Es muy importante estudiar las fallas para ver los materiales desempeñándose hasta sus limites y poder determinar acertadamente los factores de seguridad en todos los componentes de la estructura. Una falla no es fácil de definir, ya que los diferentes profesionales tienen diferentes prioridades. El arquitecto se concentra en el impacto visual, mientras que el ingeniero se preocupa más por la construcción del pavimento. El ingeniero de mantenimiento, que mantiene una determinada área funcionando diariamente, considerará el pavimento como fallado si se le debe hacer mantenimiento a menudo.

La investigación de fallas puede ser compleja porque un falla corriente puede llevar a una falla futura. A menudo la conclusión inicial no es correcta.

Esta ponencia investiga todos las posibilidades de falla que existan, en los cuales el autor haya estado comprometido en los últimos 20 añ os de investigación de pavimentos de adoquines de concreto. Las fallas se pueden resumir en tres tipos:

1. De diseño

2. De construcción.

3. De aplicación de producto.

La falla estructural de un pavimento se manifiestan por si misma cuando la superficie muestra grandes deformaciones, causadas generalmente por la falla de una o más capas subyacentes Este es debido a que poseen un espesor o una calidad inadecuados para soportar las cargas aplicadas, estando colocadas sobre la subrasante Las propiedades del material utilizado pueden cambiar con el tiempo. La falla se genera cuando las capas estructurales no pueden sostener una superficie libre de grietas y a medida que más y más arena entre en las grietas, se tendrá una superficie cada vez más inaceptable para el paso de vehículos.

La selección inadecuada del material de base puede causar fallas, particularmente cuando se permite que penetre la humedad en estas capas. No se debe utilizar material sensible al congelamiento.

El confinamiento inadecuado de los adoquines en servicio, da como resultado el desplazamiento de los mismos. Las juntas de espesor inapropiado o irregular pueden causar fallas al permitir la entrada de agua a través de ellas. El funcionamiento del pavimento depende de la trabazón y, por lo tanto, depende de movimientos elásticos relativamente bajos. Los detalles constructivos pobremente ejecutados y los cortes en los extremos pueden contribuir a la pérdida de trabazón.

Las depresiones en la superficie, de cerca de 1 m de diámetro han sido denominadas "huellas del elefante", y fueron atribuidas originalmente a fallas en la arena cuando las partículas de arena se degradan, causando que varié el volumen de arena.

Los adoquines se han partido en dos, y esto se atribuye, generalmente, a un inadecuado espesor de la capa de arena o a cargas de gran impacto.

La falla constructiva típica de los pavimentos de adoquines, se muestra en la Foto 1.

1. FALLAS EN EL DISEÑO

En todos los métodos de diseño, es necesario conocer la resistencia de la subrasante definida de acuerdo con el valor de la Relación de Soporte de California - CBR. Los métodos actuales de diseño usan el valor de CBR saturado en vez del valor de CBR determinado en el sitio. El método para evaluar el valor de CBR saturado se describe en la Norma Británica BS 1377 : Parte 4 [1]. La Tabla 1, tomada de la Norma Británica BS 7533 [2] ilustra el valor de CBR para diferentes tipos de suelos.

Esta tabla muestra que un mismo suelo puede exhibir muchos valores CBR diferentes utilizados para el diseño. Existen dos valores de CBR relevantes: uno durante la construcción, y el otro el de la vida de servicio. En términos generales mientras más alto el valor CBR, más fuerte es el suelo y la construcción total puede ser reducida.

Un pavimento se diseña para una vida útil y según el número de vehículos que van a pasar sobre el pavimento. En la evaluación correcta de CBR de la subrasante, el no tomar muestras suficientes del sitio de la investigación puede resultar en un subdiseño, por ejemplo, por no tomar el menor valor representativo del CBR. El no obtener unos valores estimados correctos acerca del número de vehículos que van a transitar la vía, puede derivar en un espesor mayor o menor de la estructura diseñada para construcción.

La selección del material para cada capa y los procedimientos de diseño, están descritos en la Norma Británica BS 7533 [2]. La elección del material errado para la subbase puede dar como resultado que la superficie se levante como se puede apreciar en la Foto 2. En este caso la base era sensible al congelamiento y se elevó ante el ataque de este.

Cuando se coloca una capa rígida de base, se le debe construir un drenaje a la capa de arena, ya que las investigaciones muestran como resultado que la capacidad de soporte de la arena se puede reducir debido a su fluidificación o degradación.

Se deben tener en cuenta las pendientes de la superficie, importantes para la rápida remoción de agua superficial, lo que evitará la formación de charcos como se muestra en la Foto 3.

Para las carreteras. la pendiente mínima se especifica generalmente como el 1% longitudinalmente y el 2,5% transversalmente. Cuando se utilizan drenajes. estos deben estar más bajos que la superficie del pavimento para poder drenar el agua del área. La tolerancia de la superficie de adoquines de concreto cercana a los sumideros, a los canales de drenaje de la superficie y las salidas deben ser de + 6 mm - 0 mm.

La información escrita acerca de las fallas en diseño donde se ha presentado ahuellamiento, es muy limitada.

Los ahuellamientos son causados porque las capas estructurales subyacentes se consolidan por el tráfico canalizado que pasa sobre los adoquines, y la Foto 4 muestra un ejemplo.

En 1994, en una estación de buses en Sheffield, a raiz de la aparición de depresiones en la superficie, los ingenieros decidieron drenar la capa de arena para minimizar el riesgo de fallas futuras debido a la entrada de agua. Se perforaron huecos a través de la base rígida y se llenaron los huecos con gravilla suelta. Esta falla se reportó en una ponencia en la Conferencia de Israel [3].

Cuando se especifican los detalles de confinamiento lateral, es importante tener conocimiento del tipo y peso de los vehículos. En la Foto 5 el confinamiento entre la superficie de asfalto existente y la de adoquines era de concreto con una resistencia deficiente. El concreto falló e hizo que los adoquines rotarán y perdieran trabazón entre ellos.

En la Foto 6, un canal de drenaje de acuerdo con la Norma Británica, de toda la longitud, se colocó sobre un bordillo de concreto pobre en un área de tráfico pesado en una carretera. No sólo se separó del concreto sino que también se inclinó y se quebró debido al la carga excéntrica. También, al aflojarse, quedó en contacto con los adoquines del canal adyacente y los bordes se desbordaron.

La trabazón, como se describió previamente, requiere que los adoquines sean contenidos y no se permite que se muevan de un lado para otro, apretándolos. Los bordes deben ser lo suficientemente tuertes para tolerar el manejo.

La Foto 7 ilustra un confinamiento lateral bien diseñado, en el cual se utilizaron bordillos cortos pues se sabia que el único tráfico que tendría sería el de automóviles y pequeñas camionetas.

Existen dos alturas (espesores) de adoquines que se especifican comúnmente: 60 mm y 80 mm recomendados para el uso bajo tráfico. Como guía para su uso, los adoquines de 80 mm se utilizan para lugares con tráfico pesado, mientras que los de 60 mm se utilizan en áreas de tráfico liviano. En algunos puertos del Reino Unido se han utilizado adoquines de 100 mm de altura (espesor) para áreas de tráfico muy pesado y para áreas de tráfico muy liviano, se han utilizado adoquines de 50 mm de espesor.

Algunas formas de adoquines sólo se pueden colocar en patrón de hiladas. Para los adoquines rectangulares, se prefiere el patrón de espina de pescado en áreas con tráfico vehicular. Cuando se colocan los adoquines rectangulares en hiladas, en áreas de mucho frenado, los adoquines se han apartado de su alineamiento, como se muestra en la Foto 8.

Para satisfacer la demanda del consumidor para colocar adoquines de concreto en línea recta en ambas direcciones (hileras), se abrieron las juntas y quedaron de gran tamaño. Después de que se dieron al tráfico, las juntas se separaron aún más como se muestra en la Foto 9.

2. FALLAS DE CONSTRUCCIÓN

Aun cuando se han escrito muchas normas acerca de los métodos para la construcción de pavimentos de adoquines, muchos contratistas continúan empleando subcontratistas con pocas o casi nulas habilidades en la construcción de pavimentos de adoquines de concreto. Muchos de estos subcontratistas son empleados para colocar la capa de arena y la de adoquines, correspondiéndole al contratista principal colocar las capas subyacentes

La capa de arena no se puede usar como material nivelador para la base. Cuando se construye una base flexible, esta debe ser cerrada, de manera que la arena no caiga dentro de los espacios vacíos y los llene. Esto resultaría en un perfil inaceptable en la superficie. Si la superficie de la base tiene que tener una textura abierta, se debe tratar de acabar con dedicación y se puede sellar con un material más fino.

Al colocar la arena, usando el método no compactado, de colocación, debe ser de densidad uniforme. AI comienzo del enrasado, se toma cerca de medio metro de avance antes de que se pueda formar una sobrecarga detrás del enrasador. Dado que varía el volumen de la arena, después cuando se expone el pavimento al tráfico, el resultado es una pequeña depresión entre el área principal de adoquines de concreto y la superficie existente, como se muestra en la Foto 11. Esto se puede solucionar regando una capa delgada de arena sobre la arena ya enrasada.

Cuando se utilizan materiales estabilizados con cemento - CBM para las bases, es necesario curar y proteger correctamente base ya compactada. En áreas más grandes donde se han utilizado un CBM Tipo 3 (suelo-cemento), se debe esperar a que endurezca la base y se contraiga. Estas fisuras se deben sellar de tal manera que no penetren partículas de arena en ellas, ya sea mediante membranas impermeabilizantes u otros medios, por ejemplo, geotextil para filtros. La Foto 12 muestra una serie de fisuras de contracción en la base. Estas fueron descubiertas en una investigación al inspeccionar una depresión en la superficie, para la cual se había culpado a la degradación de la arena.

En situaciones en las cuales se construyen pavimentos de adoquines de concreto en vías existentes y la base es discontinua, puede suceder que ocurran fisuras entre la construcción existente y la nueva construcción, creando una grieta natural entre ellas. Una vez más, como en el ejemplo anterior, la arena puede penetrar en las fisuras después de puesto el pavimento al tráfico, dando como resultado que en este momento el pavimento de adoquines de concreto está por debajo de su nivel original.

La mayoría de las vías cuentan con formas variadas de cámaras de inspección construidas dentro de ellas, normalmente en mampostería. Esto puede ocasionar dos problemas serios: primero, el material importado usado para la base, no ha sido compactado al mismo nivel de las áreas abiertas del lugar. Cuando el tráfico pasa sobre el pavimento terminado, consolida esta capa a través de las capas superiores. causando una depresión alrededor de la cámara. El segundo problema que puede ocurrir es similar al problema descrito previamente cuando se construye con otro material diferente. Ambos se pueden reducir compactando la base alrededor de la cámara en capas más delgadas y colocando un geotextil sobre la subrasante o la base y subiéndolo hacia las paredes de la cámara. Cuando una tapa de la cámara no se ha pegado bien a la estructura de mampostería, se tiene como resultado la pérdida de arena a través de la fisura creada por los vehículos que la pisan, lo que ocasiona que el marco de metal se desplace. La solución fue pegar firmemente el marco con un mortero epóxico fuerte y empalmar el marco y la mampostería mediante pernos, en vez de, únicamente, asentar el marco sobre un mortero débil.

Los otros métodos de tratamiento alrededor de las cámaras de inspección son rodear el marco de la cámara con un marco de concreto, y la Foto 13 muestra el problema que ocurrió.

En muchos casos el contratista define los confinamientos y los fija rígidamente, y generalmente no deja ningún margen de tolerancia para los adoquines. Esto resultará en que haya que hacer unos cortes muy pequeños para acomodarlos o que las juntas entre adoquines se abran para permitir que se acomoden.

Ambos métodos pueden generar fallas por las pequeñas piezas que pueden ser succionadas por el tráfico o por las máquinas limpiadoras de calles. lo que genera el desplazamiento de los adoquines y la pérdida de la trabazón. La norma requiere que la junta entre adoquines no sea mayor de 5 mm. Pero la practica de cortar piezas delgadas o pequeñas continúa y esto se muestra las Foto 14. La Foto 15 muestra un corte poco preciso, inaceptable según los parámetros de la norma y que puede ser responsable, dependiendo del peso del tráfico, de ocasionar fallas.

Para satisfacción del cliente, el contratista procura líneas rectas al colocar los adoquines, variando el espesor de las juntas. Esta práctica es aceptable solamente en pavimentos planos. Se convierte en un problema cuando las cámaras y las esquinas de la vía se involucran y dan como resultado el movimiento de adoquines y la apertura de las juntas, llevado a una probable falla si el agua entra en las capas subyacentes. La Foto 16 muestra el resultado de ésta colocación suelta, después de que le ha pasado tráfico pesado y de buses.

La Norma Británica BS 7533 [1] fija la tolerancia para cada capa y determina el espesor mínimo para la capa de arena. Si es mucho menor, los adoquines se pueden quebrar bajo las cargas repetitivas. No todos los pavimentos en adoquines son nuevos, muchos son sobrecapas. En estos casos la superficie original de la vía se hace más uniforme, removiendo la capa superior. Cuando esto sucede las partículas de mayor tamaño de los agregados se salen de la matriz y cuando el espesor de la arena está al mínimo, existe el riesgo de que se quiebren los adoquines. La Foto 17 muestra el problema de los adoquines quebrados. Al investigar este caso, había no solamente trozos de agregados apuntando hacia afuera sino que el espesor de la arena estaba solo entre 10 mm y 15 mm.

El desempeño del pavimento de adoquines depende de la trabazón. Esta se logra llenando totalmente de arena fina la junta entre las caras verticales de los adoquines. Las normas recomiendan arena secada al horno para facilitar el llenado de la junta. En la mayoría de los casos la arena se vuelve húmeda y la fluidez se reduce mucho, y en vez de llenar completamente la junta, la puentea. Esto da la apariencia de una junta completamente llena, pero al secarse, o al ser mojada por la lluvia las juntas quedan vacías, sin arena, lo cual ocasiona que el agua penetre en las capas subyacentes.

Otra práctica no recomendada es que los contratistas coloquen los adoquines en el área y luego barran el sello de arena en toda el área. Esta última operación se podría estar realizando muchas semanas después y, una vez más, si llueve, el agua penetraría las capas subyacentes.

Como se explicó previamente. esta agua puede movilizar la arena y causar un perfil superficial insatisfactorio, lo que tiene efecto en el comportamiento de las capas subyacentes. La recomendación de la norma es que la colocación de la arena, de los adoquines, el corte de los ajuste, el vibrado, el llenado de las juntas se lleve a cabo diariamente o a medida que avanza el proceso.

Otro problema para la construcción y los contratistas es la distribución de la arena antes de colocarla. En vez de arrumar la arena a un lado de la obra, en este caso el contratista colocó arrumes a lo largo de la vía. Consecuentemente la arena se regó haciendo más difícil el proceso de enrasarla efectivamente como lo muestra la Foto 18.

La definición del lugar de los confinamientos se debe hacer con mucho cuidado, pues si se alinean en forma incorrecta, puede originar cortes excesivos.

Como se dijo al principio para que los pavimentos de adoquines de concreto trabajen correctamente se requiere de la trabazón. Para lograrla es necesario que los adoquines sean restringidos mediante el uso de bordillos adecuados, los cuales no deben ser muy largos.

Además de contener los adoquines, el confinamiento debe contener la capa de arena.

Otro ejemplo de la falla de los contratistas para construir el pavimento correctamente se muestra en la Foto 19 y es atribuida a diferenciales en el espesor de la capa de arena.

Los charcos pueden ser ocasionados por que el contratista no extendió el espesor requerido de base sobre las capas subyacentes, y/o por el cliente al cambiar el uso del pavimento, de un parqueadero de automóviles a uno para vehículos pesados.

CONTINUA

Allan J. DOWSON
Director de Investigación Técnica y Asesoría
MARSHALL MONO LTD. Southowram, Halifax, Reino Unido
Fuente: Asociación Argentina del Bloque de Hormigón