Patologías en pavimentos asfálticos: Fisuras

1 - Introducción

Una patología es el conjunto de señales que indican la presencia de un deterioro o daño sobre el cual hay que intervenir, para evitar que crezcan en extensión y severidad.  Las patologías se pueden clasificar según su tipología en:

·       Fisuras

·       Deformaciones plásticas

·       Desprendimiento.

·       Otras patologías: exudaciones, segregaciones, infiltraciones de agua, etc.

En este módulo nos centraremos en las patologías de tipo fisuras.

2 - Las fisuras como patología

A las fisuras las clasificamos según su origen en:

·       Fisuración por fatiga.

·       Fisuras por errores de construcción.

·       Fisuración por presencia de arcillas expansivas en capa de base.

·       Fisuras en bloque.

2.1 - Fisuración por fatiga

2.1.1 - Explicación del fenómeno

La fatiga es el deterioro gradual de la mezcla por efecto de la aplicación sucesiva de pequeñas cargas. Este fenómeno provoca que se produzcan flexiones de tracción en las fibras inferiores de la mezcla, cuya magnitud tendrá relación directa con la rigidez del apoyo.

Este tipo de patología primeramente se presenta como unas fisuras longitudinales que con el tiempo se van ramificando constituyendo una configuración conocida como “piel de cocodrilo”.

La fatiga en edades avanzadas

La fisuración por fatiga que se produce a largo plazo tiene las siguientes causas:

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

·       Se supera la cantidad de ejes equivalentes para la que fue diseñada la mezcla en toda su vida útil.

La fatiga en edades tempranas

Cuando esta fatiga se presenta en los primeros meses o años de puesta en servicio de la mezcla delata deficiencias en el diseño estructural de la capa o en el proceso constructivo de la misma. De esta manera, la anomalía no tiene solución. En mayor detalle, las causas de la ocurrencia de la fisuración por fatiga en etapas tempranas se relacionan con:

·       Deficiencia de espesores.

·       Mala compactación de la mezcla

·       La mezcla fue transportada, tendida y compactada bajo en un clima muy frío o bajo lluvia.

·       Mezcla con deficiente cohesión.

·       Empleo de pétreos sucios y/o húmedos.

·       Bajos contenidos de asfalto (mala dosificación).

La deficiencia de espesores se relaciona a un mal diseño estructural de la mezcla. O sea, se realiza el diseño suponiendo que la mezcla tiene valores en sus parámetros que en realidad no los tiene. De ahí la importancia de los ensayos de laboratorio y de emplear los resultados en el diseño de la mezcla, dejando de lado los valores teóricos.

Un ejemplo de lo anterior es cuando se sobreestima el valor del módulo de rigidez de la mezcla (se emplea un valor teórico), lo cual conduce a que se emplee un valor de coeficiente estructural a1 demasiado alto y, por ende, se adopte un espesor más pequeño. 

Una técnica de diseño muy negativa es el llamado “balanceo”, que es cuando se juega con los espesores de las capas intermedias incrementándolos para reducir el espesor de la mezcla obteniendo siempre el mismo SN requerido total. Esta técnica protege a la subrasante pero deja expuesta a la mezcla a ser susceptible de daño por fatiga prematura. Esta técnica de “balanceo” falla porque el espesor de la capa de mezcla asfáltica está relacionado con la rigidez del apoyo y no con su espesor. Al disminuir el espesor estamos afectando directamente la resistencia a la fatiga. Para combatir esta costumbre del “balanceo” la guía AASHTO 93 propone espesores mínimos para la capa de mezcla asfáltica en función de los ejes equivalentes que circulen por encima a lo largo de su vida útil.

El futuro desempeño de una mezcla asfáltica frente al fenómeno de fatiga se determina mediante ensayos de fatiga, los cuales pueden realizarse en laboratorio empleando probetas o construyendo estructuras de pavimentos en escala real ensayándolos con cargas muy similares a las reales. Como conclusión de dichos ensayos se puede ajustar la proporción de los componentes de la mezcla o las características físico-químicas de ellos.  

2.1.2 - Planteamiento de medidas correctivas o paliativas

Frente al fenómeno de la fatiga se pueden producir dos escenarios: la baja resistencia a la fatiga se detecta en laboratorio mediante ensayos previo a la puesta en obra; o la misma ha sucedido en la carretera y hay que corregir.

2.1.2.1 - La baja resistencia a la fatiga se detecta en laboratorio

Bajo estas circunstancias se pueden considerar las siguientes opciones:

·       Incrementar el ligante.

·       Cambiar el tipo de asfalto, pudiéndose emplear uno que sea modificado.

2.1.3.2 - La fatiga es observable en la vía o carretera

En etapas tempranas de aparición del fenómeno se puede hacer un sellado de fisuras (tarea de mantenimiento).

Si el daño es muy severo se procede a la tarea de rehabilitación que puede comprender la tarea de fresado o bacheo (con o sin reparación de la capa de base pudiendo ésta ser estabilizada) y colocación encima mezcla asfáltica nueva. Esto último tiene la desventaja de que se puede llegar a aumentar la cota de la superficie o rasante.

2.2 - Fisuras por errores de construcción

2.2.1 - Explicación del deterioro

Los errores de construcción que provocan la aparición de las fisuras se pueden agrupar en:

·       Juntas mal hechas.

·       Juntas mal ubicadas.

·       Las fisuras se calcan desde capas inferiores a la superficie asfáltica (base granular reciclada con cemento portland).

·       Reflexión de discontinuidades cuando el pavimento asfáltico se construye encima de pavimento de hormigón existente (blacktopping).

2.2.1.1 - Juntas mal hechas 

Un ejemplo claro es en la tarea de bacheo, a lo largo del borde del bache sus caras se desprenden y se forman fisuras por las que posteriormente entra el agua y se generan grandes daños. El desprendimiento mencionado es porque no se hace un buen riego de liga (con emulsión de rotura rápida) en las paredes verticales del corte, o porque no se hace un corte vertical empleando cortadora de disco. Cuando el corte se hace, por ejemplo, con martillo neumático las paredes del bache quedan con una superficie curva irregular en la que es difícil que la nueva mezcla halle un buen acomodo. En estos bordes la mezcla queda mal densificada.

2.2.1.2 - Juntas mal ubicadas

Las juntas están mal ubicadas cuando no coinciden con el eje de la carretera pero sí coinciden con alguna de las huellas de los vehículos. En este caso la carga aplicada por los vehículos a lo largo de la huella coincidente con la junta provocará un daño que se notará en etapas tempranas, debido a la baja densidad de la mezcla en la zona de la junta. Esta cuestión es particularmente importante en vías con elevado nivel de cargas y de alta precipitación.

2.2.1.3 - Las fisuras se calcan desde capas inferiores a la superficie asfáltica

Este es el caso de la reflexión de fisuras de capas tratadas con cemento, no prefisuradas, La fisuración producida por este fenómeno es de elevada importancia ya que atraviesa todo el espesor de la capa de mezcla asfáltica. La solución es realizar la prefisuración por cualquiera de las técnicas conocidas para ello.

2.2.1.4 - Reflexión de discontinuidades de pavimentos rígidos en tratamientos de blacktopping 

Cuando se colocan mezclas asfálticas delgadas sobre pavimentos rígidos deteriorados sin considerar el uso de un sistema para retardar o evitar la propagación de sus discontinuidades, juntas o fisuras, éstas se reflejan rápidamente en la superficie.

En este caso la solución pasa por considerar la disposición de un sistema de retención o de prevención de la propagación de fisuras.

2.2.2 - Planteamiento de medidas correctivas o paliativas

Una vez ocurridas esta clase de fisuras se puede realizar desde un sellado de juntas, hasta un bacheo (en caso de que haya ramificación), un riego de arena-emulsión cuando el área comprometida sea pequeña y la severidad sea baja; o, en el caso de fisuras levemente ramificadas o que no lo estén, se hace un “ruteo” (surco con la máquina de la figura) y luego se procede a verter asfalto modificado (asfalto-caucho) para sellar la sección abierta.

2.3 - Presencia de arcillas expansivas superficiales

2.3.1 - Explicación del deterioro

Cuando cualquiera de las capas del pavimento por debajo de la capa de mezcla asfáltica tiene arcillas expansivas que no han sido sometidas a procesos de estabilización o que estos han quedado mal, las variaciones de humedad producirán cambios volumétricos que podrán llegar a romper la estructura del pavimento asfáltico. Este tipo de daño no solo está caracterizado por la presencia de fisuras sino también de deformaciones plásticas.

Una vez se presente el daño la solución es costosa pudiendo implicar una reconstrucción.

2.3.2 - Estudios previos

En la etapa de diseño los materiales que constituirán la subrasante y las capas de base y subbase se deben ensayar para determinar el riesgo de expansividad (o potencial de expansión) de cada material.

Tal riesgo de expansividad se determina a partir de cualquiera de las siguientes alternativas:

·       Mediante la determinación de los límites de Atterberg.

·       Mediante el análisis de expansión en el aparato de Lambé.

·       Por pruebas de mineralogía mediante difracción de rayos X.

En base principalmente a los dos primeros estudios mencionados, se determina el potencial de expansión del material (que puede ser: bajo, medio, alto o muy alto) empleando el criterio que se considere para el caso.  Un ejemplo es la Norma NSR-10 (Colombia):

Luego de establecer el potencial de expansión se estudia la técnica de estabilización a emplear, lo más habitual es emplear cal hidratada o cemento portland. Cuando las arcillas expansivas se detectan a nivel de subrasante también se puede recurrir a la estabilización o apelar al espesor de las capas de subbase y base para disminuir las presiones a nivel de la subrasante. 

2.4 - Fisuras en bloque

2.4.1 - Explicación del fenómeno

Las fisuras en bloque consisten en mallas de tendencia rectangular con dimensiones del orden de 30 x 30 cm y superiores, ubicadas en zonas no sometidas a cargas. Esta es una diferencia fundamental con respecto a las fisuras por fatigas, las cuales se encuentran en zonas de huellas porque se asocian a procesos de carga. También, las mallas de estas últimas son más pequeñas.

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.

        Las fisuras en bloque pueden llegar a transformarse en una configuración de piel de cocodrilo, ya que el agua hace su trabajo al penetrar por las fisuras y dañar las capas inferiores.

2.4.2 - Causas más probables 

Este tipo de deterioro no está asociado a la aplicación de cargas, y puede tener las siguientes causas:

·       Fenómenos de contracción de las mezclas asfálticas envejecidas, sometidas a importantes gradientes térmicos.

·       Baja capacidad de soporte de la subrasante.

·       Reflejo de fisuras en bases estabilizadas.

·       Combinación del cambio volumétrico de la mezcla con el uso de un asfalto de baja penetración.

2.4.3 - Método de estudio de los fenómenos asociados 

En cuanto al análisis de la mezcla para estudiar su propensión a la fisuración se pueden hacer ensayos de fatiga.