Comportamiento mecánico y dinámico de mezclas abiertas modificadas con fibras

Abstract

Son múltiples los factores que influyen en el diseño, construcción y mantenimiento de una carretera en Colombia. La ubicación geográfica del país entre el macizo andino, la costa Caribe y zona selvática, así como las condiciones geotécnicas del terreno, su inclinación o pendiente y los materiales utilizados se suman a las cambiantes condiciones del clima en esta región del continente, afectado no sólo por el calentamiento global sino por fenómenos localizados como ‘El niño’ o ‘La niña’; los cuales, a su vez, tienen implicaciones tanto en la frecuencia y volumen de las lluvias como en la funcionalidad y vulnerabilidad económica de las vías. En las zonas tropicales la intensidad de precipitación en diferentes épocas del año es elevada, lo cual genera fuertes escorrentías superficiales, empozamientos de agua, inseguridad vial y deterioro de los pavimentos. Dichos fenómenos pueden ser contrarrestados con el uso de mezclas drenantes y microaglomerados como capa de rodadura de los pavimentos. Así mismo, las características primordiales que se examinan en el comportamiento de los pavimentos durante su vida útil son la resistencia, seguridad y confort. Estas cualidades se adquieren con un adecuado diseño, materiales de calidad y sistemas constructivos eficientes e innovadores. El mejoramiento de estas cualidades se debe apoyar con la construcción de obras que garanticen la durabilidad de la estructura. En un país como Colombia, la durabilidad de las estructuras se encuentra directamente relacionada con su respuesta a cambios climáticos repentinos. Cuando las intensidades de las lluvias son permanentes, y no se alcanzan a evacuar rápida y correctamente sus escorrentías, estructuras viales empiezan a presentar daños permanentes. De otra parte, la presencia de agua sobre el pavimento dificulta el contacto del neumático con la superficie del pavimento, generando un riesgo alto de accidentalidad para los usuarios de la vía. A partir de estas razones, surge la idea de usar mezclas drenantes y microaglomerados como solución. Las mezclas asfálticas drenantes y microaglomerados permiten una filtración rápida y constante del agua de lluvia y la conducen hacia elementos adicionales de drenaje, evitando su presencia en la superficie de la capa de rodadura, incluso bajo precipitaciones intensas y prolongadas. La evaluación del comportamiento mecánico y dinámico de estás, es entonces, de vital importancia, puesto que su uso lograría contrarrestar en gran medida los problemas mencionados anteriormente. Sin embargo, la resistencia de dichas mezclas asfálticas es baja para las solicitudes de transito de vías de gran importancia. Por ello, la adición de fibras y diferentes tipos de asfalto permite plantear un mayor uso y contrarrestar las debilidades aumentando su resistencia, durabilidad, adhesividad, manejabilidad y estabilidad. Este trabajo de grado tuvo como finalidad la evaluación de mezclas drenantes y microaglomerados a partir del desarrollo de ensayos de laboratorio tales como permeabilidad de cabeza constante, Módulo Resiliente, viga semicircular simplemente apoyada (SCB), Fénix y Curva de Estado (UCL). Los resultados permitieron establecer que la adición de fibras no genera pérdida de permeabilidad en la mezcla, pero aumentan su resistencia entre un 8% y 12% en el ensayo de Módulo Resiliente. Igualmente puede concluirse que el aporte estructural de una mezcla abierta puede variar entre una tercera parte de la resistencia de una mezcla cerrada, cuando se le agregan fibras y una cuarta parte cuando no se hacen modificaciones en la mezcla. 14 Adicionalmente, la totalidad de las mezclas cumple con una resistencia conservada mayor al 80%, pero se incrementa cuando tiene una adición de fibras sintéticas. Por otro lado, la metodología UCL, permite concluir que las fibras generan un menor desgaste en las muestras (alrededor del 3%) lo cual representa un aumento en su cohesión y adhesión indirecta, puesto que crean una estructura tridimensional con el agregado que evita el deshilachado de la mezcla. Finalmente se logró valorar la pertinencia del ensayo SCB y el procedimiento Fénix, para evaluar el comportamiento de mezclas abiertas, sus resultados concuerdan con los obtenidos en los ensayos UCL y Módulo Resiliente, ratificando el mejoramiento del rendimiento de las mezclas al adicionar fibras, sin generar pérdidas de funcionalidad respecto a su permeabilidad.