Mezcla de hormigón asfáltico
11.6.1.2 Distorsión
La distorsión del pavimento es el resultado de la inestabilidad de la mezcla asfáltica, el movimiento o la debilidad de la base granular o la subrasante y, además, el agrietamiento del pavimento puede acompañar a algunos tipos de distorsión. La distorsión del pavimento puede adoptar muchas formas, pero el ahuecamiento y el empuje son los más comunes.
El ahuecamiento (la formación de depresiones canalizadas, surcos) se produce en las huellas de las ruedas de una superficie de pavimento. La formación de surcos es un problema serio porque los surcos contribuyen a que la superficie de conducción sea áspera y pueden llenarse de agua durante eventos de lluvia o nieve, lo que puede hacer que los vehículos que circulan por la carretera hagan aquaplaning y pierdan el control.
La formación de surcos (a menudo denominada deformación permanente) es una forma común de malestar en los pavimentos flexibles y es causada cuando los neumáticos de los camiones (cargados o pesados) se mueven a través de un pavimento de concreto asfáltico, el pavimento se desvía una cantidad muy pequeña. Estas deflexiones van desde mucho menos de una décima de milímetro en tiempo frío -cuando el pavimento y la subrasante son muy rígidos- hasta un milímetro o más en tiempo cálido -cuando la superficie del pavimento está caliente y muy blanda-. Si el módulo elástico de la mezcla es suficiente, el pavimento tiende a volver a su posición original después de que el neumático del camión pase por un punto determinado del pavimento. Sin embargo, a menudo la superficie del pavimento no se recupera completamente, dejando una cantidad muy pequeña (pero no insignificante) de deformación permanente del pavimento en la trayectoria de la rueda. En consecuencia, después de que muchas cargas de ruedas hayan pasado por el pavimento -el número de cargas de ruedas variará en función de la calidad del pavimento- el ahuecamiento puede llegar a ser significativo, dando lugar a pavimentos gravemente ahuecados con una profundidad de 0,75 pulgadas o más (20 mm o más). Las profundidades de ahuecamiento de unos 10 mm o más suelen considerarse excesivas y constituyen un riesgo importante para la seguridad.
El ahuecamiento de la subrasante del pavimento está causado por la consolidación o el desplazamiento de los materiales debido a la carga repetida del tráfico. En casos severos, puede producirse un levantamiento en el exterior del surco. Este modo de fallo se produce en la base o subbase como resultado de tensiones excesivas, infiltración de humedad o un fallo de diseño básico. Por lo tanto, puede aparecer como una depresión en la trayectoria de la rueda o como un levantamiento a lo largo de los lados del surco. El ahuecamiento se produce normalmente cuando un pavimento es de nueva construcción y se hace mínimo a medida que el ligante asfáltico se endurece y envejece. La formación de surcos también se debe a los camiones que transportan cargas pesadas sobre neumáticos con presiones de inflado muy elevadas en pavimentos no diseñados para soportar ese tipo de tensión. Esas mezclas tenían un contenido de asfalto demasiado alto, un contenido de finos demasiado alto, áridos de textura redonda y lisa, y un asfalto demasiado blando. Las mejoras en los procedimientos de diseño de las mezclas, las especificaciones y pruebas de los áridos y los ligantes PG han reducido significativamente los problemas de formación de roderas.
Por último, la formación de roderas es más común en verano, cuando las elevadas temperaturas ablandan el cemento asfáltico. En los pavimentos de mezcla en frío (CMA), la falta de aireación o de curado de la emulsión puede dar lugar a una mezcla tierna que se ahueque. Esto es especialmente un problema cuando el pavimento de mezcla en frío se construye a finales del año. Otras formas relacionadas de deformación permanente incluyen el «shoving» y el «wash boarding».
El «shoving» (corrugaciones, wash-boarding) es una forma de deformación plástica que resulta en ondulaciones a través de la superficie del pavimento. Suelen producirse cuando hay una tensión horizontal severa donde el tráfico comienza y se detiene, en las bajadas donde los vehículos frenan, en las intersecciones y en las curvas horizontales pronunciadas. Las ondulaciones suelen estar causadas por un exceso de asfalto o por el uso de un asfalto muy blando en la mezcla.
Las hendiduras suelen producirse en las intersecciones cuando los vehículos se detienen, ejerciendo una fuerza lateral sobre la superficie de la mezcla caliente que hace que ésta se deforme excesivamente a lo largo del pavimento, en lugar de dentro de las hendiduras de las ruedas. El «wash boarding» es un fenómeno similar pero, en este caso, la deformación toma la forma de una serie de grandes ondulaciones a través de la superficie del pavimento. La formación de surcos, empujones y el lavado puede ser el resultado de una deformación permanente en cualquier parte del pavimento: la subrasante, la subbase granular o cualquiera de las capas ligadas. La deformación permanente excesiva en una o más de las capas ligadas es el resultado de una mezcla de hormigón asfáltico que carece de resistencia y rigidez a altas temperaturas. Varios problemas en el diseño de una mezcla, como la selección de un ligante asfáltico demasiado blando para el clima y el nivel de tráfico dados, pueden hacerla propensa a la formación de surcos y otras formas de deformación permanente.
La desintegración es la ruptura de un pavimento que comienza con la pérdida de las partículas finas del agregado de la superficie del pavimento y progresa hasta la formación de baches. Es el progresivo deterioro hacia abajo en las capas inferiores del pavimento que da lugar a grandes trozos de fragmentos no unidos. Este fallo puede ser el resultado de la carga de fatiga, ya que se forman enormes baches en el pavimento al desprenderse los fragmentos por el tráfico. Los distintos tipos de desintegración del pavimento son el desgarro, la delaminación, el desprendimiento y los baches.
El desgarro (meteorización) es la pérdida progresiva de áridos de la superficie del pavimento. La erosión es una de las complicaciones resultantes del desprendimiento. Puede describirse como la pérdida progresiva de material superficial por intemperie o abrasión superficial. Comienza cuando los áridos finos se desprenden del cemento asfáltico dejando pequeñas manchas rugosas en la superficie del pavimento, que aumentan a medida que las partículas de áridos más grandes se desprenden de la superficie del pavimento. A medida que avanza, las partículas de áridos más grandes se desprenden debido a la falta de apoyo de los finos circundantes. La erosión se acelera en las vías de circulación por el tráfico. La erosión se produce en toda la superficie del pavimento, incluidas las zonas sin tráfico. Por lo general, se necesitan tanto el agua como el tráfico para causar un rizado extenso. La erosión se debe a los altos vacíos de aire en la mezcla asfáltica en caliente debido a una mala compactación o a una pavimentación tardía. Además, una mezcla de asfalto magra (demasiado poco asfalto) o el sobrecalentamiento del asfalto en la planta de mezcla de asfalto (lo que lleva a la interrupción de la estructuración del aglutinante relacionada con los áridos) también puede provocar el desgarro. El ripado también se produce cuando los neumáticos desprenden partículas de áridos de la superficie de un pavimento de mezcla asfáltica en caliente. Muchos de los mismos factores que contribuyen a una pobre resistencia a la fatiga también contribuirán al ripado, incluyendo un bajo contenido de ligante asfáltico y una pobre compactación en el campo. Debido a que la superficie del pavimento está expuesta al agua de la lluvia y la nieve, una pobre resistencia a la humedad también puede acelerar el ripado en los pavimentos de mezcla en caliente.
El ripado es la pérdida gradual de adherencia entre la película de asfalto y la superficie del agregado, lo que resulta en la pérdida de integridad de la mezcla de asfalto en caliente. Por lo tanto, el pavimento se vuelve susceptible a varias formas de fallo al perder su rigidez estructural. Los factores que contribuyen al stripping son: el agua en el pavimento con alta carga de tráfico, la alta temperatura, la naturaleza de los áridos y el ligante, y la mala compactación. El agua no fluye fácilmente a través de los pavimentos de mezcla asfáltica que han sido construidos cuidadosa y eficientemente, pero fluye muy lentamente incluso a través del material bien compactado. El agua puede abrirse paso entre las superficies de los áridos y el ligante asfáltico de una mezcla, debilitando o incluso destruyendo totalmente la unión entre estos dos materiales (stripping). Los daños causados por la humedad pueden producirse rápidamente cuando el agua está presente debajo de un pavimento, como ocurre cuando los pavimentos se construyen sobre zonas mal drenadas y no se diseñan o construyen adecuadamente para eliminar el agua de la estructura del pavimento. De hecho, la exposición ocasional al agua puede causar daños por humedad en las mezclas asfálticas debido a un diseño defectuoso o a una construcción defectuosa o al uso de materiales deficientes.
Los procesos fisicoquímicos que controlan los daños por humedad son complejos en la medida en que las diferentes combinaciones de ligante asfáltico y áridos mostrarán grados muy diversos de resistencia a los daños por humedad. De hecho, es difícil predecir la resistencia a la humedad de una combinación concreta de asfalto y áridos, aunque las mezclas de asfalto producidas con áridos que contienen una alta proporción de sílice (como la arenisca, la cuarcita, el cuarzo y algunos tipos de granito) tienden a ser más susceptibles a los daños por humedad. Una construcción adecuada, especialmente una compactación minuciosa, puede ayudar a reducir la permeabilidad de los pavimentos de mezcla asfáltica en caliente y, por tanto, reducir significativamente (incluso mitigar) la probabilidad de daños por humedad. Para mejorar la resistencia a la humedad, se pueden añadir aditivos antidesgaste a las mezclas asfálticas; la cal hidratada es uno de los aditivos más comunes y eficaces.
Se puede evaluar la resistencia a la humedad de las mezclas asfálticas en caliente (a menudo denominado procedimiento Lottman). En este ensayo, se compactan en el laboratorio seis probetas cilíndricas de mezcla asfáltica en caliente. Tres de ellas se someten a un acondicionamiento -saturación al vacío, congelación y descongelación- mientras que las otras tres no se acondicionan. Ambos grupos de muestras se someten a la prueba de tensión indirecta. El porcentaje de resistencia que se mantiene tras el acondicionamiento se denomina relación de resistencia a la tracción y es una indicación de la resistencia a la humedad de esa mezcla concreta. Muchas agencias de carreteras exigen una relación mínima de resistencia a la tracción del 70-80% para las mezclas asfálticas en caliente, pero hay que recordar que los datos de este método de ensayo no siempre son 100% fiables y sólo pueden proporcionar una indicación aproximada de la resistencia de la mezcla a la incursión de la humedad y a los daños.
La delaminación es la pérdida localizada de todo el espesor de una capa de recubrimiento y está causada por la falta de unión entre la capa y el pavimento original. De nuevo, el agua es el agente causante, concretamente cuando la incursión de agua se produce entre dos capas del pavimento. Sin embargo, la delaminación suele limitarse a la zona del paso de las ruedas y tarda varios años después del recubrimiento en convertirse en un problema serio, pero una vez que se produce la calzada es difícil de parchear. La limpieza de la superficie antigua y la aplicación de una emulsión asfáltica como capa de adherencia (una fina capa de asfalto que se utiliza en la construcción o el reacondicionamiento de carreteras y autopistas) ayudará a aliviar el problema y es especialmente útil cuando el grosor del recubrimiento es de dos pulgadas (50 mm) o menos.
Los baches son agujeros en forma de cuenco de diversos tamaños en un pavimento que resultan de la desintegración localizada bajo el tráfico. Causan una alineación defectuosa de las ruedas y pueden comenzar con una pequeña grieta que deja entrar el agua y debilita la base de la carretera, o una pequeña zona de raspado que alcanza toda la profundidad, o bien puede producirse un montón de baches de la noche a la mañana en una zona agrietada de un pavimento fino. Un suelo pobre, un mal drenaje, una superficie de asfalto demasiado fina, una mala compactación y un mal mantenimiento del pavimento pueden conducir a la formación de baches.