CRITERIOS DE SELECCIÓN DE MEZCLAS DE CONCRETO ASFALTICO. VENEZUELA

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CRITERIOS DE SELECCIÓN DE MEZCLAS DE CONCRETO ASFALTICO. VENEZUELA

Autor: Ing. (PhD) Augusto Jugo B. 

augustojugo11@gmail.com

En Venezuela, al igual que otros países latinoamericanos y tropicales, se presentan características especiales que deben ser consideradas en la selección y diseño de una mezcla asfáltica. Entre éstas pueden enumerarse las siguientes:

  • Altas temperaturas de trabajo durante todo el año.
  • Zonas de muy alta precipitación y/o humedad.
  • Tráfico con alta incidencia de sobre-cargas.
  • Subrasantes débiles.

Estas características han traído como consecuencia –especialmente en Venezuela- problemas de fatiga prematura y poca durabilidad de algunas mezclas asfálticas, que sí bien cumplen con los requisitos de calidad exigidos por la Normas de construcción, no ofrecen las propiedades óptimas para lograr el mejor comportamiento ante los problemas indicados.
Bajo este marco, se presentan una serie de criterios para optimizar las propiedades de una mezcla asfáltica adaptándola a las condiciones particulares de un proyecto y su ubicación en la estructura del pavimento, con la finalidad de lograr una mezcla que ofrezca el mejor comportamiento y durabilidad una vez puesta en servicio.

ASPECTOS A CONSIDERAR EN LA SELECCIÓN DE UNA MEZCLA

En el caso especifico de Venezuela, y posiblemente en otros países latinoamericanos tropicales, deben considerarse los siguientes aspectos en el diseño y definición de las propiedades de las mezclas de CA.

  • Tráfico con alta incidencia de sobrecarga.
  • Debido a su ubicación geográfica el país presenta altas temperaturas durante todo el año, lo que induce un rápido endurecimiento del ligante asfáltico.
  • Las principales fallas que se observan en nuestros pavimentos son: agrietamiento por fatiga y disgregación de diferente severidad (problemas de durabilidad). En menor grado grietas de contracción.
  • A pesar de las altas temperaturas no se presentan mayores problemas de deformación y ahuellamiento de mezclas.

 

Un aspecto importante en todo proceso de ingeniería, como lo es el diseño y selección de una mezcla asfáltica, es el aspecto conceptual de funcionamiento de la mezcla. O sea, la respuesta a la pregunta ¿cómo trabaja una mezcla asfáltica?

Una mezcla asfáltica trabaja en base a propiedades mecánicas, las partículas de agregado son aglutinadas por el ligante asfáltico, produciéndose una trabazón del agregado que da como resultado una mezcla estable. No se produce ningún tipo de reacción química.

El agregado pétreo constituye aproximadamente un 95 % en peso de las mezclas y en base a lo indicado es responsable principal de las propiedades mecánicas de la mezcla. Las principales propiedades de los agregados se discuten a continuación.

Agregado pétreo
Las especificaciones constructivas indican una serie de requerimientos para los agregados de las mezclas de CA. Entre estas se consideran básicas: gradación, dureza, forma, adherencia, textura y limpieza. De estas propiedades la gradación, la forma y limpieza son controlables mediante el proceso de trituración y cernido de los agregados. El resto son propiedades intrínsecas del propio agregado no modificables. En todo caso las propiedades modificables son fundamentales en la mezcla. De aquí el proceso de selección de una mezcla asfáltica comience por la producción de un agregado con las propiedades requeridas de acuerdo con las propiedades buscadas en la mezcla.

Ligante asfáltico
En Venezuela, se discutió y promulgó –en 1996- una nueva Norma para Cementos Asfálticos. Esta Norma clasifica los ligantes en base a viscosidad absoluta a 60° C. Siendo los mas empleados en pavimentación A-20 y A-30, con viscosidades mínimas de 2.000 y 3.000 poises respectivamente. La comisión que preparó esta Norma no consideró necesario –para Venezuela- el uso de la clasificación de ligantes por grados PG adoptada por SUPERPAVE.

Por otra parte, es importante considerar que los ligantes venezolanos son considerados de alta calidad y en su totalidad producidos por la industria petrolera nacional (PDVSA) con altos estándar de calidad. O sea que el tipo de ligante y su calidad no se considera una variable crítica en la producción de mezclas asfálticas.

CRITERIOS DE SELECCIÓN DE LA MEZCLA
Las propiedades de una mezcla asfáltica deben corresponder a las solicitudes que la mezcla va a soportar en servicio. En forma integral deben considerarse los siguientes aspectos: resistencia a la fatiga, a deformación permanente, al agrietamiento a baja temperatura, a la fatiga térmica, baja susceptibilidad al agua/humedad y ofrecer adecuado aporte estructural.
Si bien estas son las propiedades generales, en la práctica es imposible maximizarlas todas en una misma mezcla. De aquí la necesidad de optimizar la mezcla en función a las solicitudes particulares de servicio a que esta será sometida en una obra en particular. Específicamente, deben considerarse: el tipo de obra, cargas (magnitud y repeticiones), tipo de subrasante, condiciones atmosféricas (temperatura y precipitación), tipo de estructura de pavimento y la ubicación de la mezcla dentro de la estructura.
Por ejemplo una mezcla a ser empleada en repavimentación de un pavimento rígido requiere propiedades diferentes a las de una mezcla a ser usada para conformar un pavimento apoyado en una subrasante arcillosa de bajo valor soporte. De igual forma una mezcla empleada como base asfáltica en un aeropuerto debe tener propiedades diferentes a una mezcla a ser usada como capa de rodamiento de una avenida urbana.

En forma genérica pudiera decirse que las mezclas de CA deben tener las siguientes propiedades en función a su ubicación en la estructura del pavimento:

Capas de rodamiento: Fricción, poca permeabilidad, resistencia al medio ambiente y a deformación permanente.

Capas inferiores: resistencia a fatiga, resistencia mecánica (aporte estructural)

Igualmente –en forma general- pudiera decirse que es deseable que todas las mezclas ofrezcan aporte estructural y durabilidad, además de las propiedades particulares según su uso y ubicación en el pavimento con la finalidad de ofrecer la mayor resistencia a los agentes de deterioro de cada obra.

En Venezuela los problemas y fallas mas observados en nuestros pavimentos son: agrietamiento por fatiga, disgregación que produce huecos y falta de fricción en las capas de rodamiento. En menor grado: grietas de contracción y deformación permanente.
De estas fallas las mas perjudiciales son la fatiga y la disgregación (durabilidad), por cuanto afectan la capacidad estructural del pavimento en forma directa, sin embargo ambas son relativamente controlables optimizando algunas propiedades de la mezcla mediante ajustes en la curva granulométrica de los agregados y en la cantidad de ligante en la mezcla.

 

Para lograr mezclas con buena respuesta en estos dos aspectos deben producirse mezclas con bajo contenido de vacíos totales, lo cual puede lograrse atendiendo los dos aspectos indicados, los cuales hemos denominado –conjuntamente- con la compactación de la mezcla en obra, parámetros controlables. Esto debe combinarse con un adecuado % de VAM (vacíos en el agregado mineral) que permita una suficiente cantidad de ligante que no sacrifique otras propiedades, en especial la durabilidad de la mezcla.

Uso de la mezcla
Es evidente que el ingeniero debe seleccionar la mezcla y sus propiedades en función del uso que se le dará a la mezcla y las solicitudes a que va a ser sometida durante su vida de servicio, cargas y condiciones ambientales. En muchos casos es necesario sacrificar alguna propiedad con la finalidad de maximizar otra que mejorará el comportamiento de la mezcla en el pavimento. Por ejemplo, en algunas vías pudiera ser mas conveniente diseñar y construir una mezcla que se deforme y no que se fatigue o disgregue, bajo el concepto que el público usuario aceptará mejor una leve deformación que un hueco.

Una mezcla a ser construida en una zona de alta precipitación y humedad debe tener buen recubrimiento asfáltico del agregado y bajos vacíos para tener una adecuada durabilidad, sin embargo esta condición pudiera ser un problema si se requiere alta estabilidad. En este caso es probable que la solución pase por una exigente selección de los agregados, para lograr una mezcla que ofrezca buenas características en ambas propiedades.

Ubicación de la mezcla en la estructura del pavimento
Es claro que las solicitudes de una mezcla varían según su ubicación en la estructura. En general las propiedades deseables de las mezclas son:
Rodamiento o desgaste: la capa superficial debe tener buena fricción y textura, resistencia al medio ambiente (durabilidad), baja permeabilidad, resistencia a deformación permanente y trabajabilidad.
Capa intermedia: buena resistencia mecánica, estabilidad (E*), aporte estructural y durabilidad.
Capa base: resistencia a fatiga, a la humedad y buena durabilidad.

Solicitaciones de servicio
Las solicitudes a que son sometidas las mezclas en las distintas capas del pavimento son fundamentalmente, esfuerzos-deformaciones y medio ambiente, los primeros inducidos por las cargas las cuales son significativamente variables en los pavimentos, por ejemplo los esfuerzos impuestos por las aeronaves comerciales son considerablemente mayores que las de vehículos de carga en carreteras.

Con respecto al medio ambiente, debe considerarse en primer término la presencia de agua y humedad que penetra en las mezclas afectando las propiedades del ligante y la unión agregado-asfalto. Así como las variaciones de temperatura que inducen agrietamiento por fatiga térmica. En el caso de Venezuela, a pesar de tener altas temperaturas e importante sobrecargas, en la mayor parte del país, no se presentan importantes problemas de ahuellamiento y/o deformación permanente de las capas asfálticas. Lo que pudiera explicarse por la alta estabilidad de las mezclas que se producen y la rápida oxidación del ligante asfáltico debido a la ubicación geográfica.

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