¿Qué es el despegado en capas de rodadura y reparaciones de concreto?

Definición y mecanismo del despegado

El despegado se define como la pérdida de adherencia en la interfaz entre dos materiales que fueron unidos intencionalmente durante la construcción. En infraestructura de concreto, esto se refiere más comúnmente a la separación entre una capa de rodadura de concreto o un material de reparación y el sustrato de concreto existente, o entre un sistema de refuerzo de polímero reforzado con fibra (FRP) y la superficie de concreto a la que está adherido. El Instituto Americano del Concreto (ACI) define el despegado en ACI 546.3R como “la separación de un material de reparación o capa de rodadura del sustrato de concreto en la interfaz”, distinguiéndolo de la falla cohesiva dentro de los propios materiales.

El mecanismo de adherencia en la interfaz involucra tres componentes distintos: entrelazado mecánico, donde la pasta de cemento del material nuevo penetra las irregularidades de la superficie del sustrato, adherencia química, donde los productos de hidratación del material cementoso nuevo reaccionan con la superficie expuesta del concreto viejo, y adherencia termodinámica (fuerzas de Van der Waals), que depende de la energía superficial y la limpieza del sustrato. ACI 546.3R-14 (“Guía para la selección de materiales en la reparación de concreto”) describe la interfaz como un compuesto de tres fases: el sustrato de concreto existente, el material de reparación o capa de rodadura, y la zona de transición interfacial (ITZ) que se forma entre ellos. La ITZ tiene típicamente 10-50 micrómetros de espesor y representa el eslabón más débil en el sistema adherido.

Cuando la tensión de tracción o cortante en la interfaz excede la resistencia de adherencia, el despegado se inicia como una microgrieta en un punto de concentración de tensión. Bajo carga continua o ciclos ambientales, esta grieta se propaga a lo largo de la interfaz, formando un vacío planar que puede extenderse sobre un área significativa. La grieta de interfaz despegada típicamente se propaga en un patrón de fractura de modo mixto (Modo I + Modo II), donde tanto las tensiones de apertura por tracción como las tensiones de deslizamiento por cortante contribuyen al crecimiento de la grieta.

La tasa crítica de liberación de energía de deformación (Gc) en la interfaz es una propiedad del material que gobierna la propagación del despegado. Para interfaces de concreto a concreto, los valores típicamente varían de 50 a 150 J/m² dependiendo de la calidad de la preparación de la superficie. Para interfaces de FRP a concreto, la energía de fractura es típicamente menor, variando de 300 a 700 N/mm para la energía de fractura interfacial por unidad de ancho (Gf según lo definido en ACI 440.2R). La resistencia de adherencia se cuantifica comúnmente mediante pruebas de arrancamiento según ASTM C1583/C1583M, que mide la tensión de tracción requerida para separar una capa de rodadura o reparación adherida del sustrato. La resistencia de adherencia mínima aceptable por arrancamiento especificada por la mayoría de los códigos (incluido el Instituto Internacional de Reparación de Concreto, Guía ICRI 03732) es de 1.0 MPa (145 psi) para aplicaciones interiores y 1.5 MPa (220 psi) para aplicaciones exteriores sujetas a exposición de congelación-descongelación.

Causas del despegado

El despegado resulta de la combinación de un desarrollo inadecuado de la adherencia interfacial durante la construcción y tensiones que exceden la resistencia de adherencia desarrollada durante el servicio. Las causas abarcan propiedades de los materiales, prácticas de construcción y condiciones de exposición ambiental.

Preparación inadecuada de la superficie

La causa más común del despegado es la preparación inadecuada de la superficie del sustrato de concreto. La Guía ICRI 03732 (“Guía para seleccionar y especificar la preparación de superficies de concreto para selladores, recubrimientos, capas de rodadura de polímero y reparación de concreto”) establece clasificaciones de Perfil de Superficie de Concreto (CSP) desde CSP 1 (muy liso) hasta CSP 10 (extremadamente rugoso). Para capas de rodadura de concreto adheridas, se requiere un perfil mínimo de CSP 5 a CSP 9, correspondiente a una amplitud de rugosidad superficial de 0.4 a 1.5 mm (0.016 a 0.060 pulgadas). Este perfil se logra típicamente mediante granallado, escarificación, hidrodemolición o chorro abrasivo pesado.

El sustrato también debe estar en condición de superficie saturada seca (SSD) al momento de la colocación de la capa de rodadura, una condición especificada por ACI 546.3R y el Circular de Asesoramiento FAA 150/5370-10 Ítem P-501. Un sustrato excesivamente seco absorberá agua de la capa de rodadura fresca, creando una interfaz con falta de agua con mala hidratación. Un sustrato excesivamente húmedo crea una película de agua en la interfaz que impide la adherencia adecuada. La superficie debe estar libre de lechada (la capa débil y calcárea de partículas finas que se forma en el concreto fresco), compuestos de curado, aceite, grasa, polvo y otros contaminantes. ACI 546.3R especifica que el sustrato debe prepararse para lograr una resistencia mínima de tracción superficial de 1.0 MPa (145 psi) mediante pruebas de arrancamiento antes de colocar la capa de rodadura.

Contracción por secado diferencial

La contracción por secado diferencial es el mecanismo de tensión de despegado más común para capas de rodadura de concreto. Cuando se coloca una capa de rodadura cementosa nueva sobre un sustrato de concreto existente, la capa de rodadura experimenta contracción por secado a medida que pierde humedad hacia el ambiente. El sustrato existente, que ya ha experimentado la mayor parte de su contracción, restringe este movimiento a través de la interfaz adherida. Esta restricción induce tensión de tracción en la capa de rodadura y esfuerzo cortante en la interfaz. La magnitud del esfuerzo cortante depende del diferencial de contracción entre los dos materiales, el módulo de elasticidad de la capa de rodadura, la rigidez de la adherencia interfacial y el factor de restricción proporcionado por el sustrato.

La contracción por secado típica de una capa de rodadura de concreto varía de 400 a 800 microdeformaciones (0.04% a 0.08%) dependiendo de la relación agua-cemento, el tipo de agregado, las condiciones de curado y la humedad relativa ambiental. Para una capa de rodadura adherida de 100 mm (4 pulgadas) de espesor, la contracción restringida puede generar esfuerzos cortantes interfaciales de 0.5 a 2.0 MPa (70 a 290 psi), valores que se acercan o exceden la resistencia de adherencia alcanzable con una preparación deficiente de la superficie. Esto explica por qué el despegado a menudo aparece dentro de los primeros 28 a 90 días después de la colocación de la capa de rodadura antes de que se aplique la carga de tráfico. ASTM C157/C157M proporciona el método de prueba estándar para medir el cambio de longitud (contracción por secado) del concreto endurecido.

Incompatibilidad térmica

La incompatibilidad térmica entre el material de la capa de rodadura y el sustrato crea tensión en la interfaz durante los cambios de temperatura. El coeficiente de expansión térmica (CTE) para el concreto de cemento Portland convencional varía de 7 a 12 × 10⁻⁶ /°C. Cuando la capa de rodadura y el sustrato tienen diferentes valores de CTE (lo que ocurre comúnmente cuando se usa un material de reparación de fraguado rápido o concreto modificado con polímero junto con concreto convencional), un cambio de temperatura de 30°C (54°F) puede generar tensiones interfaciales de 0.3 a 1.0 MPa (45 a 145 psi). Esto es particularmente problemático para pavimentos de aeródromos, que experimentan cambios rápidos de temperatura por calentamiento solar durante el día y enfriamiento por radiación durante la noche, y por calentamiento por chorro de turbina durante las operaciones de aeronaves.

El Circular de Asesoramiento FAA 150/5380-6C (“Directrices y procedimientos para el mantenimiento de pavimentos de aeropuertos”) señala que la incompatibilidad térmica es una causa frecuente de falla de reparaciones y capas de rodadura en pavimentos de aeropuertos, particularmente cuando se usan materiales de parcheo de concreto de alta resistencia rápida o concreto de polímero adyacentes al pavimento de PCC convencional. La Guía ICRI 03734 (“Guía para seleccionar y aplicar materiales para la reparación de concreto”) proporciona un índice de compatibilidad térmica para materiales de reparación, recomendando que el CTE del material de reparación debe estar dentro de ±2 × 10⁻⁶ /°C del CTE del sustrato.

Despegado inducido por corrosión

La corrosión del acero de refuerzo puede inducir despegado a través de dos mecanismos. Primero, los productos de corrosión (óxido) ocupan un volumen 2 a 6 veces mayor que el acero original, generando presión expansiva que puede causar que el recubrimiento de concreto se separe de la capa de acero subyacente, una condición relacionada pero distinta del despegado interfacial discutido aquí. Segundo, la corrosión en el nivel de la interfaz (donde la capa de rodadura se encuentra con un sustrato reforzado con acero) puede producir despegado relacionado con delaminación a medida que los productos de óxido separan físicamente la interfaz.

La tasa de corrosión, expresada en µm/año de pérdida de sección de acero, puede medirse mediante resistencia de polarización lineal (LPR) según ASTM G59 o mediante resistividad del concreto según AASHTO T 358 (el método de cuatro puntas de Wenner). Una tasa de corrosión superior a 0.5 µA/cm² se considera de alto riesgo para deterioro inducido por corrosión. La presencia de cloruros en la interfaz por encima del umbral de corrosión (típicamente 0.15% de cloruro total en peso de cemento para el inicio de la corrosión, o 0.025% de cloruro soluble en agua según ACI 222R) acelera este proceso significativamente.

Otros factores contribuyentes

Los factores adicionales que contribuyen al despegado incluyen curado inadecuado de la capa de rodadura (la pérdida prematura de humedad reduce la resistencia de adherencia desarrollada), aplicación incorrecta del agente de adherencia (demasiado delgado para proporcionar cobertura o demasiado grueso creando una capa débil), carga de tráfico temprana antes de que la capa de rodadura haya alcanzado suficiente resistencia de adherencia, y ciclos de congelación-descongelación en la interfaz donde se acumula humedad. El despegado sensible a la humedad es particularmente problemático para los sistemas de FRP, donde el agua que penetra en la interfaz FRP-concreto puede romper la adherencia del epoxi mediante degradación hidrolítica de la capa adhesiva. ACI 440.2R-17 (“Guía para el diseño y la construcción de sistemas de FRP adheridos externamente para el refuerzo de estructuras de concreto”) advierte que la intrusión de humedad en la interfaz del FRP reduce la temperatura de transición vítrea (Tg) del epoxi y puede conducir a rotura por fluencia acelerada del adhesivo.

Despegado vs delaminación

El despegado y la delaminación producen síntomas audibles idénticos (sonido hueco al golpear) y comparten consecuencias similares (pérdida de acción compuesta, riesgo de descascaramiento, entrada de agua), pero son fundamentalmente diferentes en mecanismo y ubicación.

El despegado ocurre en una interfaz construida entre dos materiales unidos intencionalmente, en la interfaz entre una capa de rodadura de concreto y el sustrato existente, entre una reparación de parcheo y el concreto circundante, o entre una lámina de FRP y la superficie de concreto. La falla de adherencia es adhesiva (falla en la interfaz entre los dos materiales) en lugar de cohesiva (falla dentro de un material). En las pruebas de arrancamiento según ASTM C1583, una falla adhesiva en la interfaz reparación-sustrato sin material dejado en ninguna superficie se clasifica como despegado.

La delaminación ocurre dentro de una sola capa homogénea de concreto, típicamente en o cerca del plano del acero de refuerzo. El mecanismo primario es la presión expansiva inducida por corrosión que causa que el recubrimiento de concreto se separe de la masa de concreto subyacente al nivel de las barras de refuerzo. La delaminación también puede ser causada por daño por congelación-descongelación (agrietamiento D en juntas) o por la formación de gel expansivo por ASR (reacción álcali-sílice). El plano de separación en la delaminación es típicamente paralelo a la superficie a una profundidad de 20-50 mm (la profundidad de la malla de refuerzo superior), mientras que el despegado ocurre precisamente en la interfaz de material construida independientemente de la profundidad.

La distinción práctica importa para la estrategia de reparación: el despegado requiere restablecer la adherencia adhesiva en la interfaz mediante métodos como la inyección de epoxi (según ASTM C881) o la remoción y el reemplazo de la capa de rodadura con una preparación adecuada de la superficie, mientras que la delaminación requiere remover el concreto separado hasta material sano y reemplazarlo con material de reparación. Sin embargo, los métodos de detección para ambas condiciones son idénticos, el sondeo con martillo (ASTM D4580), el arrastre de cadena, la termografía infrarroja (ASTM D4788) y el impacto-eco (ASTM C1383) identifican separaciones planares independientemente de si la separación es despegado o delaminación.

Métodos de detección del despegado

La detección del despegado se basa en el principio de que un vacío planar debajo de la superficie crea una respuesta diferente a la excitación acústica, térmica o de ondas de tensión en comparación con el material sano y completamente adherido. La elección del método de detección depende de la accesibilidad de la superficie, la profundidad de la interfaz, el área a inspeccionar y la precisión requerida.

Sondeo con martillo y arrastre de cadena

La prueba de sondeo con martillo (también llamada prueba de golpeteo, sondeo o prueba de percusión) es el método más utilizado para la detección del despegado. El inspector golpea la superficie de concreto con un martillo de geólogo, martillo de bola o martillo de sondeo a intervalos regulares (típicamente 300 mm o 12 pulgadas de espaciamiento para inspecciones detalladas, 600 mm o 24 pulgadas para inspecciones generales según ASTM D4580). El concreto sano y adherido produce un sonido agudo, resonante y metálico debido a la transmisión eficiente de ondas elásticas a través del material. El concreto despegado o delaminado produce un sonido sordo, hueco y similar a un tambor porque el espacio de aire impide la transmisión eficiente de ondas. El contenido de frecuencia de la respuesta difiere: el concreto sano produce energía de alta frecuencia por encima de 2 kHz, mientras que las áreas despegadas producen energía de baja frecuencia concentrada por debajo de 500 Hz. Esta diferencia acústica puede cuantificarse utilizando sistemas de análisis acústico digital que registran el sonido del impacto del martillo y lo clasifican por contenido de frecuencia.

La prueba de arrastre de cadena utiliza una cadena de acero pesada (típicamente de 3 a 5 pies de largo, con un peso de 10-15 libras) que se arrastra a través de la superficie del pavimento mientras el inspector escucha los cambios en el sonido que produce. El arrastre de cadena está especificado por el Circular de Asesoramiento FAA 150/5380-6C y ASTM D5340 (la norma para estudios de Índice de Condición de Pavimentos de Aeropuertos) como el método de sondeo principal para estudios de condición de pavimentos de aeródromos. El arrastre de cadena puede cubrir grandes áreas rápidamente, un inspector experimentado puede inspeccionar 500-1000 m² por hora, lo que lo convierte en el método de sondeo manual más productivo. La prueba de arrastre de cadena es particularmente efectiva para detectar despegado en sistemas de capa de rodadura de concreto porque la masa de la cadena proporciona suficiente energía para excitar el panel despegado en vibración.

Termografía infrarroja (IRT)

La termografía infrarroja (IRT) es un método sin contacto y de escaneo rápido que detecta el despegado midiendo diferenciales de temperatura superficial causados por el efecto aislante del espacio de aire debajo de una capa de rodadura o FRP despegado. Durante el calentamiento solar (típicamente entre las 10:00 AM y las 2:00 PM en un día claro y soleado), la temperatura superficial sobre un área despegada aumenta 1-5°C más que el concreto sano circundante porque el espacio de aire aísla la superficie de la pérdida de calor conductivo hacia el sustrato. Durante el enfriamiento nocturno (típicamente 2-4 horas después del atardecer), el área despegada aparece más fría porque el espacio de aire aislante impide que el calor almacenado en la capa superficial sea repuesto por conducción desde el sustrato.

ASTM D4788 (“Método de prueba estándar para detectar delaminaciones en tableros de puentes usando termografía infrarroja”) proporciona el protocolo estándar para IRT de tableros de puentes y capas de rodadura de concreto. La prueba requiere un diferencial de temperatura mínimo de 0.5°C entre áreas despegadas y sanas para una detección confiable, aunque las cámaras modernas de alta sensibilidad (con NETD o Diferencia de Temperatura Equivalente al Ruido de 0.03°C o mejor) pueden detectar diferenciales más pequeños. La profundidad máxima detectable de despegado depende del espesor de la capa de rodadura: para una capa de rodadura de 50 mm (2 pulgadas), el despegado puede detectarse de manera confiable, para capas de rodadura más gruesas de 150 mm (6 pulgadas), el diferencial de temperatura en la superficie se vuelve demasiado pequeño para una detección confiable por IRT. El Circular de Asesoramiento FAA 150/5370-10 reconoce la IRT como un método aceptable para el aseguramiento de calidad de capas de rodadura adheridas en pavimentos de aeropuertos.

Las ventajas de la IRT sobre los métodos de sondeo incluyen cobertura de campo completo (una sola imagen térmica cubre 50-200 m² dependiendo de la elevación), registro digital permanente de los resultados y velocidad (tasas de inspección de 5000-10000 m² por hora son alcanzables desde un sistema montado en vehículo). La limitación principal es que la IRT detecta solo despegues dentro de la región cercana a la superficie (típicamente dentro de los primeros 100-150 mm de profundidad) y no puede detectar de manera confiable el despegado profundo en la interfaz capa de rodadura-sustrato si la capa de rodadura es gruesa.

Prueba de impacto-eco

El impacto-eco (IE) es un método de END basado en ondas de tensión que utiliza un impacto mecánico (típicamente una pequeña bola de acero o un impactador con resorte) para generar ondas de tensión de baja frecuencia que se propagan a través del concreto. Las ondas se reflejan desde las interfaces internas (incluidos los espacios de aire despegados) y la superficie lejana del elemento, produciendo un espectro de frecuencia que puede analizarse para determinar tanto la presencia como la profundidad del despegado. ASTM C1383 (“Método de prueba estándar para medir la velocidad de onda P y el espesor de placas de concreto usando el método de impacto-eco”) proporciona el protocolo de prueba estándar. Para la detección del despegado, el método de impacto-eco puede determinar la profundidad de la interfaz despegada analizando la frecuencia dominante en la forma de onda de respuesta, el despegado poco profundo produce picos de alta frecuencia, mientras que el despegado profundo produce picos de baja frecuencia.

El método de impacto-eco es particularmente valioso para la detección de despegado de FRP porque puede identificar la interfaz entre el FRP y el concreto incluso a través de la capa de FRP, y puede distinguir entre despegado poco profundo (en la interfaz FRP-concreto) y daño profundo del sustrato. El rango de frecuencia típico para la detección de despegado de FRP es de 10-30 kHz, lo que requiere impactadores y sensores especializados.

Selección de métodos de detección

La selección del método de detección depende de la aplicación específica:

La confirmación definitiva del despegado requiere extracción de núcleos de concreto según ASTM C42/C42M (“Método de prueba estándar para obtener y probar núcleos perforados y vigas aserradas de concreto”). Los núcleos se extraen en ubicaciones identificadas como despegadas por métodos de END, y la interfaz se examina visualmente. La fotografía del núcleo es el registro definitivo: una separación limpia en la interfaz sin material adherido a ninguna superficie confirma la falla de despegado adhesivo. El diámetro mínimo del núcleo para la evaluación de la interfaz es típicamente de 50 mm (2 pulgadas), aunque se prefiere 100 mm (4 pulgadas) para capas de rodadura más gruesas.

Despegado de capas de rodadura de concreto

Las capas de rodadura de concreto (también llamadas capas de rodadura de concreto adheridas, repavimentación o whitetopping) se colocan directamente sobre pavimentos de concreto existentes para restaurar la capacidad estructural, mejorar la calidad de rodadura y extender la vida útil. La interfaz adherida es crítica porque permite la acción compuesta estructural, la capa de rodadura y la losa existente actuando juntas como una sola sección estructural. La sección compuesta tiene una capacidad estructural significativamente mayor que las dos capas actuando independientemente (el módulo de sección es proporcional al cuadrado del espesor total cuando las capas están completamente adheridas). La adherencia se logra mediante el entrelazado mecánico entre el concreto fresco de la capa de rodadura y la superficie existente rugosa, limpia y en condición SSD.

El Circular de Asesoramiento FAA 150/5370-10 Ítem P-501 (“Especificaciones estándar para la construcción de aeropuertos: pavimento de concreto de cemento Portland”) especifica los requisitos para capas de rodadura de concreto adheridas en pavimentos de aeródromos. La superficie existente debe ser fresada en frío o granallada para remover un mínimo de 6 mm (0.25 pulgadas) de material superficial, logrando una textura superficial CSP 5-7. La superficie se limpia luego mediante lavado con agua a alta presión (mínimo 20,000 psi) seguido de soplado con aire para eliminar todos los escombros y agua estancada. Un agente de adherencia de lechada de cemento (relación cemento-agua de 1:1 en peso) se aplica con brocha inmediatamente antes de la colocación de la capa de rodadura.

La Guía de Capas de Rodadura de Concreto de la FHWA (FHWA-HIF-18-032) distingue entre dos tipos de capas de rodadura de concreto adheridas: BCO (Capa de Rodadura de Concreto Adherida) para espesores de 50-175 mm (2-7 pulgadas) sobre pavimentos de PCC, y BCOA (Capa de Rodadura de Concreto Adherida sobre Asfalto) para espesores de 100-200 mm (4-8 pulgadas) sobre pavimentos de asfalto (también llamado whitetopping). Para BCO sobre PCC, la condición del pavimento existente determina la viabilidad de la capa de rodadura: el pavimento existente debe tener menos del 15% de deterioro estructural (bombeo, escalonamiento de más de 6 mm, agrietamiento de losas de más que severidad moderada según ASTM D5340) para asegurar que las tensiones de despegado por movimiento diferencial permanezcan dentro de límites aceptables.

El despegado en capas de rodadura de concreto típicamente se inicia en discontinuidades en el sustrato, en grietas existentes, juntas o áreas deterioradas donde el perfil de la superficie se desvía del ideal. El área despegada luego se propaga hacia afuera desde estos puntos de iniciación debido a la fatiga por carga de tráfico y los ciclos térmicos. La tasa de despegado depende de la magnitud del esfuerzo cortante interfacial y el número de aplicaciones de carga. La investigación del programa LTPP (Desempeño a Largo Plazo de Pavimentos) de la FHWA indica que las áreas despegadas en capas de rodadura adheridas típicamente crecen a una tasa de 5-15% del área inicialmente despegada por año bajo tráfico moderado, acelerándose a 15-30% por año bajo carga de tráfico pesado.

El tiempo crítico para el despegado son los primeros 90 días después de la colocación de la capa de rodadura. Durante este período, la capa de rodadura experimenta su contracción por secado primaria mientras la resistencia de adherencia aún se está desarrollando. La resistencia de adherencia mínima aceptable para la aceptación de la capa de rodadura, especificada por la Guía ICRI 03732, es de 0.7 MPa (100 psi) promedio sin ninguna lectura individual por debajo de 0.5 MPa (70 psi) dentro de los 7 días posteriores a la colocación, aumentando a 1.0 MPa (145 psi) a los 28 días.

Despegado de sistemas de refuerzo con FRP

Los sistemas de FRP adherido externamente (polímero reforzado con fibra) se utilizan para reforzar estructuras de concreto adhiriendo láminas o placas de fibra de carbono, fibra de vidrio o fibra de aramida a la superficie de concreto usando adhesivos epoxi. El despegado de FRP es un modo de falla crítico que gobierna el diseño del refuerzo con FRP en ACI 440.2R-17 (“Guía para el diseño y la construcción de sistemas de FRP adheridos externamente para el refuerzo de estructuras de concreto”).

El despegado de FRP se manifiesta en dos modos primarios: despegado en el extremo de la placa (PE) y despegado inducido por grieta intermedia (IC). El despegado PE ocurre en el punto de terminación del laminado de FRP, donde se desarrollan altos esfuerzos cortantes interfaciales y normales (de pelado) porque el FRP termina abruptamente. Este modo se previene extendiendo el FRP más allá del punto de momento cero por una longitud de desarrollo suficiente (típicamente 300-600 mm o 12-24 pulgadas según ACI 440.2R). El despegado IC se inicia en una grieta de flexión o cortante en el concreto, donde la apertura de la grieta crea una concentración de tensión local en el laminado de FRP en la ubicación de la grieta. La tensión luego se propaga a lo largo de la interfaz FRP-concreto hacia el extremo del FRP en una falla progresiva de pelado.

El límite de deformación por despegado en ACI 440.2R-17 limita la deformación máxima utilizable en el FRP a εfd = 0.41√(f’c / (nef Ef tf)) pero no mayor que 0.9 εfu (donde εfu es la deformación última de rotura del FRP). Este límite está diseñado para prevenir el despegado IC como modo de falla gobernante. Para un FRP de carbono típico (CFRP) con módulo de 165 GPa (24 × 10⁶ psi) y espesor de 1.0 mm (0.039 pulgadas), el límite de deformación por despegado es aproximadamente 0.005 a 0.007 (5,000 a 7,000 microdeformaciones), que es alrededor del 30-40% de la deformación última del FRP. Esta disposición de diseño asegura que la adherencia FRP-concreto permanezca intacta bajo condiciones de servicio.

La detección del despegado de FRP requiere métodos especializados porque la lámina de FRP enmascara la apariencia visual de la interfaz. La prueba de impacto-eco (como se describe en la Sección 4) es el método más común, ya que las ondas de tensión penetran el FRP y se reflejan desde la interfaz despegada. La termografía infrarroja también es efectiva para sistemas de FRP porque la capa delgada de FRP (típicamente de 1-3 mm de espesor) tiene baja masa térmica y transfiere rápidamente el calor a la interfaz, creando diferenciales de temperatura medibles dentro de minutos de calentamiento activo. La inspección posterior a la instalación de sistemas de FRP según ACI 440.2R requiere una prueba de golpeteo del 100% de todas las superficies de FRP instaladas dentro de los 7 días posteriores a la instalación, y cualquier área despegada que exceda el 5% del área total de FRP requiere reparación.

La calidad de la línea de adherencia se evalúa mediante pruebas de arrancamiento según ASTM C1583, con un valor mínimo aceptable de 1.0 MPa (145 psi) especificado por ACI 440.2R para la adherencia FRP-concreto. El modo de falla se registra: falla en el sustrato de concreto (deseado, indicando que el concreto es más débil que la adherencia), falla adhesiva en la interfaz FRP-epoxi, falla adhesiva en la interfaz concreto-epoxi (no deseado, indicando despegado), o falla cohesiva dentro del epoxi. La presencia de falla adhesiva en cualquiera de las interfaces con valores de arrancamiento por debajo de 1.0 MPa indica un desarrollo inadecuado de la adherencia y requiere la remoción y reinstalación del FRP.

Despegado en reparaciones de parcheo

Las reparaciones de parcheo de concreto, tanto de profundidad parcial como de profundidad completa, dependen de lograr y mantener la adherencia en la interfaz parcheo-concreto huésped. La interfaz en una reparación de parcheo es una superficie perimetral tridimensional en lugar de una superficie planar horizontal: las caras verticales de la cavidad del parcheo y el fondo (en reparaciones de profundidad parcial) o la superficie del sustrato preparado (en reparaciones de profundidad completa). El despegado en reparaciones de parcheo representa la separación del material de reparación del concreto huésped a lo largo de estas superficies de interfaz.

El mecanismo de adherencia en reparaciones de parcheo sigue los mismos principios que la adherencia de capas de rodadura, pero el estado de tensión es más complejo debido a la geometría restringida del parcheo. El material de parcheo está rodeado por concreto huésped en todos los lados, lo que proporciona restricción completa contra la contracción. Esto produce tensiones de tracción multiaxiales en la interfaz, con concentraciones de tensión máximas en las esquinas y bordes del parcheo. El diferencial de contracción entre el material de reparación y el concreto huésped genera esfuerzos cortantes interfaciales que pueden exceder la resistencia de adherencia, particularmente cuando se usan materiales de reparación de alta contracción.

ACI 546.3R-14 (“Guía para la selección de materiales en la reparación de concreto”) especifica que la preparación de la superficie para reparaciones de parcheo debe lograr un perfil CSP 7-9 (amplitud de rugosidad de 0.6-1.5 mm), logrado mediante martillado ligero usando un martillo neumático de máximo 15 kg (30 lb) para evitar microagrietar el sustrato debajo del perímetro de la reparación. El perímetro cortado con sierra del parcheo debe extenderse un mínimo de 25 mm (1 pulgada) más allá del borde visible del área deteriorada hacia concreto sano. Los lados de la cavidad de reparación deben cortarse perpendiculares a la superficie o socavados (ligeramente más anchos en el fondo que en la parte superior) para proporcionar entrelazado mecánico contra las fuerzas verticales de despegado.

Para reparaciones de profundidad parcial (típicamente de 25-75 mm o 1-3 pulgadas de profundidad, el estándar de la FAA según AC 150/5380-6C), el despegado ocurre más comúnmente en la interfaz horizontal entre el fondo del parcheo y el sustrato preparado. La adherencia se evalúa mediante pruebas de arrancamiento según ASTM C1583 en un mínimo de 3 ubicaciones por cada 100 m² de área de reparación. Los criterios de aceptación según la Guía ICRI 03732 son: valor mínimo individual de arrancamiento de 0.5 MPa (70 psi) y promedio de todas las pruebas de 0.7 MPa (100 psi) o mayor.

Para reparaciones de profundidad completa (reemplazo completo de losa), la interfaz crítica es la cara vertical donde el concreto de reparación se encuentra con la losa existente en el perímetro cortado con sierra. Las reparaciones de profundidad completa comúnmente tienen barras de pasador instaladas a través de la junta (según el Ítem P-501 de la FAA para pavimentos de aeródromos, con pasadores espaciados a 300 mm entre centros y colocados a la profundidad media de la losa) para proporcionar transferencia de carga. El despegado en la interfaz vertical en reparaciones de profundidad completa es menos común que en reparaciones de profundidad parcial, pero puede ocurrir debido a vibración inadecuada durante la colocación del concreto, que deja una zona de interfaz alveolar, o corte prematuro con sierra que inicia una grieta que se propaga a lo largo de la interfaz.

Consecuencias del despegado

El despegado tiene consecuencias en cascada para el desempeño estructural y la durabilidad. El efecto inmediato es la pérdida de acción compuesta entre la capa de rodadura y el sustrato. Para un sistema de capa de rodadura de concreto adherida, la rigidez a flexión (EI) de la sección compuesta es proporcional al cubo del espesor total cuando está completamente adherida. Cuando ocurre el despegado, las dos capas actúan independientemente, cada una soportando carga por separado. Para una capa de rodadura de 100 mm sobre una losa existente de 200 mm, la sección completamente adherida tiene un espesor efectivo de 300 mm. Después del despegado, el sistema se comporta como dos losas separadas de 100 mm y 200 mm. La reducción del momento de inercia es de bh³/12 para el compuesto a (b × 100³/12 + b × 200³/12) para las capas separadas, un factor de reducción de aproximadamente 0.35, lo que significa que la capacidad estructural se reduce en aproximadamente un 65%.

La entrada de agua es la segunda consecuencia crítica del despegado. El vacío planar creado por el despegado proporciona una vía continua para que el agua viaje lateralmente debajo de la capa de rodadura, evitando los sellos de juntas y el drenaje superficial. El agua se acumula en el vacío despegado, creando una zona de interfaz saturada que acelera el daño por congelación-descongelación y la corrosión de cualquier acero embebido. El agua atrapada también induce presión hidráulica bajo la carga de tráfico, cuando un neumático pasa sobre un área despegada, la capa de rodadura se deflecta, comprimiendo el vacío lleno de agua. La presión hidráulica puede exceder 1 MPa (145 psi) bajo carga pesada de aeronaves (Grupo de Diseño de Aeronaves V o VI según la FAA), impulsando el agua hacia los bordes de la capa de rodadura y bombeándola hacia afuera, llevando finos con ella en un proceso llamado bombeo por erosión. Esta acción de bombeo ensancha progresivamente el área despegada y lleva escombros a la interfaz, impidiendo aún más la re-adherencia.

La generación de FOD (Objetos Extraños en la Pista) es una preocupación particular para los pavimentos de aeródromos. Una capa de rodadura despegada que no ha sido detectada puede eventualmente romperse hacia la superficie bajo la carga de tráfico, creando descascaramientos y fragmentos sueltos que se convierten en FOD, un peligro grave para los motores y neumáticos de las aeronaves. El Circular de Asesoramiento FAA 150/5380-6C destaca específicamente el despegado de capas de rodadura como una condición propensa a FOD que requiere atención inmediata en pistas, calles de rodaje y áreas de plataforma.

El ciclo de aceleración de corrosión desencadenado por el despegado es autoperpetuante. El agua que entra en la interfaz despegada lleva cloruros (de productos químicos de deshielo o exposición marina) y oxígeno a la zona de la interfaz. Si el sustrato contiene acero de refuerzo, los cloruros alcanzan la superficie del acero e inician la corrosión. Los productos de corrosión (óxido) se expanden y separan aún más la interfaz, agrandando el área despegada. El despegado agrandado permite que más agua y cloruros entren, acelerando la corrosión. Este bucle de retroalimentación positiva puede causar la pérdida total de la capa de rodadura en 2-5 años si no se detecta, frente a una vida útil esperada de 15-25 años para una capa de rodadura correctamente adherida.

Inspección y clasificación de condición

La inspección del despegado se integra en los estudios de condición de pavimentos y los protocolos de inspección de puentes en múltiples niveles. El enfoque de Pasa/No pasa (despegado o no despegado) se complementa típicamente con la cuantificación del área para la clasificación de condición y la priorización de reparaciones.

Estudios de condición de pavimentos de aeropuertos

ASTM D5340 (“Método de prueba estándar para estudios de Índice de Condición de Pavimentos de Aeropuertos”) incluye el despegado como un tipo de deterioro para capas de rodadura de concreto, clasificado dentro de las categorías de “parcheo” y “deterioro superficial”. El protocolo del estudio especifica el arrastre de cadena como el método de detección primario para el despegado de capas de rodadura, con los siguientes niveles de severidad:

• Severidad baja: Área despegada que cubre menos del 5% de la superficie total del pavimento, sin agrietamiento superficial visible ni descascaramiento
• Severidad media: Área despegada que cubre del 5-15% de la superficie total del pavimento, agrietamiento superficial menor o descascaramiento en los bordes de las áreas despegadas
• Severidad alta: Área despegada que cubre más del 15% de la superficie total del pavimento, agrietamiento superficial visible, descascaramiento o generación de FOD

El valor de deducción del PCI (Índice de Condición de Pavimento) para el despegado aumenta de manera no lineal con la severidad y la extensión. La curva de deducción del PCI para el despegado en ASTM D5340 muestra que el despegado de alta severidad que cubre el 30% de una sección de pavimento produce un valor de deducción que excede 50 (en una escala de 0-100), correspondiente a una clasificación de pavimento de “deficiente”.

Inspección de tableros de puentes

Los Estándares Nacionales de Inspección de Puentes (NBIS) de la FHWA y el Manual AASHTO para la Inspección de Elementos de Puentes incluyen el despegado en la evaluación de los elementos del tablero de puente. La inspección a nivel de elemento (según AASHTO MBEI-2019) clasifica el despegado como un defecto dentro del Elemento 12 (Tablero de Concreto) con estados de condición:

• Estado de condición 1 (Bueno): No se detecta despegado
• Estado de condición 2 (Regular): Área despegada menor del 10% del área del tablero, sin manchas de corrosión activa
• Estado de condición 3 (Deficiente): Área despegada del 10-30% del área del tablero, manchas de corrosión visibles en juntas o grietas
• Estado de condición 4 (Severo): Área despegada mayor del 30% del área del tablero, descascaramiento activo con refuerzo expuesto, pérdida de sección

Frecuencia de inspección

Detección automatizada del despegado

Los avances recientes en visión por computadora y aprendizaje automático han permitido la detección automatizada del despegado a partir de imágenes superficiales y estudios térmicos con drones. Los modelos de aprendizaje profundo entrenados con datos de sondeo etiquetados pueden clasificar las condiciones de la superficie del pavimento en imágenes de alta resolución identificando patrones de agrietamiento característicos (agrietamiento de mapa, grietas en forma de media luna) que se correlacionan con el despegado subsuperficial. El análisis de imágenes térmicas utilizando redes neuronales convolucionales (CNN) puede segmentar automáticamente las imágenes térmicas en regiones despegadas y sanas con una precisión superior al 85% en estudios controlados. Tales sistemas pueden producir mapas cuantificados de extensión del despegado con clasificación de severidad para la evaluación de la condición de capas de rodadura y reparaciones.

Reparación de capas de rodadura y reparaciones despegadas

La estrategia de reparación para el despegado depende de la extensión, la severidad, la causa y la ubicación del despegado, así como del tipo de sistema adherido (capa de rodadura de concreto, FRP o reparación de parcheo).

Inyección de epoxi para despegado aislado

Para áreas despegadas pequeñas y aisladas (menos del 10% del área total adherida) donde la interfaz no está contaminada con escombros o productos de corrosión, la inyección de epoxi puede restablecer la adherencia. El procedimiento sigue ASTM C881 (“Especificación estándar para sistemas de adherencia a base de resina epoxi para concreto”), que especifica los requisitos de tipo y grado del epoxi. El proceso de inyección involucra:

1. Perforación de puertos de inyección a un espaciamiento de 300-600 mm (12-24 pulgadas) a lo largo del patrón del área despegada
2. Sellado del perímetro del área despegada con epoxi o lechada de fraguado rápido para contener el material inyectado
3. Inyección de epoxi de baja viscosidad (Tipo IV, Grado 1 según ASTM C881) a presiones de 0.3-0.7 MPa (50-100 psi) comenzando desde el puerto más bajo y progresando hacia arriba para desplazar el aire del vacío de despegado
4. Verificación mediante sondeo repetido después del curado del epoxi (mínimo 24 horas a 20°C)

La inyección de epoxi puede restaurar la resistencia de adherencia al 80-100% de la resistencia de adherencia de diseño original cuando se aplica a interfaces despegadas limpias y secas. El método no es efectivo cuando la interfaz está contaminada con aceite, suciedad o productos de corrosión, ya que el epoxi se adhiere al contaminante en lugar de a las superficies de concreto. La profundidad máxima de despegado para una inyección de epoxi efectiva es de aproximadamente 50 mm (2 pulgadas), los despegues más profundos crean caminos de inyección demasiado largos para un llenado completo.

Remoción y reemplazo

Para despegados que exceden el 10% del área adherida, o para áreas despegadas donde la interfaz está contaminada, la remoción y el reemplazo de la porción despegada es el enfoque estándar. El procedimiento según FAA AC 150/5380-6C y la Guía ICRI 03732 sigue estos pasos:

1. Marcar el límite despegado determinado por sondeo detallado (usando un espaciamiento de cuadrícula de 150 mm o 6 pulgadas)
2. Cortar el perímetro con sierra extendiéndose 150 mm (6 pulgadas) mínimo más allá del límite despegado hacia material sano y adherido
3. Remover el material despegado mediante demolición controlada usando un martillo neumático de máximo 15 kg (30 lb), trabajando desde el lado despegado hacia el material sano para evitar dañar la adherencia en áreas adyacentes
4. Re-preparar la superficie del sustrato a CSP 7-9 mediante granallado o hidrodemolición
5. Limpiar y acondicionar la humedad del sustrato a condición SSD
6. Aplicar agente de adherencia según las especificaciones del fabricante (típicamente una lechada de cemento con relación a/c de 1:1 o un agente de adherencia comercial que cumpla con ASTM C1059)
7. Reemplazar el material de reparación con el mismo material o uno compatible con la capa de rodadura/reparación original

Para despegados extensos que exceden el 30% del área de la capa de rodadura, la remoción y el reemplazo completo de la capa de rodadura es típicamente más rentable que la reparación selectiva. El material adherido restante actuará como puntos de concentración de tensión si se remueve parcialmente, y el parcheo de múltiples áreas pequeñas crea muchos perímetros de interfaz nuevos que son posibles puntos de iniciación de despegado futuro.

Reparación del despegado de FRP

La reparación del despegado de FRP está gobernada por ACI 440.2R-17, Capítulo 12. El procedimiento para reparar FRP despegado:

1. Remover todo el FRP despegado extendiéndose al menos 50 mm (2 pulgadas) más allá del área visiblemente despegada
2. Inspeccionar la superficie de concreto expuesta para detectar daños (manchas de corrosión, agrietamiento o deterioro del sustrato)
3. Reparar cualquier daño del sustrato usando materiales de reparación compatibles según ACI 546.3R
4. Re-preparar la superficie mediante esmerilado a CSP 3-5 (más liso que la preparación de capas de rodadura porque el FRP usa adherencia adhesiva en lugar de entrelazado mecánico como mecanismo primario)
5. Aplicar nuevo FRP siguiendo las especificaciones del fabricante, extendiéndose un mínimo de 150 mm (6 pulgadas) más allá del límite de remoción para empalme por traslape
6. Realizar prueba de golpeteo del 100% después de la instalación según ACI 440.2R

El protocolo para la detección del despegado de FRP durante la vida útil incluye estudios anuales de prueba de golpeteo de toda la superficie de FRP, con estudios intermedios después de cualquier evento de sobrecarga significativo (terremoto, impacto, viento fuerte). Si el despegado excede el 5% del área de FRP en cualquier estudio, se requiere reparación inmediata según ACI 440.2R.

Conectores de cortante para la re-adherencia de capas de rodadura

Para capas de rodadura despegadas donde la remoción y el reemplazo no es factible (por ejemplo, capas de rodadura en componentes estructurales de puentes donde la remoción expondría la estructura al tráfico), los conectores de cortante pueden proporcionar re-adherencia mecánica. Se instalan pasadores de acero inoxidable o galvanizado (12-16 mm de diámetro, 150-200 mm de largo) perforando a través de la capa de rodadura hacia el sustrato, limpiando los agujeros y lechando los pasadores en su lugar con lechada epoxi que cumpla con ASTM C881. Los pasadores se colocan típicamente a 600 mm (24 pulgadas) entre centros en un patrón de cuadrícula a través del área despegada, con una distancia al borde de mínimo 150 mm desde el límite despegado. La capacidad de adherencia reinstaurada a través de conectores de cortante es típicamente del 30-50% de la capacidad adherida original por conector, por lo que el número de conectores debe calcularse en función del esfuerzo cortante interfacial esperado en la carga última.

Resumen de normas