lunes, 10 de abril de 2017

Los enemigos del firme son tres: el agua, el agua y el agua ¿por qué?

A veces se ha dicho que los enemigos del firme son tres: el agua, al agua y el agua ….y es sabido, o debe serlo, que las respuestas a su ataque son: drenaje, drenaje y drenaje.
     La razón de triplicar el agua como un enemigo considerable de los firmes la voy a tratar de detallar, de una forma más o menos alegórica o simbólica, a continuación

     El primer enemigo está agazapado bajo el firme y es el agua o humedad presente en su cimiento  o explanada, cuyo comportamiento está tremendamente influido por su grado de humedad, tanto porque afecta a su resistencia y deformabilidad, lo que repercute en la respuesta de la estructura que va encima, como porque puede dar lugar a  flujos de agua con arrastre de finos, generando huecos y áreas con falso soporte del firme. Asimismo, la presencia de agua en la explanada y ciertas situaciones de geometría pueden dar lugar a su progresión a través de las distintas capas del firme, debilitando éstas. 
     El segundo lo es también el agua,  porque se comporta como un enemigo introducido cual quinta columna, ya que, cuando se infiltra en una estructura multicapa bituminosa, interactúa en la interfaz entre las capas y, en combinación con los pulsos  generados por el paso del tráfico, irá degradando la adherencia entre ellas, convirtiendo una estructura monolítica en una serie de capas yuxtapuestas, pero no solidarias, con un gran aumento en las tensiones y deformaciones  producidas por las cargas de tráfico y la consiguiente merma de durabilidad.
     Y el tercero, es el enemigo en modo de ataque directo, porque los efectos del agua sobre las propias mezclas bituminosas son perniciosos en lo relativo a adhesividad árido/ligante y cohesión de la mezcla, contribuyendo a acelerar su degradación.

El enemigo agazapado

Vamos a ir con el primer enemigo, que suele atacar en los desmontes y en las transiciones desmonte/terraplén y que debe ser atajado y eliminado durante la fase de construcción del cimiento del firme y la explanada del firme, pero que puede haberse quedado ahí sigilosamente agazapado, bien porque el estudio geológico no indicó nada al respecto de posibles afloramientos de agua o variaciones del nivel freático, porque en el proyecto no se adoptaron medidas preventivas como las recogidas en la OC 17 del MFOM (Referencia 1) o no se ubicaron adecuadamente, porque permaneció oculto durante esa fase de ejecución sin dejarse ver (le resulta más fácil en época de estiaje) o porque, aún habiendo indicios de su presencia, no se le dio la debida importancia y no se adoptaron medidas defensivas.
Fig.1- Explanada en fondo de excavación, aún sin medidas de drenaje 
      Terminada la construcción de la explanada y ejecutado el firme encima, este enemigo puede permanecer un tiempo ahí debajo, hasta que comienza poco a poco su labor destructiva, tanto porque afecte a la capacidad de soporte de la explanada debilitando ésta de modo sustancial si los materiales no están tratados y aumenta su humedad, como porque falle su apoyo al producirse arrastre de finos por el flujo de agua. La consecuencia es una rápida destrucción de las áreas del firme afectadas por su ataque ya que, cuando se hace visible, suele ser tarde para poner remedio.Por ello, en todos los tratados sobre firmes se considera muy importante mantener el agua alejada del cimiento del firme mediante un buen sistema de drenaje del mismo.
      Para defenderse de este ataque y sus daños, el proyecto debe contemplar medidas preventivas adecuadas de drenaje superficial y profundo, que deben complementarse durante la construcción si hay indicios de futuros accesos de agua a la explanada, en especial en fondos de desmontes. En particular, cuando la geología del terreno presenta alternancia de estratos con diferentes permeabilidades, su orientación en relación al fondo de la excavación puede indicar riesgo de futuros afloramientos, por lo que es adecuado disponer medidas para mantener la explanada drenada.
     Estas suelen consistir en bien en drenes interceptores laterales o bien, en el fondo de la excavación, en drenes en forma de espina de pez o mantos drenantes que capten y canalicen las afloraciones de agua hacia el exterior de la explanada. En la referencia 1 se dan indicaciones adecuadas al respecto. 
     Con el firme ya en servicio, las reparaciones de los daños deben en primer lugar eliminar la causa, es decir destruir o anular este enemigo, mediante la disposición de drenes profundos que lo intercepten y evacúen fuera de la explanada.
     Pueden presentarse dificultades para situar exactamente el origen de la fluencia de humedad y ubicar adecuadamente la disposición de los drenes, en relación con las geometría y orientación en el fondo del cimiento de los estratos permeables que conducen el agua y de los que actúan de dique, por lo que puede resultar muy recomendable, o imprescindible, acudir a un estudio geofísico de detalle con georadar, para localizar y situar las bolsas de humedad bajo el firme.  
     Lo que no debe hacerse, en ningún caso, es reparar el firme para mantener su funcionalidad sin eliminar la causa, ya que la repetición del fallo está asegurada a muy corto plazo. 
     Un pésimo ejemplo de esta mala práctica tenemos lo que ocurre en un desmonte de una  autovía construída a finales del siglo pasado, con una rasante en pendiente pronunciada en una formación de pizarras ordovícicas, con estratigrafía con pendiente contraria a la de la rasante y  ligeramente orientada hacia la calzada izquierda. A la vista de las mismas y de la orientación de la estratigrafía, parece meridianamente evidente que se interceptan estratos impermeables de las pizarras ordovícicas, encima de los cuales discurre el agua (casi un caso de libro, de la OC 17, referencia 1)  y ésta circula bajo el firme saliendo a la superficie por las juntas de retracción.   
Fig. 2 - Situación en otoño 2016
    El drenaje subterráneo, si se dispuso en la etapa de construcción, es deficiente, insuficiente  o no funciona o está mal ubicado y los no despreciables caudales aflorados (Fig. 3) provocan que el agua discurra por la explanada, produzca daños en el firme y salga sobre el pavimento en varios puntos. 
Fig.3 - Caudales en la cuneta emanados del firme
    En años pasados se han ido aplicando sucesivas reparaciones del pavimento y bacheos que, como no podía ser de otra manera,  resultaron absolutamente ineficaces ya que ninguna actuación atacó y eliminó el origen del problema, a pesar de su evidencia. Desde hace unos meses, y así sigue a la fecha de este post, está cortado el carril derecho (Fig 2). Es posible que a espera de una actuación más adecuada, incluyendo medidas de drenaje subterráneo. 
Fig 4 - Reparación fallida de carril derecho

El enemigo infiltrado

El agua que accede por infiltración a través de zonas permeables (como las de áreas segregadas o de baja densidad)  o de fisuras al interior de la estructura del firme es muy perjudicial para la adherencia entre capas asfálticas, haciendo que se pierda esa propiedad y se acabe produciendo un despegue de las mismas, con la consiguiente afección a la durabilidad del firme.
     Este acceso del agua está en muchos casos asociado a la mayor porosidad de las áreas que tras su extendido presentaban segregación de composición o térmica. Se puede manifestar de forma cíclica coincidiendo con los finales de camión. Hay estudios, como el de la referencia 2, que relacionan este 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
     Con ocasión de operaciones de fresado se puede observar este ataque del agua infiltrada, con resultado de despegue de capas cíclico, en correspondencia con segregaciones cíclicas de “fin de camión”, debidas al efecto del agua infiltrada por esas zonas más permeables sobre la adherencia entre capas. Visible tras operaciones de fresado como en las fotos que siguen
Fig 5 - Despegue de capas cíclico  (fresados en la autovía A3)
Fig 6- Referencia 2

 El ataque directo

Éste es el enemigo más reconocido y estudiada la defensa ante su ataque, que puede llevar a la desintegración de la mezcla; es lógico, por tanto, que la sensibilidad al agua sea uno de los parámetros clave de diseño de una mezcla bituminosa. 
     Por ello, me limito únicamente a señalar que en la referencia 3 se contempla un estudio con detalle de la degradación del firme debida a peladuras en capas de refuerzo por la acción del agua. 
Fig 7. referencia 3

Enlaces y referencias

Referencia 2   De-Bonding of Hot Mix Asphalt Pavements in Washington State: An Initial Investigation (https://www.wsdot.wa.gov/research/reports/fullreports/712.1.pdf)
Referencia 3 - Premature failure of asphalt overlays from stripping: Case histories (NCAT 2001) (http://www.eng.auburn.edu/files/centers/ncat/reports/2001/rep01-01.pdf)








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