CAPÍTULO 9

ASPECTOS PETROLÓGICOS DE LOS AGREGADOS PÉTREOS PARA PAVIME�TOS E� COLOMBIA

Geol M. Sc. Juan Montero Olarte1

1. INTRODUCCIÓN La calidad y durabilidad de los pavimentos depende en parte del buen uso de los pétreos que hacen parte de su estructura y en el caso Colombiano de que la representatividad de los ensayos de calidad, así como las normas y especificaciones se ajusten a la disponibilidad de tales materiales en el medio. El deterioro prematuro del pavimento puede ocurrir por varias razones, una de las cuales tiene que ver con el comportamiento y durabilidad de los agregados pétreos que se usan en sus capas constitutivas. Estos materiales deben cumplir un conjunto de requisitos de calidad física y mecánica; emplearse de manera apropiada; mantenerse estables frente a los agentes climáticos y no reaccionar de manera inconveniente con los componentes del concreto. Aptitudes como la deficiente adhesividad del asfalto con ciertos agregados, causa el deterioro de la capa superior del pavimento y finalmente algunas características de los agregados pétreos como su textura superficial -inherente o adquirida- la forma de las partículas y otros rasgos debidos a su textura, se reflejan en ocasiones en un mal comportamiento de las capas estructurales del pavimento. Por otra parte, en la tecnología de los pavimentos se han adoptado varios ensayos con base en los cuales se pretende establecer los requisitos que deben cumplir los agregados para que los pavimentos se comporten satisfactoriamente y sean durables. El papel y validez de estos ensayos tienen mucha influencia en la caracterización y evaluación del comportamiento de los materiales de pavimentos. En este trabajo se exponen y comentan varios aspectos petrológicos y litológicos de los agregados pétreos, con alguna influencia en el comportamiento y durabilidad de los pavimentos: la relación entre la textura y composición química y mineral de los agregados pétreos y las solicitaciones de calidad de los materiales, junto con los ensayos y requisitos de calidad previstos en ingeniería de pavimentos; el papel del clima; el papel y validez de algunos de los ensayos; y la aplicabilidad de los requisitos de calidad establecidos para nuestro medio. Se comenta brevemente a continuación la distribución, calidad y uso potencial de las fuentes de agregados en Colombia, en particular en la Sabana de Bogotá, y se propone finalmente un programa de seguimiento del comportamiento de los pavimentos en el Distrito Especial de Bogotá, encaminado a mejorar nuestra tecnología en el campo del diseño racional de pavimentos y optimizar los procedimientos constructivos y el control de calidad, en beneficio de la optimización del servicio de nuestra malla vial

1 Profesor Asociado Universidad Nacional de Colombia

138

2. INFLUENCIA DE LA PETROLOGÍA EN EL COMPORTAMINTO DE LOS PAVIMENTOS

2.1 Generalidades La estabilidad y calidad de los pavimentos depende de un conjunto de factores íntimamente relacionados: (1) Las condiciones de estabilidad y comportamiento general de la sub-rasante. (2) Las condiciones de drenaje en el terreno de fundación y en las capas del pavimento. (3) Las características de resistencia y deformabilidad de los agregados incorporado en las

capas estructurales del pavimento. (4) Las características de adhesividad del agregado pétreo que se liga con el asfalto en la

carpeta asfáltica. (5) El uso apropiado

2de los materiales. (6) La durabilidad de los agregados

3

(7) La limitación en el uso de materiales pétreos que contengan minerales reactivos.4

A pesar de que es difícil substraer del tema otros factores de mucha importancia relacionados con el comportamiento de los pavimentos, se trata de destacar en esta presentación los aspectos que tienen que ver con el desempeño de los agregados pétreos empleados en las diferentes capas de los pavimentos y en los concretos en general. En la Tabla I se muestran las principales solicitaciones de calidad que determinan el buen comportamiento de los pavimentos y se correlacionan de una manera general estas solicitaciones con factores petrológicos y los ensayos de calidad. Las rocas constituyen mezclas muy variables de minerales, con texturas diferentes, factores éstos que dependen de su origen, y que se proyectan de alguna manera en su comportamiento en las obras de ingeniería. Su composición y textura reflejan una serie encadenada de hechos que precedieron su larga historia de su formación y su interacción con el medio ambiente plantea un delicado equilibrio químico constantemente alterado por los agentes climáticos y otros factores. Su comportamiento en ingeniería puede considerase que sintetiza todos los procesos que antecedieron a su génesis. Por otra parte, los agregados pétreos comprenden el 80% a 90% del material usado en la construcción de los pavimentos y entonces no es sorprendente que el comportamiento físico y mecánico de estas estructuras guarde una estrecha relación con la génesis de estos materiales. 2.2 RESISTENCIA

2 Uso apropiado: se refiere a que la estabilidad no esté comprometida por factores tales como dosificación inapropiada,

deficiente manejo de las mezclas, o inadecuados procedimientos constructivos en general, entre otros. 3 Durabilidad de los agregados: Que los agregados cumplan los requisitos de calidad requeridos, durante todo el período de

diseño del pavimento 4 Minerales reactivos: deterioro del concreto por la presencia de minerales que reaccionan químicamente con los

componentes del concreto (reacción sílica-agregado, reacción sílica –carbonato y otras)

139

Los agregados y en su conjunto las capas constitutivas del pavimento deben soportar y transmitir en forma adecuada las cargas estáticas y dinámicas impuestas por el tráfico, para

Tabla I

AGREGADOS PÉTREOS: CORRELACIÓN DE LAS SOLICITACIONES DE CALIDAD CON LA LITOLOGÍA Y LOS ENSAYOS ÍNDICE

SOLICITACIONES DE COMPORTAMIENTO

PETROLOGÍA

ENSAYOS INDICE

RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD DE LOS AGREGADOS

TEXTURA (FÁBRICA) GRADO DE METEORIZACIÓN RASGOS DE ESFUERZOS

DESGASTE DMA

DURABILIDAD DE LOS AGREGADOS

MINERALOGÍA CLIMA

SOLIDEZ EN SULFATOS

REACTIVIDAD MINERAL

MINERALOGÍA

ANÁLISIS PETROLÓGICO

ADHERENCIA PÉTREO-ASFALTO

CONTENIDO DE CUARZO TEXTURA SUPERFICIAL

ADHERENCIA (F/B) ANÁLISIS PETROGRÁFICO

DRENAJE

MINERALOGÍA CLIMA

GRADACIÓN

lo cual deben cumplir ciertos requisitos de resistencia, deformabilidad, tenacidad y abrasión.

• Las rocas con fábrica cristalina masiva, sean ígneas, sedimentarias o

metamórficas, como diabasa, cuarcita o caliza, son las más resistentes y menos

deformables de todas y en su condición de roca fresca y sana5, cumplen

satisfactoriamente las solicitaciones de calidad citadas. Solo un 30% de las rocas

metamórficas foliadas (filitas y esquistos por ejemplo) y el 10% al 15% de las

5 Roca fresca: aquella que no se ha degradado por meteorización química. Roca Sana: aquella

que no se ha degradado mecánicamente en la naturaleza (cizalladura en zonas de falla, por ejemplo)

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sedimentarias clásticas (areniscas bien cementadas, limolitas silíiceas,) satisfacen

esta calidad.

Es conveniente además que los agregados pétreos posean ciertas características de forma,

angularidad y rugosidad, y que dentro de la capa donde se usen, cumplan además requisitos especiales de gradación. En la Tabla II se complementan los factores y correlaciones contenidas en la Tabla I, respecto de estos últimos aspectos, los cuales influyen en parte, en que los agregados se puedan acomodar en la forma más compacta posible durante la construcción y en parte, en que se optimice la resistencia del conjunto.

Tabla II

PETROLOGÍA DE PAVIMENTOS: CARACTERÍSTICAS DE LAS

PARTÍCULAS

CARACTERÍSTICAS DE INTERÉS

PETROLOGÍA

ENSAYOS

FORMA

PLANARIDAD- ELONGACIÓN ANGULARIDAD (REDONDEZ)

TEXTURA Y FABRICA

INDICES AL-AP

TEXTURA SUPERFICIAL

RUGOSIDAD

TEXTURA DESGASTE NATURAL

DESCRIPCIÓN FÍSICA

GRADACIÓN

TAMAÑO DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑOS PRESENCIA DE FINOS PLÁSTICOS

LITOLOGÍA PROCESOS DE TRITURACIÓN MÉTODOS CONSTRUCTIVOS

DESCRIPCIÓN FÍSICA ESPECIFICACIONES

141

Con respecto a las características de forma, angularidad, rugosidad y gradación, con basee en observación y experimentación de han podido definir algunas características de comportamiento:

• Experimentalmente se ha podido establecer que la mayor proporción de partículas

planas en un agregado, incrementa la abrasión, fracturación y deformación

permanente acumulada bajo cargas repetidas y hace decrecer la rigidez6

• La mayor parte de las rocas laminadas dentro de las sedimentarias (shales, y otras

con abundante arcilla y mica); las foliadas, dentro de las metamórficas (pizarra,

esquisto) y muchas lavas (debido a su alto contenido de vidrio, estas rocas se

astillan en el proceso de trituración, si están algo descompuestas)

• El incremento en la angularidad de las partículas, si bien incrementa la resistencia

al corte, incrementa también su tendencia a la fracturación, en detrimento de la

rigidez.

• Con un mismo esfuerzo de compactación, la mayor proporción de material angular

contribuye a propiciar una mayor relación de vacíos que se traduce en menos

incremento en resistencia, comparado con el caso de que la relación de vacíos se

mantenga constante. Finalmente la mayor cantidad de partículas rugosas

contribuye a incrementar la resistencia al corte del conjunto de los agregados en

una capa, efecto que es mayor a relación de vacíos constante que a esfuerzo de

compactación constante.

• La angularidad y rugosidad de las partículas depende mucho de la textura del

agregado, del origen del agregado en la fuente y del proceso de trituración. Los

agregados provenientes de rocas de grano grueso por lo general son rugosos, pero

los agregados de origen aluvial presentan generalmente textura lisa, en especial si

son cuarzosos.

2.3 DURABILIDAD Los agregados deben ser aptos para resistir la acción de la temperatura, la humedad, los ciclos naturales de humedecimiento-secado y otros agentes climáticos, sin que se invalide el Diseño. Ciclos de humedecimiento- secado La meteorización debida a ciclos de humedecimiento-secado puede afectar la durabilidad de ciertos agregados que poseen minerales con altos coeficientes de expansión-retracción. En presencia de ciclos de humedecimiento-secado estos minerales se expanden cuando se humedecen y luego se contraen cuando se desecan, con lo cual se fisuran y se desintegran muy rápidamente provocando el deterioro prematuro del pavimento.

• Este tipo de comportamiento afecta en particular a los Shales-Tipo Suelo7.

También algunas areniscas (grawaca) y pizarras, y otras rocas con un alto

6 Ensayos triaxiales en calizas duras trituradas con diferentes proporciones de partículas planas (Dunn and Bora);

resultados de ensayos de desgaste DMA, corte-triaxial y compatación, con diferentes gradaciones y porcentajes de partículas planas (Gur, Shklarsky and Livneh); y varios más citados por Thomas Telford (1994)

142

porcentaje de minerales arcillosos. En contraste las rocas ricas en cuarzo,

feldespato y carbonato de calcio como el granito y otras rocas plutónicas; la

cuarcita, entre las metamórficas y la caliza, entre las sedimentarias, no se

deterioran tanto por la acción del clima.

• Es difícil limitar el uso de las lutitas y otras rocas susceptibles a ciclos de

humedecimiento-secado en pavimentos. Se considera entones muy conveniente

tener mejor información sobre los tipos de rocas y variedades de éstas cuyo uso se

debe limitar.

Ciclos de congelamiento – deshielo En zonas donde se presentan condiciones naturales de Congelamiento-Deshielo, puede ocurrir la descamación o agrietamiento de la pasta de cemento o de los agregados del concreto. Se presenta sobre todo en concretos externos y se relaciona con la porosidad, absorción y estructura de los poros. Un agregado puede absorber tanta agua, que no permite acomodar la expansión y presión hidráulica generada durante el congelamiento rápido del agua que se acomoda en sus poros, lo cual puede traducirse en el deterioro del concreto como consecuencia de la expansión del agregado.

• Se afectan principalmente en los agregados más gruesos, con porosidades más

altas y poros con tamaños entre 0.1 y 5 µm que se saturan más fácilmente y causan

deterioro del concreto. Poros más gruesos se saturan con más dificultad y en poros más finos pocas veces se alcanza a congelar el agua rápidamente. Poros de este tamaño son lo bastante grandes para permitir la entrada del agua pero no

suficientemente grandes para que el agua drene fácilmente bajo la presión ejercida

por el hielo. ( IL-SEOK OH, 2001)

• El agrietamiento de los agregados pétreos depende entonces principalmente, del

tamaño y características de los poros de ciertos tipos de rocas y del ambiente

climático. Con respecto al clima, solamente en regiones muy frías, con

temperaturas alrededor del punto de congelación del agua.

• El problema se reduce seleccionado bien los agregados por su historia de

comportamiento en ciclos de congelamiento-deshielo o reduciendo al máximo el

tamaño de las partículas en el caso de usar materiales marginales.

• Es muy probable que el deterioro de los concretos por congelamiento deshielo no

se da en nuestro país, ni siquiera en la sabana de Bogotá u otros sitios donde la

temperatura desciende bastante, pero no lo suficiente para que se presenten

condiciones de congelamiento-deshielo.

7 Shales bien cementados y limolitas silíceas

143

REACTIVIDAD MINERAL En la fabricación de concretos debe limitarse o restringirse el uso de agregados pétreos que posean dentro de sus componentes substancias minerales reactivas con los componentes del concreto o prever el ataque de soluciones químicas nocivas. Tres reacciones se consideran particularmente preocupantes: la reacción Álcali-Sílica RAS, la reacción Alcali-Carbonato RAC y el ataque del concreto por sulfatos. Reactividad álcalis-sílica (RAS)

• Se trata de una reacción química entre los álcalis del cemento Pórtland y ciertos

agregados que contienen calcedonia, ópalo y otras formas de sílice amorfa,

microcristalina o criptocristalina. El proceso se inicia con la disolución de los

álcalis del cemento y su concentración en el agua, a partir de la mezcla inicial con

el cemento y los agregados pétreos. Esta concentración de álcalis aumenta

gradualmente a medida que el agua se va consumiendo en el proceso de

hidratación. La solución resultante ataca los agregados ricos en sílice amorfa y se

forman geles de sílice alcalina que provocan altas presiones osmóticas. A causa de

estas presiones se forman pequeñas fisuras donde los geles se van inyectando de tal

manera que, más tarde, las fisuras se agrandan y se propagan hasta alcanzar la

superficie del hormigón donde las grietas así formadas exudan los geles. Esto

ocasiona un serio deterioro del concreto. Aunque el daño puede tardar algunos

años antes que se haga notorio, una vez que se inicia es prácticamente imposible

contrarrestarlo, es decir que lo más aconsejable es prevenirlo. Los tipos comunes

de agregado que contienen sílica reactiva se presentan en la Tabla III

El daño se manifiesta con un patrón característico de grietas en la superficie de las losas, señales de exudación de los geles y rasgos de expansión como cierre de juntas, separación de astillas o láminas y soplos. Entre las medidas sugeridas para mitigar la reacción RAS se cuentan las siguientes:

� Limitar el acceso de agua al interior del concreto � Usar cementos con una cantidad limitada de álcalis (< 0,6%) � Limitar el uso de rocas con minerales reactivos � Usar compuestos inhibidores como hidróxido de litio (costoso) � Usar cementos especiales añadir puzolanas a las mezclas para inhibir la reacción

El GGBFS es un cemento especial: se trata de un cemento granulado de alto horno, que contiene silicato y alumino-silicato de calcio vítreo, que se produce como subproducto en la fabricación del acero. Entre las ventajas que comentan sus fabricantes, en este cemento la cantidad de álcalis es reducida y además consumida en el procesos e hidratación; además, la porosidad es reducida, lo cual dificulta la movilidad de los álcalis y reduce la cantidad del liquido que reacciona con el agregado reactivo.

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Tabla III

ROCAS Y MINERALES SUSCEPTIBLES

A LA REACCIÓN ÁLCALIS-SÍLICA - RAS

Rocas

Minerales

Rocas sedimentarias Chert opalino Chert calcedónico Caliza silícea Rocas volcánicas Riolitas, Andesitas, dacitas y sus tobas Rocas Metamórficas Filitas

Ópalo (0,25%)8 Calcedonia (5%) Ópalo y/o Calcedonia Vídrio volcánico (3%), vidrio devitrificado y tridimita (illita)

Tomado de Krynine and Judd

Reactividad álcali-carbonato(RAC)

• Se trata de otro deterioro causado por una reacción entre los álcalis de la solución

de poros y caliza dolomítica. Se produce descomposición de dolomita en carbonato

de calcio e hidróxido de magnesio, acompañada de expansión, con formación de

brucita y otros productos.

Dos factores contribuyen a esta reacción: la gradación y la alcalinidad de la solución del cemento. Entre más gruesos sean los agregados, mayor es la tasa de expansión. El

8 Límite de aceptabilidad por peso del mineral en una mezcla (Fred G. Bell, 1993)

145

incremento del pH de la solución del cemento incrementa el potencial de reacción. (Farny and Kosmatka, 1997; ACI, 1998) El deterioro del concreto se manifiesta de manera similar al caso de la RAS: se observa un patrón irregular de grietas en la superficie del pavimento acompañado de rasgos de deterioro como astillas y soplos.

� La manera más efectiva de evitar el deterioro por causa de la RAC es evitar el uso de materiales susceptibles los cual es por lo general fácil (los agregados susceptibles no son muy comunes) pero en el caso de usarlos, conviene mezclarlos con materiales no susceptibles y/o reducir su tamaño máximo.

� También ayuda reducir el contenido de álcalis aún más que en el caso de la RAS. En este caso el uso de las puzolanas no es tan efectivo.

Ataque de Sulfatos

• Es una reacción que ocurre cuando el concreto se expone a contaminación externa

de iones-sulfato presentes en el agua subterránea o en el subsuelo (ataque externo)

o ataque iones-sulfato presentes en el klinker9 o en otras sustancias que se hayan

mezclado en el concreto (ataque interno).

• En el caso del ataque externo se forma yeso (combinación de iones de sulfato y

calcio) y/o etringita que es un sulfato aluminato de calco (combinación de iones de

sulfato y calcio aluminato hidratado) que se expanden, con un alto poder

destructivo en el caso de la etringita.

• En el caso del ataque interno se forma también Etringita (Retardada o Secundaria)

con consecuencias similares pero poco estudiadas hasta ahora.

En pavimentos de concreto, el deterioro causado por el ataque externo del sulfato se manifiesta principalmente en grietas cerca de las juntas y bordes de las losas, generalmente en pocos años. Finas grietas longitudinales pueden también ocurrir paralelas a las juntas.

� Medidas tomadas para prevenir el desarrollo de deterioros por AES incluyen minimizar la cantidad de aluminato tricalcico en el cemento o reducir la cantidad de hidróxido de calcio en la pasta hidratada de cemento mediante el uso de materiales puzolánicos. También se recomienda reducir a menos de 0.45 la relación agua cemento como una medida de mitigación.

� Solo recientemente se ha investigado el ataque interno de los sulfatos como un potencial de daño del concreto y la manera de controlarlos no se conoce bien todavía. Se recomienda por ejemplo limitar el contenido del sulfato en el cemento y se cree que la ceniza volátil puede prevenirlo, pero nada se ha especificado al respecto.

9 cemento hidráulico en el estado que se encuentra cuando sale del horno de producción

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LIGA PÉTREO - ASFALTO

• Según Krynine (1961) las rocas como el granito, debido a su contenido de cuarzo,

son hidrófilas, es decir que poseen gran afinidad por el agua y en consecuencia

repelen los bitúmenes.

• Este aspecto de la mineralogía es todavía un poco confuso y parece que además de

la presencia de cuarzo dentro de los agregados con dificultad de liga, también

influyen otros factores: (1) el asfalto adhiere mejor con partículas rugosas que con

partículas lisas (tensión interfacial), (2) la porosidad provee un mecanismo que

favorece el entrabe ligante-agregado; (3) entre más seca sea la superficie del

agregado, es más difícil que se desprenda el ligante.

3 . DISCUSIÓN SOBRE LOS ENSAYOS Y LA CALIDAD DE LOS MATERIALES Los ensayos de calidad que normalmente se realizan para evaluar el posible comportamiento de los agregados pétreos, deben considerarse solo como valoraciones índice que lo son, es decir, ofrecen únicamente al ingeniero de pavimentos una idea del comportamiento de los materiales en la obra, cuyo desempeño real pueden ser en ocasiones muy diferentes a lo pronosticado. Los límites de aceptabilidad previstos en estos ensayos debe ser el resultado de juiciosas investigaciones y verificaciones de la calidad de los agregados usados en la práctica de la ingeniería, de los criterios de diseño aplicados, de los procedimientos constructivos empleados, del control de calidad establecido y de varios factores más. Además, los agregados pétreos de los pavimentos que se construyen en la Sabana de Bogotá, se obtienen como en otras regiones del país de las fuentes de cantera o aluvión conocidas tradicionalmente que han sido objeto de muy pocos estudios y muestreos de tal manera que la representatividad del muestreo es muy limitada. Además, en la Sabana existen otras posibles fuentes de materiales que no han sido identificadas y caracterizadas suficientemente; mucho menos, usadas, como se plantea más adelante. En la Tabla IV se presentan algunos comentarios sobre la validez de los ensayos más conocidos y usados en nuestro medio. Los análisis petrológicos (Macro y Micro) y los análisis químicos se están usando regularmente en otros países para el estudio de las características de los materiales y muchas instituciones y agencias ha establecido desde hace algunos años métodos y normativas especiales al respecto, en especial para el estudio de los minerales reactivos en los concretos. En nuestra normatividad y términos de referencia para estudios de materiales se citan estos estudios pero no se fijan pautas al respecto. Por otro lado, aunque disponemos de excelentes petrólogos, estos especialistas tienen muy poca experiencia en ingeniería de materiales.

147

Tabla IV

EVALUACIÓN DE LA VALIDEZ DE ALGUNOS ENSAYOS DE CALIDAD

ENSAYO

COMENTARIOS

Desgaste DMA

Ha mostrado modelar de manara aceptable las solicitaciones de tenacidad y abrasión a que son sometidos los agregados pétreos en las capas del pavimento.

Índice Alargamiento-Aplanamiento

Permiten evaluar directamente el porcentaje de partículas que no poseen formas regulares o equidimensionales. No permiten valorar otro aspecto importantes de la forma de las partículas como su angularidad. La forma de la partícula está influida además de la petrología, por el procedimiento usado para producir el triturado.

Solidez en Sulfatos de Na y Mg

Se trata de evaluar la resistencia de los agregados a la degradación por su exposición a ciclos de humedecimiento-secado y /o congelamiento-deshielo. Su uso es criticado por muchos investigadores e ingenieros de materiales quines afirman que ninguno de estos ensayos simula las condiciones reales de degradación y que además, no es reproducible en diferentes laboratorios, especialmente cuando se usa Sulfato de Sodio.10

Adherencia en Frasco y Bandeja

Estos ensayos dan alguna idea de la adhesividad de los agregados con el asfalto. Sin embargo podrían no simular las condiciones de humedad en el terreno. Se debe tener en cuenta simultanea mente el porcentaje de caras fracturadas (Se sabe que las partículas rugosas adhieren mejor que las partículas lisas)

Es necesario destacar el papel de la petrología y de la geología en general en los estudios

de materiales para pavimentos: en cuanto a la petrología: la mutua relación entre la

génesis de los agregados pétreos y su calidad-durabilidad (el comportamamiento -

durabilidad de un pavimento es en una gran medida el comportamiento –durabilidad de

sus materiales)

En la identificación de una fuente, así como en su caracterización y desarrollo minero,

juegan un papel fundamental los aspectos geológicos que tienen que ver con el tipo y

naturaleza del descapote, la proporción de estériles, el volumen y geometría de los niveles

útiles etc.

10 En el caso del desleimiento durabilidad de las rocas lodosas (shales tipo suelo) existen ensayos como el Ensayo de Durabilidad en Jarro (Jar-Slake Test) y el de Durabilidad al Desleimiento (Slake-Durability Test) los cuales, especialmente el segundo, podría usarse y calibrarse para evaluar las rocas lodosas (lutitas) que se usan en pavimentos. Estas rocas son las más vulnerables a la degradación en ciclos de humedecimiento secado.

148

4. DISCUSIÓN SOBRE LAS NORMAS Y ESPECIFICCIONES

Hace muchos años el Ministerio de Obras Públicas de nuestro país adoptó normas y especificaciones usadas en países más desarrollados, sin validar su aplicabilidad a las condiciones de nuestro país, en cuanto a las características del tráfico y las condiciones climáticas y técnicas en general, pero sobre todo, sin consultar sobre las características de nuestros materiales pétreos, en particular su tipo, calidad y disponibilidad. Esas normas y especificaciones se han ido cambiando de manera más bien arbitraria y somos concientes de que la calidad de nuestros pavimentos ha sido en general deficiente. En los años ochenta el MOPT realizó un inventario nacional de fuentes de materiales que permitió establecer que la calidad de los materiales es muy variable y que solamente en el occidente del país se pueden obtener materiales de buena calidad en cantidad suficiente para atender la demanda. Parece entonces que el camino razonable es conocer primero nuestros agregados pétreos: sus características, comportamiento en obra, distribución y limitaciones, y después si embarcarse en la adopción de normas y especificaciones acordes con esa realidad. Al evaluar correctamente la variable petrológica, es posible valorar la columna estratigráfica respecto de la disponibilidad de materiales con unas ciertas propiedades y un cierto comportamiento (resistencia, resilencia, durablidad, índice de pulimento, forma de las partículas, minerales reactivos, comportmamiento y su variabilidad con el clima etc) . Por otra parte en el diseño de los pavimentos se ha hecho un tránsito muy lento del uso de métodos empíricos de diseños al empleo de los métodos racionales, que convierten el diseño de pavimentos en un ejercicio geotécnico, y una vez más, en este escenario es ante todo necesario conocer la petrología de los materiales y el ambiente geológicos y climático en general.

4. DISPONIBILIDAD DE AGREGADOS PÉTREOS EN COLOMBIA Y EN LA SABANA La Facultad de Ingeniería de la Universidad nacional de Colombia realizó dos investigaciones regionales sobre el carácter y distribución de los agregados pétreos en el país Montero (1980); Castellanos y Gómez (1989), con base en las cuales se ha podido establecer la distribución de los agregados pétreos para pavimentos y concretos en Colombia, y proponer una clasificación de los mismos. (Tabla V) De acuerdo con esta clasificación, y teniendo en cuenta la distribución de las rocas en el país, se ha podido establecer lo siguiente: En el occidente del país donde abundan las rocas cristalinas ígneas y metamórficas, abundan rocas de las familias 3 y 4 (cristalinas ígneas graníticas y basálticas) de buena calidad, pero en general cubiertas por suelo residual que encarece su explotación y genera dificultades pos la disposición de estériles sobrantes. En el oriente del país, abundan las rocas sedimentarias de las familias 2, 5 y 6 (chert, shale, arenisca) cuya calidad es regular en varios aspectos, den particular en las fuentes que se

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están explotando. También aquí es descapote y los estéríles plantean dificultades de explotación y disposición. En la zona del caribe abundan las rocas de las familias 1 y 2 (caliza, chert) de buen comportamiento general y relativamente fácil explotación. En todo el país existen fuentes de aluvión cuya calidad guarda una estrecha relación con la geología del entorno. La calidad de las fuentes aluviales es algo mejor debido al papel selectivo de la erosión en ese tipo de fuentes. Un aspecto de mucha trascendencia es el de las restricciones ambientales para la explotación de fuentes. Se requiere replantear la naturaleza de esas restricciones y concertar con las autoridades ambientales la aplicación racional de esas normas. En la Figura 1 se muestran datos sobre la calidad promedio de los materiales en la Sabana. De destaca lo siguiente:

1. Tres unidades litológicas son de interés: la Arenisca Dura, el Chert y materiales silíceos similares y Limolitas Silíceas

2. Los datos esta tabla muestran que la calidad de los agregados es similar a la calidad promedio para el país. Sin embargo en el caso de la Arenisca Dura, su calidad es superior al promedio para el país, pero debe aclararse que los datos contenidos en esta tabla no corresponden necesariamente con datos de las fuentes que están siendo usadas.

3. Muchas fuentes de cantera de las que se están usando, tienen deficiencias relacionadas con la planaridad de las partículas y solidez, además de sus limitaciones en la resistencia al desgaste (DMA)

203

Tabla V. Tendencias de calidad de los agregados pétreos para pavimentos en Colombia

Familia Desgaste (%) Impacto (%) Adherencia (%) Solidez

(%) Índice de aplan. (%)

Índice de alarg. (%) y´ sy Cvy y´ sy Cvy Frasco Bandeja

01. Rocas Sedimentarias Calcáreas Ej: Caliza

25.23 ± 7.05 0.28 20.22 ± 3.96 0.20 48/48 100%

46/48 95.8%

66/80 82.5%

56/60 93.3%

39/63 61.9%

02. Rocas silíceas Ej: Chert.

26.43 ± 8.82 0.33 24.29 ± 7.11 0.29 20/21 95%

15/20 75%

35/40 87.5%

29/34 85.3%

23/36 63.9%

03. Rocas cristalinas masivas con poco cuarzo. Ej: Basalto

27.22 ± 9.62 0.5 14.62 ± 6.46 0.44 41/42 97.6%

35/44 79.5%

73/94 77.7%

44/50 73.3%

41/60 68.3%

04. Rocas cristalinas con cuarzo. Ej. Granito

33.06 ± 18.36 0.56 19.09 ± 8.11 0.42 24/27 88.9%

21/27 77.8%

8/13 61.5%

38/53 71.7%

29/29 100%

05. Rocas laminadas y foliadas con minerales arcillosos

Rocas Metamórf. Foliadas (ej Filitas)

38.14 ± 11.22 0.29 28.67 ±

11.55 0.4

5/6 83.3%

22/33 66.7%

20/22 90.9%

3/11 37.3%

7/20 35%

Rocas Sediment. Laminadas (ej.Shales)

29.84 ± 10.11 0.34 24.00 ± 4.00 0.17 4/7

57.1% 3/6

50% 27/40 67.5%

13/20 65%

13/33 39.4%

Toda la familia

36.23 ± 13.77 0.38 26.89 ± 7.15 0.27 11/15 73.3%

4/5 80%

49/74 66.2%

18/33 54.5%

24/29 82.8%

06 Rocas Silíceas Clásticas

Arenisca(K) 38.97 ± 15.24 0.39 25.43 ± 5.86 0.23 15/20 75%

56/65 86.2%

36/44 81.8%

23/47 48.9%

20/23 87%

Arenisca(T) 45.33 ± 18.56 0.41 24.44 ± 9.52 0.39 12/15 80%

9/17 52.9%

26/36 68.4%

17/22 73.3%

44/80 55%

Ambas (K y T)

40.54 ± 16.38 0.4 24.31 ± 8.31 0.35 20/34 77.8%

12/15 80%

98/120 79.2%

62/76 81.6%

4/11 36.4%

J. Montero (1980) y´: Promedio 5/5: Número de muestras que cumplen / Número total de muestras sy: Desviación estándar Cvy: Coeficiente de variación

204

AD Arenisca Dura AT Arenisca Tierna AU Arenisca de Une CH Chert DA depòsito Aluvial LS Limonita Silìcea PL Plaener PL+AT Combinadas En las tablas de Frecuencia Relativa Acumulada se muestra la variación de la resistencia al desgaste para rocas Colombianas en base a datos de más de 1000 fuentes de materiales (9 tablas)

AD Arenisca Dura AT Arenisca Tierna AU Arenisca de Une CH Chert

205

FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADASDESGASTE FAMILIA 01 - ÍGNEAS CRISTALINAS BÁSICAS, FAMILIA BASALTO

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

DESGASTE (%)

Hi(

%)

BASALTO

DIABASA

ANDESITA

OTRAS ROCAS

FAMILIA 01

FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADASDESGASTE FAMILIA 02 - SEDIMENTARIAS CALCÁREAS, FAMILIA CALIZA

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

DESGASTE (%)

Hi(

%)

CALIZAS

CALIZAS

BIOCLASTICAS

FAMILIA 02

206

FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADASDESGASTE FAMILIAS 03 y 07 - SEDIMENTARIAS CLÁSTICAS, FAMILIA ARENISCA

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0

DESGASTE (%)

Hi(

%)

SED.

CLASTICAS

EDAD K

SED.

CLASTICAS

EDAD T

FAMILIAS 03 y 07

FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADASDESGASTE FAMILIA 04 - SEDIMENTARIAS LAMINADAS, FAMILIA LUTITA Y

METAMÓRFICAS FOLIADAS

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0

DESGASTE (%)

Hi(

%)

FOLIADAS

SANAS

TODAS LUTITAS

FAMILIA 04

207

FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADASDESGASTE FAMILIA 05 - ÍGNEAS CRISTALINAS ÁCIDAS, FAMILIA GRANITO

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0

DESGASTE (%)

Hi(

%)

GRANITO Y

GRANODIORITA

CUARZODIORITA

OTRAS ROCAS

FAMILIA 05

FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADASDESGASTE FAMILIA 06 - SEDIMENTARIA CRISTALINA SILÍCEA, FAMILIA CHERT O

LIDITA

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

DESGASTE (%)

Hi(

%)

CHERT

LIDITA

FAMILIA 06

208

FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADASDESGASTE MATERIAL IGNEO-METAMORFICO

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0

DESGASTE (%)

Hi(

%)

ALUVION IGNEO-

METAMORFICO

TERRAZA

IGNEO-

METAMORFICO

MNC IGNEO-

METAMORFICO

FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADASDESGASTE MATERIAL SEDIMENTARIO

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

DESGASTE (%)

Hi(

%)

ALUVION

SEDIMENTARIO

TERRAZA

SEDIMENTARIA

MNC

SEDIMENTARIO

209

FRECUENCIAS RELATIVAS ACUMULADASDESGASTE MATERIAL NO CONSOLIDADO

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0

DESGASTE (%)

Hi(

%)

MNC IGNEO-

METAMORFICO

MNC

SEDIMENTARIO

TODO EL MNC

TODO MATERIAL

DE CANTERA

210

CRITERIOS PETROLÓGICOS PARA CLASIFICAR LOS AGREGADOS PÉTREOS COMO MATERIALES DE PAVIMENTOS

En general estas rocas son problemáticas cuando están descompuestas debido a que pueden contener minerales deletéreos como la montmorillonita (expansible) o clorita, serpentina, y sericita (desleíbles). Algunas lavas como los basaltos y las andesitas con abundante vidrio usadas en concretos pueden presentar problemas de reqctividad álcali-sílica o no ahherir bien con los asfaltos en la capa de rodadura.

Trituran en fragmentos equidimensionales; sin embargo, algunos basaltos o diabasas se fragmentan en astillas

Mayor cantidad de minerales ferromagnesianosafecta su calidad en clima cálido y húmedo

Excelente, salvo las variedades de grano fino o vítreas, las cuales se conocen por su textura suave y pulida.

Varía de Muy Alta a Alta si la roca es fresca

01. Rocas cristalinas con poco cuarzo o sin cuarzo. Ej: Basalto, diorita, gabro, diabasa, andesita, neisbásico, anfibolita

ÍNDICE DE FORMADURABILIDADADHERENCIARESISTENCIAGRUPOS

Montero J. 2006

211

CRITERIOS PETROLÓGICOS PARA CLASIFICAR LOS AGREGADOS PÉTREOS COMO MATERIALES DE PAVIMENTOS

Desmejora en todas sus cualidades en la medida que contengan impurezas de mica y arcilla con lo cual se vuelven porosas y débiles. Su tendencia a la disolución no afecta su calidad como agregado de pavimentos, debido a que, en este caso, los carbonatos reprecipitan dentro del pavimento sin perder su capacidad auto-aglutinante. Algunas calizas biógenas son problemáticas.

Trituran en fragmentos equidimensio-nales si no contienen impurezas

SatisfactoriaExcelente

Alta, comparable con algunas rocas ígneas

02. Rocas con CaCO3: Cáliza, dolomita.

ÍNDICE DE FORMADURABILIDADADHERENCIARESISTENCIAGRUPOS

Montero J. 2006