El deterioro superficial del pavimento provee una medida del daño causado por el tráfico, condiciones ambientales y envejecimiento de los materiales que constituyen la capa de rodadura. El tipo y costo de las operaciones de mantenimiento requeridas por un tramo de carretera, es influenciado significativamente por el tipo, extensión y severidad de los defectos presentes en el pavimento (1). Se reconoce que en la realidad, el conjunto de los indicadores que caracterizan el estado de la superficie no evoluciona en forma aislada, sino mediante una interacción entre ellos, otros elementos y el estado previo del conjunto. Está demostrado que el progreso de la fisuración y el ahuellamiento están relacionados: al inicio de la vida en servicio se produce un ahuellamiento inicial cuya tasa de crecimiento va disminuyendo con el aumento del número de ciclos. Una vez que comienza a evidenciarse la fisuración, el módulo de las capas asfálticas cae, lo que provoca un aumento de las solicitaciones que aceleran el proceso del ahuellamiento, conjuntamente con el posible ingreso de agua a la estructura dependiendo de las tareas de mantenimiento (2). En la Figura 1 se esquematiza el comportamiento de deterioro del pavimento considerando ambos períodos evolutivos.

Figura 1. Evolución del deterioro de una estructura de pavimento. Tomado de Los modelos racionales de diseño: Criterios de falla (2)

En los pavimentos actuales, la acción de las cargas repetidas es la más notable causa de deterioro. Como se comentó anteriormente, el crecimiento de los volúmenes de carga transportada y el aumento del peso admisible por eje, aumentan la probabilidad de que el pavimento experimente fallas por fatiga y por deformación acumulativa (3).

1 Fisuras por fatiga

La Dirección Nacional de Vialidad de Uruguay define a las fisuras por fatiga como líneas de rotura provocadas principalmente por solicitaciones y/o falta de capacidad portante del pavimento (1).

El desencadenamiento de las fisuras por fatiga se atribuye principalmente a tensiones de tracción en la parte inferior de la capa de asfalto producto de la flexión de dicha capa por el paso repetido de vehículos. Esta fisuración inicia y progresa a través de la fase asfáltica y/o en la interfaz asfalto-agregado y se propaga paulatinamente a la superficie (grietas de abajo hacia arriba) (4). Comienzan a evidenciarse como pequeñas fisuras longitudinales en las huellas ramificándose, para luego formar una malla cerrada (denominada coloquialmente como piel de cocodrilo). Llegado ese punto, la falla se declara como severa ocasionando eventualmente desprendimiento de material (1).

El proceso de fatiga afecta a las capas asfálticas disminuyendo progresivamente sus módulos efectivos de trabajo, lo cual provoca una redistribución de las tensiones inducidas en toda la estructura. Esta variación de los esfuerzos es dependiente del aporte de estas capas asfálticas a la rigidez global de la estructura. Puede pasar entonces que, estructuras que posean mayor rigidez relativa de las capas asfálticas respecto al conjunto de la estructura, resulten en una dismuinución de la vida útil (2).

El criterio de falla por fatiga relaciona el número permitido de repeticiones de carga con la deformación unitaria por tracción, hasta que el estado del pavimento se considera lo suficientemente deteriorado como para establecer el fin de su vida. Las leyes de fatiga son generalmente elaboradas a partir de pruebas de laboratorio y calibradas en el campo (5).

Las fallas por fatiga en la carpeta se han combatido históricamente de dos maneras. Por un lado se ha intentado dar a la carpeta un espesor tal que el esfuerzo aplicado por el tránsito le genere deformaciones pequeñas que no produzcan posibilidades de agrietamiento o de deformación acumulativa. Un espesor mayor reduce la magnitud de las tensiones de tracción en la fibra inferior de la capa asfáltica y dificulta la propagación de las grietas, ya que tienen que viajar una distancia más larga para alcanzar la superficie (6). Este enfoque es el más intuitivo y sencillo de solucionar, pero también el más costoso (7). Por otro lado, las tensiones en la capa asfáltica se pueden reducir apoyando la carpeta en otras capas suficientemente resistentes y poco deformables. En estos casos es importante comparar el costo de cada una de las opciones de refuerzo y estudiar que el comportamiento de estas capas no afecte el desempeño de la carpeta. Por poner un ejemplo, una base cementada mejorará sustancialmente su capacidad resistente pero generará eventualmente fisuras de retracción que se transmitirán a la carpeta asfáltica.

2 Deformación permanente

Por fenómeno de deformación permanente, también conocido como ahuellamiento, se entiende la alteración de nivel de la capa de rodadura por hundimiento a lo largo de las huellas (1) que trae aparejada una falta de seguridad y confort de los usuarios que transitan el pavimento.

Las deformaciones permanentes en las capas de mezcla asfáltica son causadas en forma puntual o combinada por un conjunto de factores. En primer lugar, la exposición del pavimento a altas temperaturas afecta directamente las propiedades viscoelásticas del asfalto presente en la mezcla asfáltica haciendo que fluya bajo menores cargas y generalmente se evidencia tempranamente, incluso durante los primeros meses de verano. Otros factores climáticos como el gradiente térmico y la reflectividad del pavimento afectan en mayor o menor medida la severidad del ahuellamiento (8).

Por otro lado, el tránsito da lugar a cargas cíclicas, donde en cada ciclo se realiza cierto trabajo para deformar la superficie del pavimento como una combinación de densificación y deformación por corte. La densificación implica una disminución de volumen del material mientras la deformación por corte involucra un flujo plástico del material con o sin cambios de volumen (8). Los factores que intervienen en este comportamiento son la magnitud de la carga, la presión de inflado de los neumáticos y la velocidad de circulación de los vehículos (9).

Existen además otros factores que contribuyen directamente al ahuellamiento relacionados con la composición de la mezcla asfáltica, como el bajo contenido de vacíos, alto porcentaje de contenido asfáltico, el uso de un asfalto inadecuado y uso de agregados sin triturar (10). Finalmente existen factores relacionados a las características geométricas del trazado como el ancho del carril, que influye en la distribución transversal de los vehículos, y la pendiente longitudinal que afecta el reparto de la carga trasmitida por los neumáticos al pavimento (9).

Bibliografía

1. DNV. Instructivo de evaluación de pavimentos. Montevideo : s.n., 2000.
2. Giovanon, Oscar. Los modelos racionales de diseño: Criterios de falla. Rosario : s.n., 2001.
3. Rico Rodríguez, Alfonso, Téllez Gutiérrez, Rodolfo y Garnica Anguas, Paul . Pavimentos flexibles: Problemática, metodologías de diseño y tendencias. Querétaro : Instituto Mexicano del Transporte, 1998.
4. Safaei, Farinaz, Castorena, Cassie and Kim, Richard. Linking asphalt binder fatigue to asphalt mixture fatigue performance using viscoelastic continuum damage modeling. North Carolina : Mechanics of Time-Dependent Materials, 2016. Vol. 20.
5. Monteros, Carlos Javier Vasquez. Factores de equivalencia de daño en pavimentos flexibles: análisis para condiciones típicas de Argentina. Buenos Aires : s.n., 2016.
6. Ogundipe, Olumbide. Mechanical Behaviour of Stress Absorbing Membrane Interlayers. Reino Unido : University of Nottingham, 2012.
7. Gaspar, Matheus, y otros. Highly Modified Asphalt Binder for Asphalt Crack Relief Mix. 2017, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, págs. 110–117.
8. Morea, Francisco. Análisis del comportamiento al ahuellamiento de diferentes mezclas en los ensayos de rueda cargada según normas BS 598-110 y CEN 12697-22. Antigua Guatemala : XVII Congreso Ibero-latinoamericano del Asfalto, 2013.
9. Martucci, José Luis y Pastorini, Magdalena. Rehabilitación de pavimentos ahuellados. Montevideo : VII Congreso de la Vialidad Uruguaya, 2009.
10. Nikolaides, Athanassios. Highway Engineering: Pavements, Materials and Control of Quality. EUA : Taylor & Francis Group, 2015.