivas, se debe calcular la altura de terraplén que equilibra, la presión de expansión, considerando un factor de seguridad adecuado.

2.3.5 Planteamiento de medidas correctivas o paliativas

Una vez presentada la patología que se viene describiendo, la cual tendrá su origen en las capas inferiores de la estructura, habrá que pensar en la solución más conveniente y ello dependerá, entre otras cosas de la longitud del tramo afectado, si se considera que el segmento afectado es corto, se puede pensar en una reconstrucción, pero si este no es el caso, habría que pensar en analizar, si las arcillas ya se encuentran en condición de equilibrio, caso en el cual es mejor incrementar los espesores y el sobre ancho de la vía, para hacer que éstas queden protegidas de futuros cambios de humedad y en consecuencia de volumen. Las técnicas de estabilización más habituales son el empleo de cal hidratada y/o cemento Portland, según sean los requerimientos mecánicos y de durabilidad que se imponga. También se puede emplear la mezcla con material granular de tamaño grande, para conforma una especie de pedraplén. Otra opción es el uso de algunos estabilizantes de más reciente desarrollo, como los denominados de nano tecnología, pero en este caso deberá hacerse los estudios previos necesarios para comprobar la efectividad inicial del método y el sostenimiento de sus propiedades en el tiempo.

Si se va a emplear la , se realizará lo que cada marco normativo establezca, pero en general el proceso de diseño del óptimo puede consistir en los siguientes pasos: Caracterización del suelo B. Determinación un contenido de cal para iniciar pruebas, se hace a partir de muestras del suelo con distintos contendido de cal, al que luego de por lo menos 24 horas de realizada la mezcla, se puede: a. Establecer el contenido de cal que elevó el PH a más 12.4, o b. El contenido que redujo la plasticidad a un nivel tolerable según las necesidades de proyecto. C. Luego a partir del contenido de cal establecido en el paso anterior, variando en +1% y +2%, se realizan las pruebas mecánicas que el marco normativo indique. Si no hay una normativa impuesta, se puede considerar el procedimiento de la NLA A.

Si se emplea , se revisará el marco normativo para ver qué se exige, pero al igual que con la cal, hay un protocolo, más o menos estándar que consiste en los siguientes pasos: A. Caracterización del suelo: límites de Atterberg, Sulfatos solubles, contenido de materia orgánica, Proctor estándar B. Realización de pruebas de resistencia a la compresión c ompresión luego de 7 días de curado controlado. C. Ensayo de pérdida de masa en ciclos c iclos humedecimiento-secado.

Esquema habitual de daño por presencia superficial de arcillas no estabilizadas (ad. Currin et al, 1976).

2.3.6 Evaluación y registro de arcillas expansivas

2.4 Fisuras en bloque 2.4.1 Explicación del deterioro

Las fisuras en bloque están constituidas por fisuras interconectadas que conforman mallas de tendencia rectangular, con dimensiones del orden de 30 x 30 cm y superiores, ubicadas normalmente en las zonas no sometidas a cargas.

Las fisuras por fatiga o piel de cocodrilo , se diferencian de las fisuras en bloque en que las primeras se asocian a procesos de carga y por lo tanto se encuentran preponderantemente en la zona de huellas, además de que poseen mallas más pequeñas. Dado que estas fisuras permiten el ingreso de agua y ello debilita las capas de apoyo, el daño se irá ampliando en severidad y extensión, pudiendo incluso favorecer el desarrollo de fisuración por fatiga. También las fisuras en bloque se diferencia de la piel de cocodrilo, en que la piel de cocodrilo forma pedazos más pequeños de muchos lados y con ángulos agudos, también a diferencia de los bloques, la piel de cocodrilo es originada por cargas repetidas de tránsito y por lo tanto solo se encuentra en áreas sometidas a cargas vehiculares ( por lo menos en la primera etapa), es decir que las fisuras en bloque se pueden encontrar en un área parcial o en toda la sección transversal del pavimento, sin importar las zonas que no están expuestas a cargas vehiculares.


Como se ha mencionado este tipo de deterioro, no está asociado a la aplicación de cargas y puede estar asociado a las siguientes causas: ▪

▪

▪

▪

Fenómenos de contracción de las mezclas asfálticas envejecidas, sometidas a importantes gradientes térmicos Baja capacidad de soporte de la subrasante. Combinación del cambio volumétrico del agregado fino de la mezcla asfáltica con el uso de un asfalto de baja penetración. Reflejo de fisuras en bases estabilizadas.

2.4.3 Efectos en la movilidad de los usuarios

Como se ha descrito en los otros tipos de fisuras, éstas en principio no afectan las condiciones de seguridad y de comodidad de los usuarios, pero, cuando no se hace la debida intervención de mitigación o de reparación, los daños pueden evolucionar y en algún momento afectar las condiciones de movilidad. 2.4.4 Métodos de estudio de los fenómenos asociados

Para examinar este riesgo, se pueden realizar ensayos para determinar a través del PG del asfalto las mínimas temperaturas a que éste puede estar para que trabaje en buenas condiciones. c ondiciones. En cuanto al análisis sobre las mezclas, se puede hacer ensayos fatiga.

Las fuentes de las imágenes y tablas están bajo las mismas entre paréntesis. Cuando no aparecen son de elaboración propia.

Mascares_colores

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