Tecnología

Reparación y fisuras tempranas en pavimentos de concreto

El concreto sigue demostrando ser la mejor de las opciones en la construcción de pavimentos durables y resistentes.

Ante los deficientes resultados de las reparaciones con aglomerado asfáltico de la losa armada continua de una autopista de muy alta densidad de tráfico realizadas después de más de 30 años de servicio, y considerando las escasas posibilidades de tráfico alternativo, los responsables de su mantenimiento se plantearon efectuar la rehabilitación con concreto pero en un tiempo de reparación similar al empleado con el asfalto. Esto llevó a diseñar un concreto factible de poner en servicio a las 4 horas de colocado, caso impensable tiempo atrás. Para facilitar la puesta en obra y el suministro del material, se diseñó un concreto ensacado que garantiza la permanente calidad de los requerimientos exigidos a la vez que minimiza las dificultades de ejecución. Así, por sugerencia del delegado del Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA) y de la Demarcación de Carreteras, se estudió un concreto destinado a estas reparaciones que cumplía las siguientes premisas: conseguir una buena trabajabilidad para poder colocarlo en obra con la sola asistencia de vibradores convencionales. Cabe decir que el concreto se colocó un día a las 17 h y a las 6 h de la mañana siguiente entraron los camiones con carga, sin el menor problema después de una noche a + 2°C.

Nuevos enfoques
No obstante el éxito de la prueba, los responsables del Ministerio, conjuntamente con la Empresa de Mantenimiento, decidieron que los medios a emplear resultaban desproporcionados ya que tener una planta y camiones-revolvedora disponibles durante la noche para colocar entre 1 y 3 m3 de concreto, no era razonable. A la vista del nuevo planteamiento, se ofreció estudiar un concreto microgranular ensacado, de forma que con sólo disponer en obra de una mezcladora y agua se pudiera preparar in situ. Los responsables aceptaron la exigencia de resistencia a 15 MPa a las 7 horas. Cabe decir que este valor está basado en la opinión de la Asociación Americana de Autopistas (NCHRP por sus siglas en inglés), que establece que un pavimento de concreto se puede abrir el tráfico ligero por encima de 8,3 MPa y el pesado por encima de 13,8 MPa medido a compresión y 1,8 MPa a flexotensión. Las condiciones solicitadas de trabajo superaron a las anteriormente e incluso las experiencias de Estados Unidos, expuestas en el "Seminario sobre Pavimentos de Carreteras" (Guatemala, 2007), donde se consideraba un gran éxito, abrir el tráfico a las 13 horas con las mínimas resistencias citadas.

Resistencias conseguidas
En el pliego de restricciones técnicas se indica que para pavimentos de concreto se deben conseguir 4,5 MPa de resistencia mínima a los 28 días, con objeto de que la losa sea capaz de absorber suficientes tensiones sin romperse. Para completar el informe, se estudio a qué edad es capaz de alcanzar dichas resistencias el concreto microgranular estudiado para estas reparaciones. Si bien la resistencias eran suficientemente altas, la trabajabilidad del concreto no era la deseable y la dispersión propia de la maquinaria de ensacado no permita garantizar los resultados a escala industrial, por lo que se reanudo el estudio.

 

Estudio definitivo
Con objeto de mejorar la trabajabilidad, se reconsideran las proporciones de finos en la fórmula así como la naturaleza y cantidades del material cementicio. De igual forma, se repiten numerosas dosificaciones para conseguir una evolución más rápida de las resistencias, sin disminuir el tiempo de trabajabilidad del concreto. Una vez conseguidos los resultados en el laboratorio, se procede a fabricar el producto ensacado y ensayarlo posteriormente. Las resistencias a compresión y las de flexo tensión aumentan 2 MPa a todas las edades.

Maquinaria
En los ensayos de campo con mezcladoras de capacidad superior a 250 litros, se comprobó la necesidad ineludible de utilizar mezcladores de eje vertical, que tienen una elevada velocidad y energía de mezclado. Es necesario mantener el mezclado durante un mínimo de 5 minutos. En caso de utilizar mezcladoras convencionales de llamado "tipo pera”, el mezclado conseguido es deficiente con la relación a/c recomendada, comenzando a formarse bolas sin llegar a homogeneizar la pasta de concreto. Ello obliga a añadir mas agua y, por tanto, se arruina el resultado del mismo.

Puesta en obra
El concreto elaborado bajo los aspectos arriba mencionados es compacto pero se maneja con cierta facilidad usando un vibrador. Durante unos 40 minutos conserva su trabajabilidad. Es conveniente dar un acabado con un líquido de curado o mantener húmeda la superficie con un riego suave, durante 3/4 horas. A partir de ese momento y según las resistencias que se esperen obtener, se puede poner en servicio.
A pesar de que las resistencias que se consiguieron en las pruebas de campo, si se quieren asegurar estadísticamente los resultados, no es aconsejable ponerlo en servicio antes de las 4 horas. De otra manera, no se pueden garantizar ni el fraguado ni el desarrollo de resistencias para cualquiera de las posibles condiciones de colocación. Los resultados del estudio de Laboratorio se ven confirmados con los obtenidos en las pruebas en obra. (Se muestran en la gráfica). Se recomienda ser rigurosos en el cumplimiento de las instrucciones de empleo, ya que en caso contrario no se obtendrían ni la manejabilidad ni las resistencias deseadas. Por cada saco de 25 Kg. del concreto microgranular ensacado se debe añadir 1,9 litros de agua. En la obra se colocará el concreto antes de 30 minutos después de finalizar el mezclado. Las recomendaciones anteriores contemplan el empleo de una mezcladora de obra de alta eficacia, denominadas de eje vertical.

Fisuración temprana en el concreto
Es conocido el hecho que el concreto es susceptible de fisurarse y varios autores se han dedicado a realizar cuidadosas clasificaciones, en general, la mayor parte de ellas está bien descrita, reforzando de alguna manera el concepto de ver al concreto como un material susceptible de sufrir fisuras. El concreto debe necesariamente evolucionar desde un estado fresco –en que el material se comporta como un fluido viscoso– a otro extremo rígido, pasando por un estado intermedio que se puede denominar "de transición", en el cual el comportamiento del material no responde a ninguno de los parámetros típicos que se utilizan para medirlo en los estados extremos llamados fresco y endurecido. Por eso, en la actualidad se prefiere utilizar el concepto de "edad temprana del concreto", durante la cual se produce la mayor parte de las transformaciones químicas y volumétricas de la pasta. Se trata de entender que pasa tanto con la pasta como con el concreto en este periodo, y la influencia que esto puede tener sobre su mayor o menor tendencia a fisurarse.
Las diferencias entre lo que se denomina asentamiento plástico, entendido como una deformación influenciada fuertemente por el sangrado, y en menor medida por la contracción autógena. La contracción autógena es la deformación de la pasta observable, mientras que la química incluye los vacíos de hidratación, es por ello que, al formarse un esqueleto de pasta con cierta rigidez se facilita la formación de estos vacíos, pero al momento del fraguado, ambos valores comienzan a diferenciarse luego de resultar similares mientras la pasta se mantiene fluida.

El problema
Es bien conocido que una losa de concreto sufre cambios dimensionales durante su vida en servicio. Sin embargo, muchos de éstos se producen durante las primeras edades mientras el material evoluciona desde un estado plástico y maleable hasta uno rígido en el que, no sólo se producen contracciones debido a que los productos de reacción tienen menor volumen y que existen perdidas de agua de la masa por sangrado y por secado, sino que también hay efectos térmicos tanto de las propias reacciones de hidratación como por temperatura ambiente y asoleamiento que pueden actuar aumentando el volumen en el caso de calentamiento como de contracción en cuanto se enfría. En cualquier caso, estos cambios volumétricos no generan tensiones por si solos, sino por la restricción a ellos. En particular, las losas de concreto apoyadas sobre bases o subbases producen tensiones debido a la restricción que ellas ejercen, por lo que estas tensiones serán mayores en la medida que mayores resulten los cambios dimensionales. La contracción de volumen de la losa, genera tensiones que tienden a fisurarla, quedando como resultado dos losas que trabajan en forma independiente. En general, para el caso de los pavimentos de concreto simple, el diseño adecuado y la ejecución en tiempo y forma de las juntas transversales tienden a orientar y ordenar esta natural fisuración, logrando un trabajo en servicio de las losas de acuerdo a las hipótesis de diseño utilizadas en la etapa de proyecto. La existencia de un momento adecuado para realizar el aserrado de juntas, denominado "ventana de aserrado". Tal momento se da cuando el concreto presenta la rigidez suficiente para soportar el paso de la sierra logrando un corte sano, sin desprendimiento de agregados ni
descascaramientos, pero debe finalizarse antes que se produzca una contracción tal que genere tensiones inducidas por restricción de la base o sub-base que superen su resistencia y se fisure la losa. Por supuesto que, a primeras edades, no sólo las restricciones externas juegan un rol importante sobre la fisuración de los pavimentos, sino que también resultan importantes las restricciones internas: por ejemplo, las discontinuidades que suponen diferencias en contenidos de humedad o temperaturas en diferentes secciones del espesor de una losa o, incluso, la discontinuidad que significa la presencia de materiales de muy diferente rigidez.
Muchas son las manifestaciones y morfologías que adquieren las fisuras tempranas, destacándose las fisuras de contracción plástica, de morfología plástica, de contracción por secado, de borde, las inducidas sobre pasajuntas y/o barras de unión vía marcas superficiales. En cualquier caso, existen causas que justifican la morfología que adquieren. No obstante, el mecanismo general es similar, sólo se diferencian en la influencia de una u otra variable por lo que el seguimiento cercano de la obra será fundamental para poder diagnosticar correctamente la patología y, obrar en consecuencia. c

 

Referencias bibliográficas: S. Babaev; R. Cano; J.C. Egocheaga; "Hormigones para reparación de pavimentos. Desarrollo acelerado de muy alta resistencia", Estabisol SA, Cementos Tudela Veguin, en Cemento Hormigón, octubre, 2008. Ing. Edgardo A. Becker, "Fisuración Temprana de Pavimentos de concreto", Loma Negra CICSA, en Noticreto, núm. 94 Mayo/Junio 2009.

 

 

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