REHABILITACIÓN DE CARPETAS ASFÁLTICAS EN PAVIMENTOS …
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REHABILITACIÓN DE CARPETAS ASFÁLTICAS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INTERCAPA CON GEOMALLAS Y GEOTEXTILES NO TEJIDOS JULIO ANDRÉS RODRÍGUEZ PERALTA Director SILVIA CARO SPINEL Ingeniero Civil M.Sc UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTA, NOVIEMBRE DE 2.004
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REHABILITACIÓN DE CARPETAS ASFÁLTICAS EN PAVIMENTOS
FLEXIBLES MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA
INTERCAPA CON GEOMALLAS Y GEOTEXTILES NO TEJIDOS
JULIO ANDRÉS RODRÍGUEZ PERALTA
Director
SILVIA CARO SPINEL
Ingeniero Civil M.Sc
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTA, NOVIEMBRE DE 2.004
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TABLA DE CONTENIDO
Pag.
1. OBJETIVOS ............................................................................................................8
1.1. OBJETIVO GENERAL ...............................................................................8
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.....................................................................8
2. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................9
3. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................9
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.................................................................9
4. MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 11
HISTORIA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE GEOSINTÉTICOS EN
PAVIMENTOS...................................................................................................... 11
5. LAS FISURAS COMO PATOLOGÍA DE LOS PAVIMENTOS FLEXIBLES
.................................................................................................................................... 14
5.1. MECANISMOS DEL CALCADO................................................................ 14
5.2. TIPOS DE FISURAS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES........................... 16
5.3. CONTROL DEL CALCADO DE FISURAS EN UNA CARPETA
ASFÁLTICA .......................................................................................................... 17
6. SISTEMA INTERCAPA EN LA REHABILITACIÓN DE CARPETAS
ASFÁLTICAS MEDIANTE LA COLOCACIÓN DE UNA SOBRE CARPETA
DE REHABILITACIÓN ............................................................................................ 18
6.1. SISTEMA INTERCAPA CON GEOTEXTILES NO TEJIDOS EN
REHABILITACIONES CON SOBRECARPETAS EN PAVIMENTOS
FLEXIBLES........................................................................................................... 19
6.2. SISTEMA INTERCAPA CON GEOMALLAS EN REHABILITACIONES
CON SOBRECARPETAS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES .......................... 20
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6.3. ASPECTOS A TENER EN CUENTA EN LA INSTALACIÓN DE UN
SISTEMA INTERCAPA EN SOBRECARPETAS DE CONCRETO
ASFÁLTICO.......................................................................................................... 21
6.4. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES UTILIZADOS COMO
ELEMENTO INTERCAPA EN REHABILITACIONES CON
SOBRECARPETAS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES EN COLOMBIA....... 23
6.4.1. Geotextiles No tejidos Punzonado con Agujas................................ 23
6.4.2. Geomallas de Poliéster................................................................... 26
6.5. COMPRENSIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS
GEOSINTÉTICOS ............................................................................................... 28
6.6. PROCEDIMIENTOS Y RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS EN
LA REHABILITACIÓN......................................................................................... 29
6.6.1. Preparación para la instalación......................................................... 29
6.6.2. Condiciones de la superficie.............................................................. 29
6.6.3. Reparación de Fisuras......................................................................... 30
6.6.4. Dosificación del riego de liga............................................................. 30
6.6.5. Temperaturas de Trabajo.................................................................... 31
6.6.6. Colocación del Material ....................................................................... 31
6.6.7. Longitudes de Traslapos..................................................................... 32
6.6.8. Colocación de la capa de Repavimentación.................................... 33
6.6.9. Cuidados de Almacenamiento............................................................ 33
7. DISEÑO Y PRUEBA DE UN MODELO FÍSICO PARA EVALUAR LOS
GEOSINTÉTICOS EN LA REHABILITACIÓN .................................................... 35
7.1. CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES UTILIZADOS EN EL
MODELO............................................................................................................... 36
7.2 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS...................................................... 38
7.3. METODOLOGÍA DE FALLA .................................................................. 43
7.4. RESULTADOS......................................................................................... 44
7.5. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................... 46
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7.6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................... 50
8. CONCLUSIONES................................................................................................ 53
9. BIBLIOGRAFÍA................................................................................................... 55
ANEXOS ................................................................................................................... 56
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LISTA DE TABLAS
TABLA No 1 ESPECIFICACIÓN GEOTEXTIL NO TEJIDO PAVCO
REPAV 450
2 ESPECIFICACIÓN GEOMALLA DE POLIÉSTER LAFAYETTE BX35
3 DESCRIPCIÓN DE LOS GEOSINTETICOS USADOS EN
EL ESTUDIO. 4 RECOPILACIÓN DE LOS ESTADOS DE FALLA CON
SU CORRESPONDIENTE REGISTRO DE TIEMPO.
5 NUMERO DE CICLOS AL ESTADO DE FALLA DE CADA UNA DE LAS MUESTRAS.
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA No 1 DIMENSIONES DE LA MUESTRA UTILIZADA EN
EL MODELO. 2 MONTAJE DEL MODELO.
3 GRANULOMETRÍA DEL MATERIAL PÉTREO.
4 TARADO DEL MATERIAL.
5 CALENTAMIENTO DEL MOLDE. 6 CALENTAMIENTO DEL ASFALTO.
7 MEZCLA DEL AGREGADO Y EL ASFALTO.
8 COLOCACIÓN DE LA MEZCLA ASFÁLTICA EN EL MOLDE.
9 COMPACTACIÓN DE LA MEZCLA EN LA
MAQUINA UNIVERSAL. 10 MUESTRAS COMPACTADAS, DISPUESTAS
PARA CORTAR.
11 CÁMARA DE ENSAYO PAV.
12 MUESTRAS ENVEJECIDAS. 13 DISPOSICIÓN DE LAS MUESTRAS PARA
CARPETAS ENVEJECIDAS.
14 APLICACIÓN DEL RIEGO DE LIGA. 15 DISPOSICIÓN DE LA MUESTRA FINAL.
16 EQUIPO MTS.
17 GRAFICA DE NUMERO DE CICLOS PARA FALLAS INCIPIENTES MEDIAS Vs MUESTRA #
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18 GRAFICA DE NUMERO DE CICLOS PARA
FALLAS ACENTUADAS MEDIAS vs. MUESTRA #
19 GRAFICA DE NUMERO DE CICLOS PARA FALLAS INCIPIENTES TOTALES vs. MUESTRA #
20 GRAFICA DE NUMERO DE CICLOS PARA
FALLAS ACENTUADAS TOTALES vs. MUESTRA
#
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1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL
• Determinar el efecto de la implementación de geotextiles tejidos y
geomallas en la rehabilitación de pavimentos flexibles mediante
sobrecarpetas.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Diseñar un modelo físico en laboratorio para determinar el desempeño
de la implementación de geotextiles tejidos y geomallas que funcionen como
sistema intercapa de refuerzo.
• Analizar el comportamiento a la fatiga de estructuras de pavimento
reforzadas a la altura de la carpeta de rodadura con geomallas de poliéster y
geotextiles no tejidos de polipropileno punzonados por agujas, para
determinar el aporte en el retardo de aparición de fisuras sobre la carpeta
nueva de rodadura.
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2. JUSTIFICACIÓN
La implementación de geosintéticos en la rehabilitación de vías en pavimento
flexible se contempla como una solución válida que busca contrarrestar
fallas relacionadas con la fatiga del material debido al tránsito tales como la
aparición de nuevas fisuras o el calcado de fisuras existentes a la carpeta de
rehabilitación.
Esta metodología en Colombia se está realizando mediante la
implementación de un sistema intercapa cuyo elemento principal es en
algunos casos geotextiles no tejidos y en otros geomallas.
Estudios y análisis detallados se han realizado en otros países donde han
buscado determinar los parámetros involucrados en el desempeño éste
sistema. Sin embargo, es de vital importancia obtener resultados que puedan
ser utilizados para las condiciones especiales de nuestro medio, acordes con
las recomendaciones técnicas de los fabricantes y las especificaciones de los
materiales.
Es importante analizar la viabilidad de los dos sistemas implementados y
compararlos técnica y económicamente frente a la no utilización del refuerzo,
ya que la repercusión de la implementación del material afecta el análisis
económico comprendido como el ahorro en costos iniciales de
repavimentación y mantenimiento rutinario y correctivo.
3. INTRODUCCIÓN
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Los pavimentos flexibles, al igual que los rígidos, tienden a fisurarse con el
paso del tiempo. Esto se debe principalmente a que en el transcurso de su
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vida útil se someten a efectos del paso repetido del tránsito e inclemencias
del medio ambiente como cambios extremos de temperatura y lluvias.
Las fisuras son fallas comunes y punto de partida del deterioro del
pavimento. Se presentan en la capa de rodadura permitiendo el ingreso del
agua al interior de la estructura del pavimento y subrasante, disminuyendo su
capacidad estructural y comprometiendo el nivel de servicio del pavimento.
Una vez se ha iniciado el agrietamiento, éste aumenta con el paso del tiempo
haciéndose cada vez más severo, degradando la capa de rodadura y
generando fallas posteriores asociadas al manejo del agua y al fisuramiento
como deformaciones permanentes, baches, piel de cocodrilo, etc. Debido a
lo anterior, dichas fisuras deben impedirse retardando su aparición y evitando
un mayor deterioro del pavimento asociado a un incremento de los costos de
mantenimiento y rehabilitación.
Para solucionar este problema en casos de rehabilitación de carpetas
deterioradas con nuevas sobrecarpetas, se ha planteado el uso de
geosintéticos, como geomallas y geotextiles no tejidos, utilizados en un
sistema intercapa en sobrecarpetas de concreto asfáltico en pavimentos
flexibles, dirigido principalmente al control o retardo del calcado de fisuras de
baja y mediana severidad. Esta alternativa tiene ventajas no solo desde el
punto de vista del fisuramiento para los geotextiles no tejidos, puesto que al
ser instalados y saturados adecuadamente funcionan como una barrera que
protege las capas inferiores del pavimento del ingreso superficial del agua y
forma una capa amortiguadora que funciona como un aligerador de
esfuerzos. En el caso de las geomallas, éstas aportan una mayor resistencia,
contribuyendo al soporte de los esfuerzos de tensión producidos en la base
de la sobrecarpeta.
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Esta tecnología a lo largo de la historia ha mostrado tener magníficos
resultados como fracasos rotundos, dando cabida a la confusión y
escepticismo acerca de su implementación (Koerner, 1994).
Este trabajo busca determinar mediante ensayos de laboratorio el
desempeño y aporte estructural del sistema intercapa y realizar un análisis
de costos que permita concluir sobre la viabilidad de su implementación bajo
el contexto de utilizar materiales y normas dispuestas en Colombia,
soportadas en recomendaciones y especificaciones técnicas de los
fabricantes de los geosintéticos.
4. MARCO TEÓRICO
HISTORIA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE GEOSINTÉTICOS EN PAVIMENTOS
En 1982, los primeros indicios del desarrollo de nuevas tecnologías de
pavimentación empezaron con una pequeña sección de pavimento en
concreto construida en Ohio. Hacia 1910, el desarrollo de nuevas técnicas de
construcción en pavimentos estaba en auge y para 1920 se empezaron a
implementar en la construcción de pistas en aeropuertos. A mediados de los
años 50’s más de 665.000 millas y 1.5 billones de feet2 de pistas se habían
construido (Beck, 1999).
A principios de los 30s, los constructores de vías en Carolina del Sur
comenzaron a tratar de mejorar las estructuras de pavimento colocando
capas de fibras de algodón entre las capas de asfalto líquido (Beck, 1999).
Precedentes a este desarrollo se tienen las técnicas empleadas en el mundo
antiguo, cuando los egipcios incorporaron mantas en la fundación de las
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pirámides y los romanos insertaron fibras tejidas en sus vías (Austin and
Gilchrist, 1996).
Hacia los años 50’s y 60’s, ingenieros británicos, estadounidenses y
canadienses desarrollaron un sistema de enmallado con cables extensibles
metálicos ubicados sobre la subrasante para mejorar las condiciones de
carga de los pavimentos. Este sistema funcionó al reducir significativamente
el ahuellamiento y el fisuramiento si se instalaba de manera adecuada. Sin
embargo este nuevo sistema presentaba desventajas relacionadas con la
instalación que estaba precedida de un proceso de premoldeo complicado y
la utilización de materiales difíciles de reciclar (Brown, et al. 1985).
La incorporación de geotextiles y geomallas fue el siguiente avance
significativo en el desarrollo de la tecnología de la pavimentación. En 1966,
ingenieros del ejército estadounidense reemplazaron las pesadas mechas y
platinas metálicas por fibras livianas de geotextil no tejido en la construcción
y reparación de vías en estado de emergencia. A diferencia de las fibras de
algodón, las fibras sintéticas eran resistentes al ataque químico y al impacto
biológico aún al estar en contacto con el agua.
Sin embargo, hasta los años 70’s, en que se presentó el auge de la
experimentación e investigación alrededor de los geotextiles, cuando los
investigadores encontraron que estas fibras contribuían a la disminución de
esfuerzos, contrarrestaban los efectos del agua y retardaban el calcado de
fisuras.
En 1970, la Federal Highway Administraron (FHA) institucionalizó el
Programa Nacional de Evaluación Experimental con el objetivo de disminuir
el fisuramiento en los pavimentos. Como conclusión de todas las
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investigaciones realizadas, los geotextiles no tejidos de polipropileno fueron
los que mejor desempeño presentaron y en 1977, aprobó el uso de los
geotextiles no tejidos de polipropileno como refuerzo intercapa en
pavimentos. Independientemente de las investigaciones de la FHA, Caltrans
también evaluó los efectos positivos de los geotextiles no tejidos en 1972
(Ronchen, 1997).
En el caso de las geomallas, éstas se empezaron a producir a principios de
los 80’s. En 1982 cerca a Londres, Inglaterra. Las geomallas biaxiales fueron
las primeras en ser aplicadas como refuerzo de asfalto. Estas geomallas
fueron instaladas sobre 10.000 m2 de carpeta asfáltica, como parte de
estudios de campo y de ensayos desarrollados en el laboratorio de
investigaciones de la universidad de Nottingham (Inglaterra). La investigación
buscó cuantificar el desempeño de las geomallas en la prevención de
deformaciones y retardo en el calcado de fisuras traducido en la extensión la
vida del pavimento al contrarrestar los efectos de la fatiga. Bajo
circunstancias ideales, la geomalla redujo deformaciones en un 70%,
retardando significativamente el desarrollo del calcado de fisuras e
incrementando el ciclo de vida por fatiga en un factor de 1 (Austin and
Gilchrist, 1996).
En la actualidad, investigaciones y debates se han centrado en promulgar
éxitos teóricos en aplicaciones de campo. No obstante, no existe todavía una
metodología de diseño definitiva, pues todas resultan controvertidas debido
al poco entendimiento de la complejidad de los problemas y múltiples
variables relacionadas con las condiciones en servicio de la vía y la reología
de los materiales involucrados. Adicionalmente, en la actualidad se ha
continuado desarrollando nuevos productos para aplicaciones en
pavimentos, como mallas tejidas con filamentos en fibra de vidrio, mallas y
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telas en poliéster y geocompuestos: combinaciones de varios productos
sintéticos.
A conveniencia de esta tecnología, muchas investigaciones siguen en
desarrollo, El Departamento de Transportes en Maine, Virginia y Texas están
comprometidos en medir y realizar pruebas de campo. CALTRANS, La
Asociación de Materiales Geotécnicos y otras agencias publicas y privadas,
están activamente dedicadas a mejorar el entendimiento del asfalto reforzado
(Beck, 1999).
5. LAS FISURAS COMO PATOLOGÍA DE LOS PAVIMENTOS FLEXIBLES
Las fisuras en la superficie de la capa de rodadura son el reflejo de las
fisuras en las capas inferiores del pavimento y son llamadas fisuras
reflejadas o calcadas. Estas fisuras son una prolongación de las
discontinuidades de las capas de pavimento inferiores. Cuando una
sobrecapa es colocada sobre las fisuras, las fisuras crecen hasta la nueva
superficie.
5.1. MECANISMOS DEL CALCADO
Además de los cambios de propiedades en los materiales debidos a
temperatura y de las fallas constructivas que puedan resultar de la
instalación. El crecimiento del calcado surge como resultado de dos factores
que se presentan sobre el pavimento al mismo tiempo: las cargas del tráfico
y los esfuerzos o tensiones inducidas por cambios térmicos.
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Los esfuerzos o tensiones inducidas debido a variaciones térmicas, con
frecuencias cíclicas bajas, parecen ser el mecanismo más influyente en la
mayoría de los casos. Pueden darse dos procesos para el calcado por
variaciones térmicas:
• El agrietamiento comienza simultáneamente en la parte superior e
inferior de la carpeta de repavimentación y se desplaza hacia el centro
de ella. Este caso se presenta bajo condiciones extremas de frío.
• El agrietamiento comienza en la parte inferior de la carpeta, debido a
tensiones concentradas en las cercanías de las grietas existentes en
la carpeta de pavimento viejo y se propaga hacia arriba bajo ciclos
térmicos.
• Se ha propuesto un posible tercer mecanismo en el cual las grietas
que fueron dejadas debido a fallas en el proceso constructivo se
propagan a la totalidad de la carpeta por ciclos térmicos.
Los mecanismos de agrietamiento están directamente relacionados con el
tipo de desplazamiento inducido.
Se presentan tres tipos de esfuerzos a nivel de la carpeta de rodadura:
• Tensión normal, es el caso de desplazamientos inducidos por
variaciones térmicas.
• Cortante normal, asociado con el tráfico o con cambios diferenciales
de volumen.
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• Cortante paralela, que no es muy común. Se da en desplazamientos
laterales debido a inestabilidad.
El fenómeno de agrietamiento empieza y se propaga en la carpeta de
repavimentación cuando las tensiones inducidas exceden las críticas. Para
éstas condiciones particulares se llevan a cabo dos tipos de agrietamiento:
• Agrietamiento por fatiga: una grieta o fisura puede iniciarse y crecer
como resultado de la repetición de cargas de tráfico. Cuando una
rueda pasa, la abertura se deflecta, suministrando esfuerzos de
tensión en los extremos de la grieta haciéndola crecer.
• Fisuramiento por flexión: si la capa de repavimentación se aplica sobre
fisuras o grietas, los movimientos horizontales en las fisuras existentes
también causarán deformaciones horizontales en la capa de
repavimentación, llevando a la continuación del crecimiento de la
fisura existente en la capa de repavimentación, esto se conoce como
reflexión o calcado de fisuras. Este fisuramiento se presenta debido a
la diferencia de esfuerzos cortantes en ambos costados de la grieta.
Sucede cuando una rueda pisa la grieta, cargando primero un borde
de la grieta y posteriormente el otro.
5.2. TIPOS DE FISURAS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES
De acuerdo a la naturaleza de y mecanismo del calcado de fisuras, en
pavimentos flexibles se presentan tres tipos de fisuras: fisuras primarias,
fisuras secundarias y fisuras terciarias.
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• Fisuras Primarias: generalmente son producidas por falta de
capacidad portante de la subrasante o por contaminación de los
materiales utilizados en la base o subbase de la estructura del
pavimento.
• Fisuras Secundarias: son grietas verticales producidas generalmente
por la fatiga acumulada debida a la flexión y al envejecimiento natural
del asfalto por el intemperismo. Estas fisuras incrementan la
permeabilidad de la estructura del pavimento, reducen la resistencia al
corte de la carpeta asfáltica produciendo huecos que aumentan
rápidamente su diámetro con el paso del tráfico vehicular.
• Fisuras Terciarias: cuando se repavimenta sobre fisuras o juntas,
estas se calcan sobre la nueva capa, debido a las variaciones
térmicas y a los esfuerzos generados por el tráfico. Las fisuras
terciarias se producen no solamente por el calcado, sino también por
el tipo de imprimante usado como liga entre las capas. Como
resultado de esta fisuración temprana se reduce la impermeabilidad de
la capa de rodadura, generando una falla de la nueva repavimentación
en un tiempo muy corto.
5.3. CONTROL DEL CALCADO DE FISURAS EN UNA CARPETA
ASFÁLTICA
Hasta ahora no se ha encontrado una solución definitiva para el fisuramiento
por calcado, pero en su búsqueda han surgido algunos métodos que resultan
muchas veces eficaces en el control del calcado de fisuras y logran extender
el ciclo de vida de las sobrecapas. Independiente al método a utilizar, el
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común denominador de los estudios apunta a que la importancia y la
efectividad de las sobrecapas, está ligada a su espesor y a una apropiada
especificación de la mezcla asfáltica.
La forma más básica de retardar el calcado de fisuras es aumentar el
espesor de la sobrecapa. En general, a medida que el grosor de la
sobrecapa aumenta, la resistencia al calcado de fisuras aumenta también.
Los límites en el grosor de la sobrecapa están ligados con los sobrecostos en
materiales como el asfalto y en las posibilidades de incremento en la altura
de la estructura de la vía.
Otro método empleado en el control del calcado de fisuras son los aditivos
asfálticos, que han mostrado no evitar del todo el calcado, pero que ayudan a
retardar el desarrollo de las fisuras convirtiendo una fisura grande en el
pavimento viejo, en múltiples fisuras pequeñas en la sobrecapa nueva.
Mezclar fibras de vidrio, fibras metálicas o polímetros en el asfalto pude
ayudar a mejorar su desempeño ante el fisuramiento pero no siempre es
viable debido a los sobrecostos.
6. SISTEMA INTERCAPA EN LA REHABILITACIÓN DE CARPETAS ASFÁLTICAS MEDIANTE LA COLOCACIÓN DE UNA SOBRE CARPETA
DE REHABILITACIÓN
Paralelo a los desarrollos en torno a la búsqueda de un sistema o método de
control para el calcado de fisuras, surge otro definido como el sistema
intercapa. Este sistema consiste en introducir un manto en medio de la vieja
capa de rodadura y la nueva lo cual permite mejorar el desempeño de ésta
considerablemente. Una amplia variedad de estos sistemas se aplican
actualmente y pueden clasificarse como sistemas intercapa aliviadores de
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esfuerzos o de refuerzo mediante la utilización de platinas, mechas metálicas
o fibras sintéticas como es el caso de los geosintéticos.
Existen dos tipos de geosintéticos empleados comúnmente en este sistema
de rehabilitación: geotextiles no tejidos y geomallas.
6.1. SISTEMA INTERCAPA CON GEOTEXTILES NO TEJIDOS EN REHABILITACIONES CON SOBRECARPETAS EN PAVIMENTOS
FLEXIBLES
Al utilizar un geotextil sobre carpetas asfálticas se logra controlar o retardar
el calcado de fisuras de baja y media severidad. Son eficientes en el control
de fisuras debidas a los cambios de temperatura, pero no son efectivos en el
retardo o reflexión de fisuras debidas a movimientos significantes verticales u
horizontales (ASHTO, 1993).
El módulo de tensión de los geotextiles no tejidos livianos utilizados
comúnmente en esta aplicación es muy bajo, para poder movilizar la tensión
bajo deflexiones aceptables del pavimento (Holtz 1999).
Cuando se Instala y satura correctamente de ligante asfáltico, los geotextiles
funcionan como barrera de humedad protegiendo la subbase de una
eventual erosión debido al ingreso del agua. Adicionalmente forman una
membrana que sirve de amortiguamiento para la sobrecapa y funciona como
aliviadora de esfuerzos.
Al ser instalado el material, la fisura se propaga rápidamente hacia arriba
desde la carpeta vieja hacia la membrana aliviadora de esfuerzos. La fisura
se detiene en la interfase por un tiempo y luego se propaga desde la
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interfase hasta la superficie. Si se tiene un geotextil saturado de asfalto, se
obtienen grandes cantidades de deformaciones plásticas en el momento en
que la fisura alcanza el geotextil, alterando así el equilibrio de energía en la
punta de la fisura. Debido a la baja rigidez de la capa de geotextil, las
deformaciones altas resultantes son almacenadas en estados de esfuerzo
bajos, retardando, pero no impidiendo la propagación de las fisuras.
Para que el geotextil actúe como un refuerzo, éste debe tener suficiente
espesor y un módulo de elasticidad mayor al del concreto asfáltico de la capa
de repavimentación. Si esta condición se diera, el geotextil tendría la
capacidad no solo de reforzar la carpeta de repavimentación sino también,
por lo menos temporalmente, de detener la propagación hacia arriba de las
fisuras invirtiendo su propagación en sentido horizontal o lateral. De estudios
realizados se ha concluido que las dos terceras partes del alivio o
disminución en los esfuerzos se deben al cemento asfáltico que satura el
geotextil y el resto es por el geotextil que funciona como retenedor.
6.2. SISTEMA INTERCAPA CON GEOMALLAS EN REHABILITACIONES
CON SOBRECARPETAS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES
Las geomalla de polímetros, de fibras de vidrio y textiles muy gruesos, logran
acercar su rigidez para actuar como elemento de refuerzo, esta es la
principal diferencia entre los dos sistemas.
El mecanismo de refuerzo de la capa asfáltica se da por la capacidad de
distribuir los esfuerzos de corte y tensión que suceden en las paredes de una
discontinuidad. En estas fisuras grietas se concentran altos niveles de
esfuerzos cortantes sobre su plano por desplazamientos relativos de las
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paredes. Adicionalmente, el comportamiento a flexión de la capa agrietada
induce tensiones que tienden a ampliar la separación de las paredes de la
grieta. La colocación de la malla sobre la discontinuidad, distribuye este pico
de esfuerzos hacia la capa superior, haciendo que el volumen de material
involucrado sea mayor que en la condición no reforzada, con la cual se logra
controlar el progreso vertical y longitudinal de los agrietamientos existentes
hacia la sobrecarpeta (Lafayette, 2004).
6.3. ASPECTOS A TENER EN CUENTA EN LA INSTALACIÓN DE UN
SISTEMA INTERCAPA EN SOBRECARPETAS DE CONCRETO
ASFÁLTICO
Cualquier sistema de rehabilitación de una vía que vaya a ser seleccionado
debe ser minuciosamente estudiado desde la evaluación de las condiciones
de trafico, climáticas, etc. hasta las especificaciones de los materiales que
serán utilizados y las etapas de construcción. Estos son unos factores
importantes que deben ser considerados antes de adoptar una metodología
de rehabilitación.
• Tipo de Falla
Para llevar a cabo una medición del desempeño del sistema
implementado, puede utilizarse la siguiente clasificación de fisuras
empleada en el estado de California para hacer una clasificación de una
inspección visual (Holtz, 1997).
Fisuramiento inicial: esta categoría cubre el rango cuando el estado de
deterioro es mayor a una o dos fisuras aisladas pero no es aún muy
extenso. Está definido por la presencia entre 5% a 10% de fisuras en piel
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de cocodrilo (fisuras relacionadas con cargas de tráfico) o por la
presencia de una fisura transversal (no relacionada con cargas de tráfico)
por estación (cada 30m aprox.) en el área de prueba.
Fisuramiento moderado: esta categoría representa un estado medio de
deterioro por fisuramiento. El fisuramiento moderado está definido entre
11% - 29 % de fisuras en piel de cocodrilo o por la presencia de 4 fisuras
transversales cada 30 metros.
Fisuramiento significativo: esta categoría representa la condición en la
cual una reconstrucción o restauración es requerida. La condición se
basa en el criterio de prioridad de Caltrans que le da mayor prioridad a las
fisuras ocasionadas por cargas vehiculares y a incomodidad al transitar
por la vía.
El fisuramiento “Significativo” se define como la presencia de más de 30% de
fisuras en piel de cocodrilo o más de 4 fisuras transversales por cada 30
metros.
• Rehabilitación del pavimento viejo (AASHTO, 1993):
Mucho del deterioro que ocurre en las sobrecapas es el resultado de
fallas no reparadas en el pavimento existente antes de la optar por
colocar una sobrecarpeta. Áreas falladas del pavimento existente deben
ser reparadas si la falla puede dañar potencialmente la sobrecarpeta
dentro de poco tiempo. El espesor de la sobrecarpeta está ligado con el
diseño de la carpeta a reparar (FHWA, 1987).
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• Efecto del espesor de la sobrecarpeta:
El funcionamiento del pavimento es muy sensible al espesor de la carpeta
con o sin geotextil en la intercapa. Los beneficios de geotextil en el
retardo de fisuras por reflexión se incrementan con el aumento de
espesor de la sobrecarpeta.
• Variabilidad de la resistencia estructural del pavimento
(Barksdale, 1991) La resistencia estructural de un pavimento existente y
por consiguiente del espesor de la carpeta asfáltica, típicamente varia a
lo largo de la vía.
• Clima
Se ha observado que los geosintéticos tienen generalmente un mejor
desempeño en climas cálidos y templados que en climas fríos debido al
tipo de fallas inducidas por los cambios de temperatura (Aldrich, 1986).
6.4. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES UTILIZADOS COMO
ELEMENTO INTERCAPA EN REHABILITACIONES CON SOBRECARPETAS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES EN COLOMBIA
6.4.1. Geotextiles No tejidos Punzonado con Agujas
Los geotextiles no tejidos utilizados para esta aplicación pueden ser
fabricados en polipropileno o poliéster. Los de polipropileno tienden a tener
mayor número de fibras (peso) por unidad de área. Son capaces de retener
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mayor cantidad de ligamento y su proceso de fabricación es más económico.
Al instalarlo, poco se encogen pero tienen un punto de fusión bajo lo que
puede causar daños en la instalación al colocar la mezcla asfáltica muy
caliente.
Los geotextiles en poliéster tienden a encogerse pero su punto de fusión es
mayor haciéndolos más resistentes a los daños en instalación, sin embargo
los costos de producción son mayores. Para el caso de los Estados Unidos
la mayoría de los geotextiles en pavimentación son en polipropileno. Sin
embargo, tanto el polipropileno como el poliéster presentan ventajas
similares y pueden reciclarse.
Existen cuatro tipos de acabado en los geotextiles no tejidos punzonados por
agujas, del cual depende su desempeño durante la instalación: los
punzonados por agujas sin fijación por calor, con fijación por calor por un
solo lado, con fijación por calor en ambos lados y con fijación mediante
resinas. De estos cuatro tipos, el de mejor desempeño y el utilizado en este
estudio es el segundo, ya que por el lado termofijado provee mejor
resistencia a la tracción y por el otro presenta una superficie fibrosa de gran
adherencia debida a la absorción del ligante. Para que esto suceda se debe
colocar la cara termo fundida hacia arriba mientras que la cara fibrosa se
debe dejar en contacto con el riego de liga.
Los materiales usados para reforzar asfalto tienen una característica muy
importante en común y es la de contar con una alta resistencia axial
(Sprague, et al., 1998). La fuerte adherencia con el asfalto es de similar
importancia pero poco se ha estudiado sobre como medirla, además, ésta
varía de con cada producto. Esta y otras propiedades se pueden observar en
la tabla 1.
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25
Tabla 1 Especificación geotextil no tejido PAVCO REPAV 450. .
PROPIEDAD NORMA UNIDAD VALOR TIPICO
MÉTODO GRAB
RESISTENCIA A LA TENSIÓN
ELONGACIÓN
ASTM D-4632
N (LB)
%
580(131)
>50
RESISTENCIA AL PUNZONAMIENTO ASTM D-4833 N (LB) 350(79)
RESISTENCIA AL RASGADO
TRAPEZOIDAL ASTM D-4533 N(LB) 240(55)
RESISTENCIA AL ESTALLIDO ASTM D-3786 KpA (PSI) 1794 (260)
ESPESOR ASTM D-5199 mm 1.5
RETENCIÓN DE ASFALTO ASTM D-6140 L/m2 (gal/y d2) 1.1
ICIV 200420 27
26
6.4.2. Geomallas de Poliéster
Para el caso de las geomallas, también se encuentran fabricadas en
polipropileno, poliéster o reforzadas en fibra de vidrio. Las geomallas de
polipropileno tienen una rigidez axial alta y gran resistencia pero son poco
flexibles. En la mayoría de los casos hay dificultades en la forma de
adherirlas a la carpeta vieja pues tienden a despegarse al buscar conservar
su forma de enrollado que es como se dispone el producto en fábrica para
trasportarlo. Los geosintéticos de poliéster tienen similar resistencia axial y
propiedades de rigidez, pero son más flexibles. En su mayoría están
fabricados en forma de malla y revestidos para mejorar las propiedades de
liga, este tipo de geomallas es el utilizado para este estudio. Algunas
propiedades relevantes pueden observarse en la Tabla 2.
ICIV 200420 27
27
Tabla 2 Especificación geomalla de poliéster Lafayette BX35.
PROPIEDAD NORMA UNIDAD VALOR TIPICO
MD RESISTENCIA ULTIMA
MD ELONGACIÓN A ROTURA
MD RESISTENCIA @ 2% DEFORMACIÓN
MD RESISTENCIA @ 5% DEFORMACIÓN
TD RESISTENCIA ULTIMA
TD ELONGACIÓN A ROTURA
TD RESISTENCIA @ 2% DEFORMACIÓN
TD RESISTENCIA @ 5% DEFORMACIÓN
ASTM D-6637(1)
KN/M
%
KN/M
KN/M
KN/M
%
KN/M
KN/M
36.5
14.3
7.2
11.4
36.6
13.8
7.0
10.6
RESISTENCIA A LAS ALTAS TEMPERATURAS ASTM D-4355 OC 240
ABERTURA DE LA GEOMALLA MEDIDO (Md x Td)mm 28x24
6.5. COMPRENSIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS GEOSINTÉTICOS
Las propiedades especificadas en los diseños de sistemas intercapas,
pueden ser evaluadas mediante normas como las ASTM. Las más usadas
comúnmente en pavimentos son especificadas por agencias como Caltrans,
Texas DOT y la AASHTO M-288. En común las más relevantes para la
utilización de un sistema intercapa son:
• EL PESO: se puede interpretar como la cantidad de fibras por unidad
de área necesarias para absorber la cantidad suficiente de riego de
liga. A mayor relación peso por área, mayor cantidad de riego de liga
se necesita.
• El GRAB: es la resistencia de la fibra a la tensión y se mide halando
la fibra mediante un equipo que cuenta con un sistema de mordazas
hasta que la fibra se rompa. Comúnmente en los reportes, esta
resistencia se da en valores MARV (Minimun Average Roll Value) en
la dirección más débil de la fibra.
• ELONGACIÓN: se deriva del ensayo de tensión o grab . Este
determina el porcentaje en longitud en el cual la fibra se estira cuando
se somete al valor de tensión máximo. Para repavimentación se
requiere una elongación entre el 50 y el 100%. Una elongación muy
pequeña causa que la fibra presente mayor cantidad de arrugas en la
instalación. Una alta elongación produce un estiramiento excesivo
adelgazando la fibra y reduciéndole su capacidad de absorción y
adherencia.
ICIV 200420 27
29
• RETENCIÓN DE ASFALTO: determina la cantidad necesaria de riego
de liga para saturar la fibra y lograr una fijación adecuada. Varios tipos
fibras absorben diferentes cantidades de ligante dependiendo de su
peso, espesor y condición de la superficie de concreto asfáltico de la
carpeta vieja.
• ALMACENAMIENTO: el almacenamiento inapropiado causa múltiple
problemas debido principalmente a la exposición de la luz solar o
rayos UV, los cuales rompen algunas fibras y las debilitan en tan solo
un par de semanas. La humedad también causa problemas en el
proceso de ligadura.
6.6. PROCEDIMIENTOS Y RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS EN
LA REHABILITACIÓN
6.6.1. Preparación para la instalación
Caltrans y Texas DOT concluyen que la colocación del refuerzo, ya sea
geotextil no tejido o geomalla es el factor más importante en el desempeño
del sistema intercapa. Una colocación inapropiada, daños por elevadas
temperaturas, arrugas y pliegues pueden reducir significativamente los
beneficios del refuerzo.
6.6.2. Condiciones de la superficie
Para garantizar que el proceso de adhesión se lleve a cabo de manera
adecuada, lo primero que se debe considerar es que la superficie de la
ICIV 200420 27
30
carpeta antigua esté limpia. Es decir, asegurar que en la carpeta antigua no
existan elementos que impidan la total adherencia, tales como residuos de
materiales, humedad, residuos orgánicos como hojas, vegetación y en
general escombros que impidan un total contacto del geotextil o geomalla
sobre la carpeta en rehabilitación. Los equipos comúnmente utilizados en
esta actividad son compresores neumáticos con boquillas.
6.6.3. Reparación de Fisuras
Después de obtener una superficie lisa y limpia, se deben sellar las fisuras
que excedan los 3mm con un sellante apropiado para esta labor.
6.6.4. Dosificación del riego de liga
El riego de liga se debe aplicar uniformemente sobre la superficie
debidamente sellada, limpia y seca, el rango de riego de liga oscila
comúnmente entre 0.9 y 1.35 litros por metro cuadrado (AASHTO, 1990), de
acuerdo a las recomendaciones del fabricante y al criterio del ingeniero.
En el caso de utilizar emulsión, bien sea para la instalación de geotextil o
geomalla, se debe trabajar con la cantidad determinada por el fabricante
haciendo énfasis en que esta cantidad debe ser de asfalto residual y debe
esperarse a que las emulsión cure, es decir a que no quede ningún
remanente de agua.
ICIV 200420 27
31
La tasa de aplicación debe ser suficiente para satisfacer las propiedades de
retención del geotextil y las condiciones de la carpeta asfáltica vieja de
acuerdo con la porosidad y a la rugosidad.
6.6.5. Temperaturas de Trabajo
La temperatura del riego de liga debe ser lo suficientemente alta para lograr
un riego uniforme. En nuestro caso, al utilizar un geotextil no tejido de
polipropileno las temperaturas del riego de liga y la mezcla no deben ser
inferiores a 140ºC ni exceder los 160ºC (AASHTO, 1990). Cuando se emplea
emulsión asfáltica, debe trabajarse en un rango entre 55ºC y 70ºC; no se
debe exceder una temperatura de 70ºC, puesto que a partir de ésta puede
romperse muy rápido (PAVCO, 2004).
En el caso de las geomallas, al ser de poliéster tienen un punto de fusión
más alto por lo que los requerimientos de temperatura de instalación oscilan
entre los 200oC sin exceder los 240oC. Este tipo de geomallas es
recomendado en aplicaciones con concretos asfálticos modificados con
algún tipo de polímero.
6.6.6. Colocación del Material
La instalación del rollo de geotextil o de la geomalla puede ser realizado
manual o mecánicamente, existiendo equipos patentados para la colocación
de los rollos. En nuestro medio la instalación se ha venido haciendo
manualmente, siendo necesaria una cuadrilla de tres personas (dos
manteniendo la alineación del rollo y desenrollándolo, y otra persona
ICIV 200420 27
32
cepillando sobre el geotextil, eliminando al máximo las arrugas), sin
necesidad de ser mano de obra capacitada ni especializada (PAVCO, 2003).
Para el caso de los geotextiles, muchas veces tienden a formarse arrugas.
Para el tratamiento de éstas debe hacerse lo siguiente:
• Las arrugas y dobleces de más de 25 mm deberá rasgarse y aplanarse
siempre en el sentido del avance de los equipos utilizados en la
pavimentación, para evitar levantamientos (PAVCO, 1004).
• En el caso de que la arruga o doblez sobrepase los 50 mm, este exceso
deberá ser eliminado.
• Las arrugas traslapadas en el geotextil deberán contemplar el uso de
ligante adicional para saturar las dos capas de geotextil y formar una liga,
evitando posibles planos de deslizamiento.
En los dos casos es importante que una vez extendido el material sobre el
riego de liga se pase un compactador de llantas para mejorar la adherencia.
En el caso del geotextil no tejido se debe imprimar bien el inicio del tramo
para que al pasar el compactador no se lleve el material.
6.6.7. Longitudes de Traslapos
Para evitar problemas de riegos inadecuados e insuficientes y lograr
satisfacer los requerimientos de saturación del geotextil y la adhesión al
concreto asfáltico, se deberá contemplar la menor dimensión posible para la
conformación de los traslapos entre rollos adyacentes. Como regla general,
ICIV 200420 27
33
los traslapos longitudinales no deben exceder los 15 cm y los transversales
los 30 cm. En las zonas de traslapos se debe hacer una impregnación
adicional con ligante asfáltico para garantiza la saturación total del geotextil.
6.6.8. Colocación de la capa de Repavimentación
La capa de repavimentación de concreto asfáltico podrá ser colocada
Inmediatamente después de haber sido instalado el refuerzo. La única
precaución que se debe tener en cuenta es que los equipos de construcción
no realicen movimientos bruscos sobre éste.
Para evitar una adherencia excesiva entre las llantas de los equipos y el
geotextil de tipo no tejido punzonado por agujas, se debe colocar la cara
termofundida hacia arriba en contacto directo con los equipos y la otra sin
ningún tratamiento especial quedará colocada hacia abajo sobre el ligante
asfáltico. A partir de este punto el procedimiento es el convencional.
Las condiciones climáticas deben ser apropiadas pues por ningún motivo se
puede instalar en refuerzo sobre la carpeta húmeda. Esta es la única
condición que pudiera llegar a afectar el avance de la obra. A manera de
solución parcial para casos donde el material esté humedecido se podrá
soplar con aire a presión para eliminar el exceso de humedad.
6.6.9. Cuidados de Almacenamiento
Con el fin de evitar el humedecimiento y la degradación originada por la
radiación ultravioleta (afectando más al geotextil que a la geomalla), éstos
deberán estar protegidos por una envoltura plástica. La humedad del material
ICIV 200420 27
34
genera posibles rechazos del refuerzo cuando se intenta saturar con el
ligante asfáltico debido a que durante el proceso de colocación y
compactación de la capa de repavimentación es difícil dejar escapar el vapor
de agua generado.
ICIV 200420 27
35
7. DISEÑO Y PRUEBA DE UN MODELO FÍSICO PARA EVALUAR LOS
GEOSINTÉTICOS EN LA REHABILITACIÓN
Este análisis de laboratorio busca identificar el aporte dado por el refuerzo
con geosintéticos a la sobrecarpeta, en el mantenimiento o rehabilitación de
carpetas de rodadura cuya principal característica es su debilidad bajo
tensión y pérdida de capacidad estructural debido a la fatiga del material.
En el modelo físico contemplado que servirá como herramienta de análisis,
se busca simular condiciones de carga semejantes al transito de una vía, en
donde se fallarán muestras reforzadas con geosintéticos a esfuerzo y
frecuencia controlada y se analizará el comportamiento de las muestras
frente al calcado de fisuras.
Las muestras están conformadas por cuatro componentes o capas como lo
muestra la figura 8. Una primera capa o base elastomérica que proveerá
amortiguamiento y recuperación al sistema para que se fatigue el material.
Una segunda capa compuesta por una mezcla asfáltica previamente
envejecida y con una separación en el centro que actuará como una fisura
inducida a la carpeta nueva o cuarta capa. En la interfase de la carpeta
nueva y la envejecida fisurada se colocará una geomalla o un geotextil cuyo
objetivo es retardar la aparición de la fisura en la carpeta vieja.
Se fabricaron doce muestras, cuatro por cada situación de refuerzo en la
interfase: sin refuerzo o muestra de control, con refuerzo en geomalla y con
refuerzo con geotextil.
ICIV 200420 27
36
7.1. CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES UTILIZADOS EN EL
MODELO
Las muestras se identificaran para la toma de datos y el análisis de
resultados en la forma que lo muestra la Tabla 3.
MUESTRAS NOMBRE
COMERCIAL TIPO
PESO
(gr/m2)
T
REPAV 450 GEOTEXTIL NO TEJIDO DE
POLIPROPILENO
PUNZONADO POR AGUJAS
150
G BX 35
GEOMALLA BIAXIAL
DE MULTIFILAMENTOS DE
POLIESTER
180
Tabla 3. Descripción de los geosintéticos usados en el estudio.
Las muestras S corresponden a las muestras de control, es decir sin ningún
tipo de refuerzo en la interfase.
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37
Figura 1. Dimensiones de la muestra utilizada en el modelo
Figura 2. Montaje del modelo.
ICIV 200420 27
38
7.2 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS
La exactitud de los resultados del ensayo y su reproducción dependen
altamente de la construcción de las muestras, vigas uniformes de asfalto
concebidas en dos etapas: una que simulará la carpeta vieja de asfalto y otra
que se asemejará a la nueva carpeta. La muestra se preparó de acuerdo a
las especificaciones INVIAS (artículo 450-96) correspondiente a una mezcla
asfáltica MDC-2. La especificación de la mezcla fue corroborada por el
diseño Marshall realizado en el laboratorio de la planta de asfaltos de donde
se obtuvo el material, Planta de Asfaltos Patria (Ver Anexo 1).
El procedimiento usado para construir las muestras involucra, (1)
granulometría de acuerdo al diseño de la mezcla (figura 4). (2) tarado del
material de acuerdo a la granulometría (figura 5). (3) control de temperatura
(figura 6 y 7) (4) mezcla (figura 7) y Compactación (figura 8).
Figura 4. Tarado del material de acuerdo al porcentaje contenido
Figura 3. Granulometría del material pétreo para garantizar el tamaño de las partículas en la mezcla.
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39
Figura 5. Calentamiento del molde para evitar adherencia . Figura 6. Calentamiento del asfalto 140oC. de material y facilitar la compactación.
Las vigas de ensayo deben, en lo posible, contar con una densidad uniforme
en toda su extensión. Para lograrlo se debe mezclar bien el material en el
molde (precalentado y engrasado) y compactarlo hasta lograr la densidad
requerida (ver figura 8 y 9). Para la compactación se utilizó la máquina
universal (Figura 10).
FIGURA 7. Mezcla del agregado y el asfalto, 156oC.
Figura 8. Colocación de la Mezcla asfáltica en
el molde.
ICIV 200420 27
40
Figura 9. Compactación del la mezcla en la maquina universal, 146oC.
Este procedimiento se realizó para 6 moldes de 30cm x 30cm x 3cm, que
después fueron cortados en cuatro para poder conformar 12 muestras (ver
figura 11).
Figura 10. Muestras dispuestas para cortar.
Para simular de mejor manera el comportamiento de la carpeta asfáltica
vieja, las muestras fueron envejecidas (Figura 13) por 20 horas en una
cámara presurizada (Figura 12) con aire a 2.1 Mpa, a una temperatura de
50oC (ver figura 5).
ICIV 200420 27
41
Figura 12. Muestras Envejecidas
Figura 11. Cámara de Ensayo PAV
Una vez envejecidas las muestras, se disponen sobre una superficie plana
dejando una separación de 5 mm entre cada briqueta que tendrá como
objetivo simular una fisura la cual será inducida a calcarse en la carpeta
nueva a través de la interfase mediante la aplicación de una cargas cíclicas
(ver figura 14).
Figura 13. Disposición de las muestras para la carpeta envejecida.
Para el proceso de riego de liga se utilizó un cemento asfáltico MC-70 de
acuerdo a la norma INVIAS 421. La cantidad de ligante utilizado se pudo
medir mediante el tarado de la muestra (ver figura 15).
ICIV 200420 27
42
Figura 14. Aplicación del Riego de Liga.
Las cantidades utilizadas cemento asfáltico para el riego de liga del geotextil
fue de 1.2 L/m2, para la geomalla fue de 0.9 L/m2 y para la muestra de control
o sin refuerzo fue de 0,4 L/m2. Siguiendo las recomendaciones de los
fabricantes.
Una vez realizado el riego de liga se compactó una capa de 5cm sobre el
refuerzo. Las muestras quedaron bien adheridas y conformadas como
muestra la figura 16.
Figura 15. Disposición de la muestra final..
ICIV 200420 27
43
7.3. METODOLOGÍA DE FALLA
Los valores a obtener en el ensayo son el resultado de someter las muestras
a una carga dinámica simulando el tráfico de la vía (figura 17). El equipo
usado para lograrlo fue la MTS (Materials Test System). Este aparato se
programó para controlar la frecuencia de aplicación de carga de 1.2 Hz (ésta
frecuencia permitía dar recuperación al sistema hidráulico del equipo), con
una carga de eje equivalente de 10 kN, los ensayos fueron realizados a
temperatura ambiente.
Figura 16. MTS, Equipo utilizado para aplicar carga cíclica a frecuencia y esfuerzo controlado
Se ensayaron cuatro muestras por cada situación: (1) Sobrecapa asfáltica sin
refuerzo: S1, S2, S3 y S4 (2) Sobrecarpeta asfáltica reforzada con geotextil
no tejido: T1, T2, T3 y T4. (3) Sobrecarpeta asfáltica reforzada con geomalla:
G!, G2, G3 y G4.
ICIV 200420 27
44
El número de ciclos y el desarrollo de la fisura en la muestra se monitoreo y
se tomaron registros en tres estados de falla debido a la dificultad de poder
determinar un estado de falla final a un tiempo exacto dado. Estos estados
de falla fueron: Fisuramiento leve hasta la mitad de la sobrecarpeta de las
muestras (incipientes medias), fisuramiento marcado o notorio hasta la mitad
de la sobrecarpeta de las muestras (acentuadas medias), fisuramiento leve
de toda la sobrecarpeta de las muestras (incipientes totales), fisuramiento
marcado o notorio de toda la sobrecarpeta de las muestras (acentuadas
totales).
7.4. RESULTADOS
Los resultados obtenidos se compilaron en una tabla donde se pueden ver
cuatro estados de falla (tabla 4). Estos estados fueron considerados debido a
la dificultad de determinar solo un estado de falla o calcado total de la fisura
como un estado absoluto para el análisis de resultados. Estos estados se
pueden describir de la siguiente manera:
Fallas Incipientes Medias: El registro de tiempo se tomó cuando se presento
una fisura leve hasta la mitad de las muestras, esta fisura tiene el aspecto de
un hilo negro sobrepuesto en la muestra.
Fallas Acentuadas Medias: Son fisuras que, igual a las anteriores, llegan
hasta la mitad de la muestra pero se marcan y se ven claramente.
Fallas Incipientes Totales: En este estado de falla la fisura se calca
completamente hasta la superficie de la muestra pero a este nivel la fisura es
muy leve.
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45
Fallas Acentuadas Totales: Son fisuras que se calcan hasta la superficie de
la muestra y se pueden ver claramente.
MUESTRA INCIPIENTES MEDIAS ACENTUADAS MEDIAS INCIPIENTES TOTALES ACENTUADAS TOTALESS1 4'12'' 6'10'' 25' 31'S2 4'10'' 5'20'' 20' 33'S3 4'40'' 6'20'' 13'50'' 25'S4 4'50'' 5'25'' 12' 25'T1 7'14'' 15' 27' 40'T2 6'52'' 12'11'' 29'08'' 47'T3 7'33'' 13'06'' 28'03'' 50'T4 8' 12'42'' 31' 52'G1 5'10'' 5'40'' 1'48 2'20G2 5'05'' 5'50'' 1'34 2'28G3 5'30'' 6'15'' 1'53 2'10G4 5'14'' 6'12 1'25 2'30''
TIEMPO A LA FALLA EN MINUTOS
Tabla 4. Recopilación de los estados de falla con su correspondiente registro de tiempo.
Los resultados fueron compilados en número de ciclos de carga a cada
estado de falla, junto al registro fotográfico como se puede ver en la Tabla 5.
MU ESTRA IMAGEN INCIP IENTES MEDIAS SD ACENTUADAS MEDIAS SD INCIP IENTES TOTALES ACENTU ADAS TOTALES SD
S1 302 444 1800 2232
S2 300 384 1440 2376
S3 336 456 996 1800
S4 348 390 864 1800
24 37
NU MERO DE CICLOS A LA FALL A
297
T1 521 1080 1944 2880
T2 494 877 2098 3384
T3 544 943 2020 3600
T4 576 914 2232 3744
88 37835
ICIV 200420 27
46
G1 372 408 7776 10080
G2 366 420 7540 10656
G3 396 450 7508 10458
G4 377 446 7025 10800
13 20 312
Tabla 5. Numero de ciclos al estado de falla de cada una de las muestras.
7.5. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Para poder comparar los resultados y hacer el análisis de los datos
obtenidos, se realizaron unas graficas en donde se pude ver el aporte dado
por el refuerzo graficando el número de ciclos al estado de falla para las
cuatro muestras obtenidas para cada situación de refuerzo.
FALLAS INCIPIETES MEDIAS
0100200300400500600
700
0 1 2 3 4 5
MUESTRA
NU
ME
RO
DE
CIC
LO
S
CONTROLGEOTEXTILGEOMALLA
Figura 17. Grafica de número de ciclos para fallas incipientes medias Vs. Muestra #
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47
Para el primer estado de falla: “fallas incipientes medias”, se tiene una gráfica
en donde se pueden ver los resultados para las cuatro muestras falladas en
numero de ciclos al estado de falla. El aporte que puede lograrse sobre la
muestra de control es del alrededor del 66 % para el geotextil y del 17%
para la geomalla en incrementos de duración en numero del ciclos al estado
de falla.
FALLAS ACENTUADAS MEDIAS
0
200
400
600
800
1000
1200
0 1 2 3 4 5MUESTRA
NUM
ERO
DE
CIC
LOS
CONTROLGEOTEXTILGEOMALLA
Figura 18. Grafica de número de ciclos para fallas acentuadas medias Vs. Muestra #
Para las “fallas acentuada medias” se puede ver que el comportamiento de
las muestras con geomalla se asemeja más a las muestras se control o sin
refuerzo, mientras que las muestras con geotextil muestran un gran aporte a
la sobrecarpeta retardando el desarrollo de la fisura en un 127%.
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48
FALLAS INCIPIETES TOTALES
0100020003000400050006000700080009000
0 1 2 3 4 5
MUESTRA
NUM
ERO
DE
CIC
LOS
CONTROLGEOTEXTIL
GEOMALLA
Figura 19. Grafica de número de ciclos para fallas incipientes totales Vs. Muestra #
En el estado de falla: “incipientes totales”, el comportamiento de las muestras
con geotextil se acerca al de las muestras de control, mientas que las
muestras con geomalla dan manifiesto de un mayor aporte retardando el
desarrollo de la fisura en casi 6 veces.
FALLAS ACENTUADAS TOTALES
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 1 2 3 4 5MUESTRA
NUM
ER
O D
E C
ICLO
S
CONTROLGEOTEXTILGEOMALLA
Figura 20. Grafica de número de ciclos para fallas acentuadas totales Vs. Muestra #.
ICIV 200420 27
49
Finalmente, en las “fallas acentuadas totales” el aporte de la geomalla en
número de ciclos es mayor al doble del aporte dado por el geotextil, sin
embargo el geotextil sigue teniendo mejor desempeño que la muestra de
control.
ICIV 200420 27
50
7.6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
• En el montaje realizado es difícil hallar un indicador certero de falla, en
algunas muestras las fisuras viajan de arriba a abaja y convergen en
le centro, por lo que fue necesario disminuir la frecuencia de ciclos de
carga y tomar varios estado de falla. Se recomienda tomar un registro
fílmico para tomar los tiempos con mayor exactitud.
• En la implementación del PAV o ensayo de simulación de
envejecimiento, se debe trabajar de acuerdo a la norma en donde se
debe envejecer el asfalto y no las muestras ya elaboradas como se
hizo en este caso. Esto afectó el desempeño de las muestras ya que
el asfalto contenido perdió consistencia causando deformaciones.
• En lo posible, se debe utilizar emulsión asfáltica de rompimiento rápido
para la liga, sobre todo en la instalación del geotextil no tejido puesto
que el cemento asfáltico aunque es más fácil su dosificación, se seca
más rápidamente ya que no se puede aplicar por encima de los
115oC. Para el caso de la geomalla no hay problemas de este tipo
pues la liga se puede colocar más caliente y por ende más fluida.
• Al extender el material para cortarlo y alistarlo para la imprimación, la
geomalla presentó curvaturas considerables debido a su rigidez, lo
que obligo a utilizar solo las partes más favorables (aplanadas). En el
caso del geotextil, este se deja extender fácilmente pero en algunas
partes presenta pliegues formados probablemente en la etapa de
almacenamiento.
ICIV 200420 27
51
• El geotextil claramente puede saturarse al aplicar el riego sobre las
dos caras, en el caso de la geomalla es difícil lograr una película
uniforme pero tiene la ventaja de formar algún interlocking o trabazón
con la mezcla de la sobrecapa nueva.
• Se recomienda encontrar la forma de que al fabricar las muestras
queden con una superficie uniforme, pues la cara inferior de las
muestras muestra muchas irregularidades. Esto obligó a utilizar la cara
superior para lograr más uniformidad en la aplicación del riego y evitar
la pérdida de liga a causa de la porosidad.
• Para poder medir deformaciones unitarias se debe implementar un
sistema de lectura que sea capaz de medir deformaciones a tensión
en la interfase. Este sistema puede ser mediante la utilización de
LDVT o strain gages ubicados en el centro y en la parte inferior de la
nuestra. Para este caso, por limitaciones de equipo y presupuesto, se
utilizaron deformímetros de punzón cuya sensibilidad no es muy
buena y solo se podían colocar en la parte superior muy distantes al
punto de mayor carga y por ende mayor deformación debido a su
tamaño con respecto a la disposición del montaje y la ubicación de la
muestra.
• El modelo muestra que la falla se indujo correctamente, pues en todas
las muestras la fisura se calco en la mitad o muy cera de ésta, y de
abajo hacia arriba. Esto se pudo lograr después de encontrar la
frecuencia ideal de aplicación de carga para el equipo utilizado.
ICIV 200420 27
52
• Desviaciones estándar altas, cercanas a 350 en las fallas “acentuadas
totales”, se deben a la cantidad de variables a controlar como: mezcla,
compactación, gradación, mecanismo de calcado de fisura, cantidad
de ligante, etc. Se recomienda fabricar un número de muestras mayor
sobre todo para definir bien los parámetros de carga y frecuencia al
inicio del ensayo.
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53
8. CONCLUSIONES
• En los resultados se puede observar que el sistema intercapa, ya sea
con geotextil o con geomalla, tiene efectos considerables en el
comportamiento y desempeño de la sobrecarpeta incrementando la
resistencia frente al calcado de fisuras en un factor promedio de 1.8,
en el caso del geotextil, y en un factor de 3.1 para el caso de la
geomalla. Este valor no quiere decir que en este porcentaje sea el
aumento de la vida útil de la estructura nueva, pero se puede utilizar
como punto de referencia para definir una correlación con el
comportamiento en condiciones reales.
• Las muestras con geotextil presentaron mejor comportamiento a la
fatiga en la parte inicial de los ensayos debido al comportamiento
elástico, mayor elongación del refuerzo, mayor superficie específica,
mayor adherencia dada por la estructura de las fibras del geotextil
saturado en el material en el sistema. La fisura se retarda en aparecer
pero una vez llega a la mitad de la muestra ésta continúa y se
prolonga hasta la superficie rápidamente. Para las muestras con
geomalla en la parte inicial de los ensayos el calcado de fisuras fue
mayor en comparación con las muestras con geotextil, pero una vez
calcada la fisura hasta la mitad de la muestra esta se retarda en llegar
a la superficie cerca del doble del tiempo que para el caso del
geotextil. Este comportamiento se puede relacionar con la mayor
resistencia a al tensión del material y la buena adherencia en el
momento de colocar la carpeta nueva.
• El geotextil actúa como barrera de humedad incrementando la vida útil
de la sobrecarpeta y como elemento elástico que ayuda a
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contrarrestar los efectos de la fatiga retardando pero no impidiendo el
calcado de fisuras, ésta intercapa debe ser lo suficientemente suave y
gruesa para reducir los esfuerzos en la punta de las fisuras en la
superficie de la capa de rodadura vieja, reduciendo así el calcado de
fisuras. La geomalla actúa mas como refuerzo a tensión de la nueva
estructura, permitiendo una redistribución de esfuerzos debido a que
cuenta con mayor rigidez y un modulo elástico mayor al de la mezcla
asfáltica, esto le permite controlar el progreso vertical y longitudinal de
los agrietamientos existentes .
• Los sistemas intercapa pueden implementarse de acuerdo a las
condiciones de la sobrecarpeta a rehabilitarse. Para el caso de
microfisurado o fisuras de máximo 3mm y alta influencia del agua en la
zona se puede pensar en la utilización de un geotextil. Para
rehabilitaciones de carpetas con fisuras más considerables se debería
utilizar una geomalla.
• Las propiedades relevantes para el desempeño de la interfase
utilizando geotextil pueden numerarse como la estructura de la fibra, la
densidad por unidad de área ya que ésta determina la cantidad de
ligante importantes para el funcionamiento como barrera de humedad
y la eficiente adherencia. La elongación del geotextil, generalmente
mayor al 50%, le permite conformar una membrana que ayuda
contrarrestar los efectos de fatiga dando amortiguamiento. En el caso
de la geomalla la resistencia a la tensión evita la propagación de
fisuras por flexión y esfuerzos de tensión considerables.
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9. BIBLIOGRAFÍA
• Simulation Testing of Geotextile membranas for Reflection Cracking /
Muray, C.D.
• Robert M. Koerner / Designing with Geosynthetics-Fourth Edition /
Prentice Hall / Upper Saddle, New Jersey – Estados Unidos.
• Robert D. Holtz / Geosynthetic Engineering/BiTech Publishers Ltda. /
Richmond,British Columbia, Canada / junio 1997.
• Barry F. Gerald / Pavement Fabrics: Do They Really Work? /
Geotechnical Fabrics Report. Volume 3 Number 4
• The Asphalt Institute / Asphalt in Pavement Maitenance / Maryland
USA.
• Haas R., Hudson W.R. / Pavement Management Systems / Mc Graw-
Hill / USA.
• GFR Engineering Solutions Magazine.
• www.pavco.com.co
• www.geosinteticoslafayette.com
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ANEXOS
CARACTERIZACIÓN DE LA MEZCLA ASFÁLTICA FORMULA DE TRABAJO POR MÉTODO MARSHALL PARA MEZCLA
TIPO MDC-2
A continuación se presenta el resumen de los resultados para la formula de
trabajo por el método Marshall, para la mezcla asfáltica MDC-2. (INV-96).
Los materiales utilizados y sus proporciones son:
• ASFALTO:
Descripción: ASFALTO 80/100
Peso unit: 1.016 gr/cm3
Penetración: 84mm/10 (a 25 oC), realizada en laboratorio Planta Patria.
• AGREGADOS:
• Grava de 5/8” Origen: Crudo de la cantera Vistahermosa, procesado en la Planta Patria.
Porcentaje de uso en mezcla: 54%
• Arena de Coello
Origen: Coello – Tolima.
Equivalente de arena: 70%
Porcentaje de uso en mezcla 36%
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• Arena de Trituración:
Origen: Cantera Vistahermosa
Plasticidad: N.P
Porcentaje de uso en mezcla: 10%
Los parámetros mínimos que deben cumplir los agregados pétreos cuando
han de utilizarse en la producción de mezclas asfálticas deben ajustarse a lo
estipulado en el articulo 400, tabla 400.1, de las especificaciones generales
de construcción INV/96.
Las condiciones específicas de control para este tipo de mezcla asfáltica son:
• Contenido optimo de asfalto 6.2 %
• Peso unitario 2,14 gr/cm3
• Estabilidad 1200 Kg
• Flujo 3.3 mm
• Vacíos con aire 4.8 %
• Vacíos en los agregados minerales 15.7 %
• Temperatura de compactación 130oC
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ANEXO FOTOGRÁFICO
Falla MUESTRA S1 Falla MUESTRA S2
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Falla MUESTRA S3 Falla MUESTRA S4
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60
Falla MUESTRA T1 Falla MUESTRA T2
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61
Falla MUESTRA T3 Falla MUESTRA T4
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62
Falla MUESTRA G1 Falla MUESTRA G2
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Falla MUESTRA G3
Falla MUESTRA G4
