ACERCA DEL PORCENTAJE DE PARTICULAS CHATAS Y ALARGADAS

Ing° Germán Vivar Romero

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1.0 INTRODUCCIONLas Especificaciones Técnicas Generales del Ministerio de Transportes y Comunicaciones (EG-2000) establecen lo siguiente respecto de los porcentajes admisibles de partículas chatas y alargadas en los diferentes materiales de pavimentación:

Cuadro 1. Requisitos de los Porcentaje de Partículas Chatas y Alargadas para diferentes materiales de pavimentación según MTC EG-2000

* En estos casos se indica que la relación a emplearse sea 1/3 (espesor/longitud).

2.0 EL PROBLEMA2.1 La norma de ensayo MTC E221-1999 se denomina: Indice de Aplanamiento y de Alargamiento de los Agregados para Carreteras y está basada en las normas BS 812 (británica) y NLT 354 (española).2.2 En esta norma se define como el “Indice de Aplanamiento” de una fracción del agregado grueso, al porcentaje en peso de las partículas que la forman, cuya dimensión mínima (espesor), es inferior a 3/5 de la dimensión media de la fracción. Asimismo, se define al “Indice de Alargamiento” de una fracción del agregado grueso, como el porcentaje en peso de las partículas que la forman, cuya dimensión máxima (longitud), es inferior a 9/5 de la dimensión media de la fracción.2.3 Para las determinaciones de los Indices de Aplanamiento y de Alargamiento, utiliza dos calibradores metálicos: uno de ranuras para calibrar espesores (ver Fotografía 1 y Figura 1) y uno de barras para calibrar longitudes (ver Fotografía 2 y Figura 2).2.4 El tamaño mínimo del agregado que se utiliza con este método de ensayo es de ¼”.2.5 La expresión de resultados en esta norma es para cada fracción ensayada o para el total de la muestra, pero considerando por separado a los Indices de Aplanamiento y de Alargamiento.2.6 La norma de ensayo ASTM D 4791-99 se denomina: Método de Ensayo Estándar para Partículas Chatas, Partículas Alargadas, o Partículas Chatas y Alargadas en el Agregado Grueso y tiene como Referencias Normativas a otras normas ASTM, todas de un solo país de origen ( EE.UU.).2.7 Según esta norma, Partículas Chatas y Alargadas del Agregado, son aquellas partículas que tienen una relación de longitud a espesor mayor que un valor especificado. Las relaciones largo:espesor que se pueden determinar con esta norma son: 2/1, 3/1, 4/1 y 5/1.2.8 El tamaño mínimo del agregado que se utiliza con este método es de 3/8” ó N° 4.2.9 Para la determinación del porcentaje de partículas chatas y alargadas, utiliza uno de dos calibradores-comparadores de proporciones: uno de dos postes fijos y un eje móvil (ver Fig. 3) y otro de varios postes fijos y un eje móvil (ver Fig. 4). En el primero de ellos se fija la longitud y se define a la partícula chata y alargada como aquella que pasa por la abertura menor,

prefijada según una proporción determinada. Si se usa el segundo calibrador en las pruebas, se fija el espesor y se define a la partícula chata y alargada como aquella cuya longitud no pasa por la abertura mayor, según una proporción prefijada.

Fotografía 1 y Figura 1. Calibrador de Aplanamiento del MTC.

2.10 La expresión de resultados en este método es en porcentaje calculado por número, por masa o por ambos de: (a) partículas chatas; (b) partículas alargadas; y (c) total de partículas chatas y alargadas.

Figura 2. Calibrador de Alargamiento del MTC.

3.0 ANALISIS3.1 Las especificaciones del MTC para Sub-Base y Base, establecen que el ensayo de Partículas Chatas y Alargadas se haga siguiendo las normas MTC E-221 y ASTM D 4791, como si fueran equivalentes o similares; no obstante, tienen diferencias fundamentales (ver Cuadro 2).3.2 Cuestionamos la validez de la norma MTC E-221 en la determinación del Porcentaje de Partículas Chatas y Alargadas por lo siguiente: (a) No toma en cuenta el requisito de la relación 1/3 (espesor/longitud) a emplearse en los ensayos, especificado en las EG-2000. Las fracciones consideradas en esta norma son 3/5 (Indice de Aplanamiento) y 9/5 (Indice de Alargamiento). La norma ASTM D 4791 considera proporciones de 1/2, 1/3, 1/4 y 1/5;(b) No expresa sus resultados como lo requieren las EG-2000: en Porcentaje de Partículas Chatas y Alargadas, sino como Indices de Aplanamiento y de Alargamiento, lo que conduce a la práctica errónea de sumar los resultados individuales, con evidente perjuicio para el material

que está siendo analizado (ver Cuadro 3). La norma ASTM D 4791 si expresa sus resultados como lo requieren las EG-2000; y

Figura 3. Calibrador de proporciones de la ASTM con un eje móvil y dos ejes fijos.

Figura 4. Calibrador de proporciones de la ASTM con un eje móvil y varios postes fijos.

POSTE FIJO

BRAZO OSCILANTEPERNO DE ALETAS

PLANTA

BASE

POSTE FIJO

POSTE FIJO

POSTE FIJO

BRAZO OSCILATORIO

PERFORAR 3 AGUJEROS PARA EL PERNO DE ALETAS

(c) Contiene errores (algunas de las dimensiones del calibrador de aplanamiento en la Figura 1 son diferentes a las correspondientes de la Tabla 1 de la norma); y omisiones (la Tabla 1 de la norma no incluye las llamadas 1 y 2 indicadas en “Abertura de la Ranura” y en “Separación de las Barras”, respectivamente). La norma ASTM D 4791 no contiene errores ni omisiones.

Cuadro 2. Comparativo entre normas de ensayo MTC E-221 y ASTM D 4791

3.3 Las especificaciones del MTC para Pavimento de Concreto Asfáltico Mezcla en Caliente (Sección 410) y las especificaciones de Pavimento de Concreto Hidráulico (Sección 501) y de Concreto para Obras de Arte y Drenaje (Sección610), establecen que el ensayo de partículas chatas y alargadas se haga siguiendo únicamente la norma MTC E-221. Habiéndose demostrado que esta norma es cuestionable pues contiene errores y omisiones y lo que es más importante: no permite obtener el Porcentaje de Partículas Chatas y Alargadas, a menos que se cometa el error de sumar sus resultados (ver Cuadro 3), se deduce que las EG-2000 contienen un error que solamente puede atribuirse a una de las siguientes posibilidades:

(a) A suponer que la norma MTC E-221 permite obtener el Porcentaje de Partículas Chatas y Alargadas, lo que se ha demostrado no es cierto, en cuyo caso las especificaciones debieran señalar solamente a la ASTM D 4971 como única norma de ensayo; o

b) A especificar un “Porcentaje de Partículas Chatas y Alargadas” en vez de especificar un “Porcentaje de Partículas Chatas” y otro “Porcentaje de Partículas Alargadas”, por separado, lo que no representa el espíritu de la norma, pues el primero siempre será mayor que la suma de los dos últimos. En el Cuadro 3 se consignan los resultados de ensayos efectuados con las dos normas de ensayo sobre materiales de cuatro canteras en una región con pisos altitudinales comprendidos entre 2,500 y 4,300 m.s.n.m., caracterizada por abundancia de esquistos, fillitas y pizarras (ver Fotografía 3). Allí se aprecia que los ensayos efectuados con la norma ASTM D 4791 para una relación espesor:longitud de 1/3, arroja valores promedio de 3 y 0.3 para los Porcentajes de Partículas Chatas y de Partículas Alargadas respectivamente, mientras que el Porcentaje de Partículas Chatas y Alargadas para una relación espesor:longitud de 1/3 es de 29.7 en promedio, el mismo que se reduce a 8.1 cuando la relación espesor:longitud adoptada en los ensayos es de 1/5. Los ensayos con la norma MTC E-221 en cambio, arrojan valores de los Indices de Aplanamiento y Alargamiento de 17 y 52.2, respectivamente, cuya suma alcanza un

valor de 69.1 (¡!), mientras que según la norma ASTM D 4791 la suma de los porcentajes de partículas chatas y de partículas alargadas sería de solamente 3.3.

3.4 La Especificación Estándar AASHTO M 147-65 (1990): “Materiales para Capas de Sub-base, Base y Superficie1, de Agregados y Suelo-Agregados”, no pone límites al porcentaje de Partículas Chatas y Alargadas en los agregados gruesos. La Especificación Estándar AASHTO M 80-87 “Agregado Grueso para Concreto de Cemento Pórtland” tampoco limita el porcentaje de Partículas Chatas y Alargadas. La Especificación Estándar AASHTO M 283-83 (1990) “Agregados Gruesos para la Construcción de Carreteras y Aeropuertos”, en cambio dice a la letra: La porción de agregados retenida en la malla de 9.5 mm (3/8”), no deberá contener más de 15 por ciento en peso de partículas que sean chatas, alargadas o ambas, cuya relación entre las dimensiones máxima y mínima de un prisma rectangular circunscrito exceda de 5:1. En este caso, se entiende que la AASHTO no pone limitaciones para los materiales de Sub-base y Base e incluso de Afirmado (que a diferencia de los otros dos, estará sometido a las cargas directas no solamente del equipo de obra sino también del tránsito vehicular en servicio), debido a que la resistencia a flexión de los agregados, es varias veces inferior a la resistencia de cualquier tipo de roca ígnea, sedimentaria o metamórfica. En el caso de los concretos asfáltico e hidráulico en cambio, el problema fundamental es la trabajabilidad, que en el caso del concreto hidráulico puede ser controlada usando aditivos, pero no así en el caso del concreto asfáltico. Esto explica la aparente “omisión” en las especificaciones de la AASHTO para concreto de cemento Portland.

1 Lo que en Perú denominamos “Afirmado”.

Fotografía 3. Detalle de los agregados típicos de las canteras analizadas en el Cuadro 3.

3.5 Comentario aparte merece el porcentaje máximo permisible por la AASHTO de 15% para cualquier tipo de partícula, sea chata, alargada, o la suma de ambas; y el requerimiento de una relación 5:1 (largo:espesor) especificado para el concreto asfáltico. Entendemos que esos valores son resultado de una gran cantidad de investigación y experiencias recopiladas a lo largo del tiempo en países como los EE.UU., en los que esas prácticas son comunes. En nuestro país, sin tradición de investigación ni acumulación orgánica de experiencias, no se justifica que la entidad responsable de la normalización en carreteras, emita una especificación añadiendo o modificando, sin aval ni sustento, requisitos que luego no podrán ser cumplidos en la práctica.

4.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1 Las EG-2000 del MTC especifican la determinación de los Porcentajes de Partículas Chatas y Alargadas para todos los materiales de pavimentación mediante la norma de ensayo MTC E-221. La norma ASTM D 4791 solo es permitida como alternativa en los casos de Sub-base y Base Granulares, para las que especifica una relación espesor : longitud de 1/3. En los otros casos (concretos asfáltico y de cemento Pórtland) no especifica esa relación. Sin embargo, los métodos de ensayo MTC E-221 y ASTM D 4791 no son equivalentes. El método de ensayo MTC E-221 solo permite determinar los Indices de Aplanamiento y de Alargamiento por separado, empleando relaciones de 3/5 (espesor : dimensión media de la fracción de ensayo) y 9/5 (longitud : dimensión media de la fracción de ensayo), mientras que el método de ensayo ASTM D 4791 permite determinar los Porcentajes de: (a) Partículas Chatas, (b) Partículas Alargadas y (c) Partículas Chatas y Alargadas, con relaciones ancho : espesor y longitud : ancho comprendidas entre 2/1 a 5/1. Esto obliga a los usuarios a la práctica frecuente (y errónea) de sumar los resultados de los Indices de Aplanamiento y Alargamiento, lo que puede pasar desapercibido en regiones con agregados procedentes de rocas ígneas y sedimentarias, sin contenidos apreciables de ese tipo de partículas, pero que cobra especial interés en zonas de

rocas metamórficas del tipo pizarras, lutitas y esquistos, donde siguiendo esa práctica, no es posible cumplir con las exigencias de las especificaciones.

4.2 El método de ensayo ASTM D 4791 es más completo que el método de ensayo MTC E-221 pues permite determinar los Porcentajes de: (a) Partículas Chatas, (b) Partículas Alargadas y (c) Partículas Chatas y Alargadas, con diferentes relaciones ancho : espesor y longitud : ancho; y es el único entre ambos que permite cumplir con las especificaciones EG-2000 del MTC. Por lo demás, la norma de ensayo MTC E-221 contiene errores y omisiones, que sumado a lo descrito, cuestionan su aplicabilidad.

4.3 Por lo expuesto concluimos en que la determinación del Porcentaje de Partículas Chatas y Alargadas debe ser hecha siguiendo el método de ensayo contenido en ASTM D 4791. La norma MTC E-221, la que debe ser revisada y corregida, o mejor aún, anulada.

4.4 Los contenidos de partículas chatas, de partículas alargadas, y/o de partículas chatas y alargadas perjudican la distribución y compactación de las mezclas asfálticas, motivo por el cual son limitados en las Especificación Estándar AASHTO M 283-83 (1990) “Agregados Gruesos para la Construcción de Carreteras y Aeropuertos”. Entendemos que no se limitan en las Especificaciones Estándar correspondientes a Sub-base y Base Granulares, porque el problema con las partículas quebradizas es mínimo cuando esos materiales quedan cubiertos por la Carpeta Asfáltica. Entendemos también que no se restringen en las especificaciones de Concreto de Cemento Pórtland de la AASHTO y del ACI, debido a que los problemas de trabajabilidad se pueden resolver usando aditivos. En tal sentido, recomendamos la revisión y corrección de las EG-2000 en lo concerniente a las normas de ensayo para la determinación de los Porcentajes de Partículas Chatas y Alargadas, que deberán referirse únicamente a la norma ASTM D 4791; así como en lo concerniente al porcentaje permisible de Partículas Chatas y Alargadas en la Carpeta Asfáltica, cuyo valor deberá ser 15% para una relación ancho : espesor o longitud : ancho, de 5/1, tal como se especifica en AASHTO M 283-83, hasta que investigaciones locales justifiquen otros valores. Igualmente, se propone eliminar la exigencia de Partículas Chatas y Alargadas en las especificaciones de Sub-Base, Base y Concreto Hidráulico.

REFERENCIAS

1.- EG-20002.- EM-19993.- Especificaciones Estándar AASHTO4.- Ensayos de Materiales AASHTO.5.- Catálogos Humboldt y ELE Internacional.