martes, 10 de mayo de 2016

¿Capas bituminosas de un firme adheridas o no adheridas?. Esa es una cuestión clave para su durabilidad. Algunas causas de fallos de adherencia

 La respuesta de un firme con capas bituminosas al paso de las cargas de tráfico y el estado tensodeformacional en cada capa varía enormemente según que éstas constituyan una estructura monolítica (debida a la adherencia entre las distintas capas) o que la misma esté formada por capas yuxtapuestas, pero sin adherencia entre las mismas (despegadas). Cuando la adherencia es deficiente o inexistente, se dá lugar a un importante aumento en los esfuerzos y deformaciones que soportan las capas, afectando muy seriamente a su durabilidad.
     Un fallo de adherencia puede ocasionar deterioros prematuros, desde  deslizamientos entre capas o arrollamientos, sobre todo cuando se trata de capas de poco espesor, a fallos por despegue o delaminación o fisuración prematura por fatiga.

1.- La eficacia de la adherencia entre capas 

     Cuando se pierde o deteriora el monolitismo entre las capas del firme, la causa suele provenir de un fallo de adherencia generado, bien durante la propia operación de puesta en obra (tanto de la ejecución y calidad del propio riego de adherencia, como durante la operación de extendido, por aportación de suciedad o sustancias perjudiciales sobre la superficie de soporte), o bien por una degradación evolutiva de la adherencia relacionada con la presencia de áreas segregadas en la capa que dan lugar a infiltración de agua.
     La eficacia del riego de adherencia, en cuanto a unión de las capas, depende esencialmente de estos factores en su construcción:
  • Estado de la superficie subyacente y su limpieza y grado de humedad. 
  • Dotación, uniformidad y calidad del ligante de adherencia 
  • Curado del riego y pérdidas por pegajosidad a ruedas de los equipos
y de su evolución en el tiempo por la acción del agua infiltrada por fisuras o áreas con alta permeabilidad.
     La actualización de la FOM 2523/2014, en el artículo 531 "Riegos de Adherencia", incluye un nuevo requisito para evaluar la adherencia entre una capa bituminosa y su soporte, mediante ensayos de corte (norma NLT 382) hechos sobre testigos del conjunto de ambas capas.
     Si bien esa prescripción normativa, aplicada de modo sistemático, dará lugar a desterrar algunas prácticas inadecuadas en la preparación previa de la superficie y en la propia ejecución del riego, seguirán existiendo, sin embargo, casos de fallos localizados que escaparían a este control y que solamente se evitarían actuando de modo preventivo, con unas prácticas de ejecución adecuadas.
     La repercusión de la dotación efectiva del riego de adherencia y la calidad de éste, es un tema bastante difundido, por lo que sólo se indicará aquí la conveniencia del empleo de emulsiones con betunes duros (termoadherentes) o modificados y de preservar su período de enfriamiento o curado para evitar su adhesión a las ruedas de los camiones y la consiguiente reducción de la dotación por debajo de umbrales aceptables. (Fig.1)
Fig 1.- Efecto de la pegajosisdad del ligante en la dotación
  Así, en este artículo se tratarán otros aspectos, no menos trascendentes, que pueden repercuten, de modo muy importante, en la adherencia conseguida entre las capas, como son:
  • Los que afectan a la adherencia alcanzada tras la puesta en obra de la nueva capa de mezcla bituminosa, tales como la limpieza de la superficie antes de la aplicación del riego de adherencia o el mantenimiento de la limpieza de superficie regada antes del extendido de la capa asfáltica. 
  • Los que inducen una degradación progresiva en el tiempo de la adherencia entre capas debida a la acción del agua infiltrada a través de áreas de la capa con más permeabilidad  

2.-  Limpieza de superficie, antes y después del riego de adherencia.

2. 1   Limpieza previa de la superficie soporte.

Para la extensión de un riego de adherencia la superficie debe estar perfectamente limpia y seca, de modo que se garantice el contacto directo del ligante con la capa de apoyo, sin interposición de materiales sueltos, degradables o perjudiciales que lo impidan. 
    El estado de limpieza de la superficie es un requisito básico y crítico. Debe removerse de la superficie cualquier material suelto, suciedad, tierra o polvo, mediante barrido o soplado con aire comprimido, incluso, en casos extremos,  con chorro de agua y aire o lavado con agua. 
Fig. 2  Detritus térreos en la superficie a regar 
    Por ejemplo, terrones frecuentemente desprendidos de las ruedas gemelas de los camiones, como los aplastados que se aprecian en la Fig.2, forman unas pequeñas áreas en los que no habrá adherencia alguna de la nueva capa asfáltica con la subyacente.
    En los pavimentos bituminosos con presencia de excesos de betún en superficie en forma de manchas negras localizadas (exudaciones), éstas deben ser eliminadas, mediante fresado, antes de aplicar el riego 
    También deben eliminarse las contaminaciones debidas a pérdidas de aceites o combustibles, que a veces se producen en paradas de la maquinaria o en reparaciones u operaciones de mantenimiento llevadas a cabo de modo poco cuidadoso en la calzada.
    Sobre capas de suelo cemento o grava cemento, hay que  eliminar el riego de curado no adherido, mediante un barrido o cepillado enérgico, con cepillos de alambre de acero, para asegurar la eliminación del riego no fijado sobre la capa de polvo o finos superficiales. Al tiempo, se elimina, en su caso, la capa superficial con gran concentración de finos que puede haberse generado en la compactación de aquellas y que presentaría pobres prestaciones.

2.2.  Limpieza de la superficie en caso de fresados

Fig. 2- Correcta limpieza previa y aplicación de riego de
adherencia sobre una superficie fresada
La limpieza del polvo y fracciones finas generadas por el fresado no resulta sencilla, por la tendencia que tienen a permanecer depositados en el fondo de los surcos tras el barrido. Es necesaria una limpieza eficaz, de modo que tras la aplicación del riego. el ligante contacte efectivamente con la superficie sana subyacente (Figura 2), sin interposición de polvo o detritus, que dan lugar a problemas como los que se indicaran más adelante.
     La fresadora no es capaz de recoger al camión  todo el material molido, parte del cual queda en la superficie, por lo que debe hacerse una operación posterior de limpieza mediante barredoras (de las específicas de firmes o del tipo de las barredoras-aspiradoras urbanas) tanto para reponer el tráfico por la capa fresada como para proceder a la extensión del riego de adherencia. 
    El barrido necesitará varias pasadas para conseguir eliminar todo el polvo y suciedad, aunque la limpieza tras este barrido puede no ser suficiente, lo que es frecuente si se emplean minicargadoras dotadas de un accesorio de barrido (Fig.3), y ha de completarse con un lavado o soplado manual (Fig. 4) o mecanizado, para poner eliminar el material fino.

Fig. 3 .-Limpieza con minibarredora
Fig. 4 .-Lavado a presión manual (RF 2.12)
Hay equipos especializados con barrido por aspiración muy adecuados (Fig. 5), que también pueden hacer a la vez un lavado a alta presión o con aspiración de detritus y el agua empleada.
Fig.5 Equipo mecanizado con inyección de agua
a presión y aspiración (Frimokar de EHR)
Si se hace un lavado, naturalmente, hay que permitir que se seque el pavimento (es admisible un estado de superficie húmeda pero no mojada) antes de extender el riego.

En resumen: Hacer una limpieza correcta de una superficie recién fresada, previa a la extensión del riego, es difícil si no se emplean barredoras potentes, incluso con aplicación de equipos con soplado por aire o lavado con jets a presión. 

Problemas que surgen en los riegos de adherencia sobre superficies fresadas 

     Si no se elimina perfectamente la suciedad o polvo del fresado, las consecuencias pueden ser muy dañinas, afectando a la adherencia entre la nueva capa y el pavimento existente y a su respuesta estructural, aumentando las tensiones en la capa y acortando la vida de la misma. 
    A veces, en operaciones de rehabilitación/construcción, bien por una planificación defectuosa o porque las autoridades de tráfico imponen condicionantes a las restricciones de circulación, se llega a la aplicación de prácticas totalmente inadecuadas en la ejecución de los riegos de adherencia sobre superficies recién fresadas, con una muy deficiente limpieza previa de las mismas. 
    Por ejemplo, no es raro observar como el carril cerrado al tráfico tiene una longitud insuficiente para, dentro de ese tramo, pretender realizar todo el ciclo de operaciones de la actuación de fresado de las capas deterioradas y su reposición con mezclas nuevas que comprende: la operación de fresado y la de retirada del producto generado, la de limpieza del fondo de capa fresada, la extensión del riego de adherencia, el acceso de los camiones con nueva mezcla bituminosa y la de extendido y compactación  de la nueva capa. Planteamientos de esta índole están abocados a provocar situaciones de grave riesgo cualitativo en la renovación del pavimento en marcha, que abocarán a fallos tempranos del mismo y tener que volver a actuar antes del final previsto de su vida útil.
    Por ello, la comodidad, o necesidad, de realizar las operaciones (fresado, limpieza, riego de adherencia y extendido) dentro de un único corte o desvío de tráfico compacto hace que, si no se emplean medios específicos y potentes de limpieza de los finos de fresado, y/o no se da un tiempo de curado de la emulsión, se forme un mástico finos/ligante que no adhiere bien a la superficie fresada, por la interposición de polvo. 
    Además, se adhiere a las ruedas de los camiones, lo que termina, no solo eliminando el riego de adherencia de la rodada, sino también dando lugar a caídas de trozos de ese engrudo en la superficie de la capa; esos desprendimientos, si no se limpian concienzudamente, darán lugar a áreas débiles debidas a exceso de ligante. Situaciones como las reflejadas en la serie de fotos de la Figura 6, tomadas inmediatamente delante del camión que está descargando en la extendedora, reflejan las consecuencias negativas de una práctica inadecuada.
Adhesión del mástico ligante/suciedad a las ruedas
Huellas de levantamiento del riego y desprendimientos de mástic
Fig. 6. Consecuencias de una insuficiente limpieza
de la capa fresada  y de curado del riego de adherencia. 
Los residuos de fresado, en forma de polvo fino, presentes en la superficie de la capa fresada provocan problemas como los siguientes:

  • Deficiente adherencia de la nueva capa con el soporte. En consecuencia se generará  debilidad estructural en el firme y riesgo de deslizamiento de la nueva capa por esfuerzos tangenciales (frenado, por ejemplo, en capas de rodadura delgadas mal adheridas). 
  • Formación de un mástic de ligante/polvo que se adhiere a las ruedas de los camiones y, en su caso, equipos tránsfer, y que va cayendo en forma de trozos a la superficie delante del extendido. (Figuras 6 y 7). Si se coloca la nueva capa encima se genera un riesgo alto de que aparezcan áreas con deformaciones plásticas y/o exudaciones  futuras. Su eliminación es obligada disponiendo personal delante de la extendedora para su retirada, aunque no siempre se hace. En todo caso persiste el riesgo de que algunos de esos trozos permanezcan en la capa.
Esto se agrava con el empleo de equipos de transferencia de mezcla (DTM) por la mayor superficie y carga de sus neumáticos, como se muestra en las fotos siguientes (Figura 7). En este caso, además,  la emulsión termoadherente tampoco tuvo tiempo suficiente para su enfriamiento, una vez colocada.
Fig. 7 - Pegotes de mástico en la superficie provenientes
del adherido a las ruedas del tránsfer
    Este mástico, si no se elimina y permanece en la base de la capa, es muy peligroso, por su alto contenido de ligante y escasa estabilidad,  dando origen a patologías del tipo deformación plástica localizada o exudaciones en la superficie. Se debe acudir a uno o varios operarios, que tienen que estar constantemente rascando con la pala los detritus y retirándolos de la superficie a pavimentar, pero ello no garantiza su total eliminación (Figura 7).
    Una solución más adecuada y eficaz consiste en aplicar a las ruedas del equipo de transferencia, un líquido antiadherente, como los de última generación, que aplicados a la rueda del transfer impiden la adhesión del mástico [Ref. 1] (Figura 8)
 
Fig. 8 Aplicación de liquido antiadherente en DTM  [Ref 1]
        Otro problema en superficies fresadas, es que queden áreas con capas delgadas remanentes con deficiente adherencia, dando lugar a una interfaz inadecuada entre el refuerzo y el soporte que lleva a fallos prematuros por despegue o delaminación, deslizamiento de capas o fisuración prematura por fatiga (Figura 9)
Fig. 9- Superficies fresadas,  mostrando áreas sin  adherencia 
de la capa retirada con la subyacente

2.3. Mantenimiento de la superficie regada

    Una vez extendido el riego de adherencia, es de suma importancia tener en cuenta, y tomar medidas, para mantener la superficie regada limpia y sin contaminación, hasta que se extienda la nueva capa de mezcla encima. No son admisibles situaciones como las mostradas en las figuras 10 a 12.
    Debe prestarse atención a las maniobras de los camiones que, al entrar a la extendedora, puedan aportar tierra o suciedad, si acceden desde zonas no pavimentadas. (Figura 10).  Nunca debe  “limpiarse” la superficie mediante la extensión de un riego encima de la zona sucia, sino eliminar la suciedad o barro aportado
Figura 10. Contaminación con tierra de superficie ya regada
Este aspecto se agrava en tiempo lluvioso y con caminos de acceso con materiales plásticos. En los puntos de acceso debe extenderse una capa de gravilla limpia, para que se produzca la limpieza de ruedas antes de acceder a la superficie regada. . En las fotos de la figuras 11 y 12 se muestran unas situaciones absolutamente inaceptables.
Fig 11 Barro aportado por camiones, delante del extendido 
Figura 12- Extendido encima de área con barro no retirado  

3. Fallos por una degradación evolutiva de la adherencia 

Fig 13 . Segregaciones ciclicas de "fin de camión"
     Un problema recurrente en los pavimentos es el de la falta de homogeneidad de la mezcla, con zonas deficientes debidas a segregaciones durante su puesta en obra (granulométricas o térmicas) o densidad insuficiente, lo que da lugar a áreas con mayor permeabilidad y menores prestaciones mecánicas y cohesivas, por las cuales se produce un deterioro prematuro y una mayor infiltración de agua a la interfaz con la capa subyacente.
     Este problema, en forma de alteración de la textura, zonas húmedas o zonas deterioradas, se  suele visualizar en una forma cíclica, repitiéndose a intervalos regulares en el pavimento, en especial a poco de cesar una lluvia, coincidiendo con las operaciones de final de extendido de cada camión.
    El agua infiltrada, bien sea por zonas segregadas o zonas con alta porosidad por densidad insuficiente como las asociadas a "fin de camión" o a juntas longitudinales con defectos de ejecución o a fisuras, va actuado en la interfaz entre las dos capas y, combinada con las cargas de tráfico, induce un proceso de degradación progresiva de la adherencia y acaba generando un fallo por despegue de capas, Es un tipo de fallo evolutivo, relacionado con defectos de permeabilidad en la capa.
     En estudios, como el de la referencia [Ref. 2], se relaciona el papel de las segregaciones térmicas con el despegue de capas, con evidencias como los fallos cíclicos en la adherencia de capas coincidentes con final de camión en extendido, mostradas tras fresados de la capa de rodadura (Fig.14 y 15).
Fig 14 Tomada de [Ref. 2]
Fig. 15- Superficie fresada en una autovía española, evidenciando áreas con despegue de 
capas, distribuidas de forma cíclica, asociables a segregaciones de fin de camión

4. Referencias

  • Ref 1.Valoración de los antiadherentes convencionales frente a los nuevos productos disponibles y a la legislación, experiencias europeas y empleo en el sector - Oscar Herrero et alt..[Jornada Nacional ASEFMA 2013]
  • Ref 2.- De-Bonding of Hot Mix Asphalt Pavements in Washington State: An Initial Investigation (WS DOT 2008)

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