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“CAPAS DELGADAS DE RODADURA EN CALIENTE, EXPERIENCIA EN

MEXICO: El reto del cambio del estado de la práctica actual al estado del arte “

VICTOR M. CINCIRE ROMERO

SemMaterials México

[email protected]

C O N T E N I D O

OBJETIVO DEL DOCUMENTO

INTRODUCCION

DESCRIPCION Y BENEFICIOS DE LAS CAPAS DE RODADURA

Capa Asfáltica Superficial Altamente Adherida (CASAA)

Stone Matrix Asphalt (SMA)

Open Graded Friction Course (OGFC)

CRITERIOS DE SELECCIÓN

REQUISITOS Y PRACTICA ACTUAL

Diseño

Agregados

Contenido óptimo y tipo de asfalto. Selección del aditivo estabilizador

Producción y colocación de la mezcla

Planta de asfalto

Pavimentadora

Riego de liga

Espesor de capa

Indice de regularidad internacional

Coeficiente de fricción

Macro y Micro textura

Permeabilidad

Regularidad transversal (roderas)

Susceptibilidad a deformaciones permanentes (roderas)

Desgranamiento

CONCLUSIONES COMENTARIOS FINALES REFERENCIAS

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OBJETIVO DEL DOCUMENTO Este documento proporciona una perspectiva de la práctica actual en México de las capas delgadas de rodadura con mezcla en caliente de alta calidad funcional: Capa Asfáltica Superficial Altamente adherida (CASAA), Stone Matrix Asphalt (SMA) y Open Graded Friction Course (OGFC). El uso de las capas CASAA y SMA es relativamente reciente en nuestro país y el estado de la práctica está migrando al estado del arte internacional. En el entorno internacional las capas están debidamente probadas y documentadas, principalmente en países europeos y USA, por lo que realizar cambios técnicamente injustificados en los criterios de diseño, características de los materiales y equipos de producción y colocación, pueden afectar considerablemente su desempeño. El estudio para evaluar el desempeño a través de la verificación directa en obra y obtención de muestras para verificación en laboratorio, incluyó:

Equipos de alto rendimiento: coeficiente de fricción, medición de índice de regularidad internacional (IRI) y regularidad transversal (roderas). Mediciones realizadas en febrero del 2011.

Mediciones puntuales: microtextura, macrotextura, desgranamiento, permeabilidad, regularidad transversal (roderas) y espesores de capa.Realizadas en junio del 2009

Laboratorio (núcleos): contenido de asfalto, granulometría, susceptibilidad a deformaciones y humedad en pruebas de rueda cargada de Hamburgo. Realizadas en junio del 2009.

Para el estudio se evaluaron 22 carreteras de la red nacional: 10 autopistas de cuota y 12 caminos federales, realizando en 56 puntos verificación directa en obra y toma de muestras. En la práctica actual en México, las capas CASAA y SMA presentan desempeños favorables cuando se apegan al diseño y prácticas recomendadas; no obstante, de acuerdo a lo observado en el estudio es necesario reforzar varios aspectos que permitan obtener aplicaciones consistentes y apegadas a los estándares internacionales. Los resultados del estudio evidencian el reto actual al que se enfrenta el desarrollo de la práctica, debido a las desviaciones observadas principalmente en la producción y colocación de la mezcla, que impactan desfavorablemente el desempeño de las aplicaciones, en donde es muy importante reforzar el control de calidad. La transición del estado de la práctica en México al estado del arte Internacional, implica mejoras sustanciales en los procesos involucrados, principalmente en la selección de materiales y prácticas constructivas En el estudio se incorpora la experiencia obtenida en el diseño, aplicación y monitoreo de las capas de rodadura en México, complementada con una evaluación de desempeño a través de la auscultación directa en obra con equipos de alto rendimiento y de medición puntual, así como la obtención de muestras para verificación de laboratorio. Se incluye una propuesta de selección de las capas de rodadura, considerando dos necesidades principales: condiciones de obra y demandas del usuario.

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INTRODUCCION La calidad funcional de un pavimento está dada por las características de la capa de rodadura (textura, fricción, regularidad, durabilidad) en términos de la seguridad y confort que le confiere al usuario. Hoy en día el cliente de la carretera exige superficies de rodamiento con mayor resistencia al derrape en seco y en mojado, más silenciosas, menor pulverización (rociado) de agua durante la precipitación pluvial, mayor visibilidad, menor resistencia a la rodadura para disminuir el consumo de combustible, menor desgaste de los neumáticos, menores daños a los vehículos. Esto ha impulsado el uso de las capas delgadas de rodadura de alta calidad funcional sobre las capas de mezcla densa utilizadas como capas de rodadura y sobre otros tratamientos superficiales. En México en autopistas de cuota y carreteras federales se utilizan tres tipos de capas delgadas de rodadura de mezcla en caliente: Capa Asfáltica Superficial Altamente Adherida (CASAA) Stone Mastic Asphalt (SMA) y Open Graded Friction Course (OGFC). Debido a que su utilización es relativamente reciente en nuestro país la experiencia se está desarrollando. Con la finalidad de favorecer a un mejor desempeño de estas capas, el Instituto Mexicano del Transporte trabaja en el proceso de complementar la Normativa SCT en la que ya considera el uso de estas tres capas refiriéndolas como capas de rodadura de granulometría discontinua (CASAA y SMA) y de Granulometría Abierta (Open Graded). La tendencia en nuestro país muestra un incremento en el uso de las capas delgadas de rodadura de alta calidad funcional, por lo cual es conveniente consolidar la selección adecuada de estas capas para obtener el mejor costo beneficio esperado de la aplicación; fortalecer el vínculo entre los parámetros de diseño y el proceso constructivo con un eficiente control de calidad, capacitando y concientizando al constructor; así como complementar e implementar metodologías que contribuyan a obtener un mejor conocimiento del desempeño de la aplicación. Todo esto permitirá que en México se alcancen los estándares internacionales del estado del arte. DESCRIPCION Y BENEFICIOS DE LAS CAPAS DE RODADURA Las capas de rodadura de alta calidad funcional pueden ser aplicadas sobre concreto asfáltico, concreto hidráulico o sobre otros tratamientos superficiales existentes. Capa Asfáltica Superficial Altamente Adherida (CASAA) Las capas ultradelgadas se comenzaron a utilizar en Francia a finales de los años 1980´s y llegaron a USA a principios de los 1990´s; en México el primer tramo de prueba se realizó en el año 2002 y su uso se generalizó a partir del 2004. CASAA consiste de una capa asfáltica elaborada en caliente de granulometría discontinua escalonada con alta fricción interna y resistente a deformaciones, que provee una excelente macrotextura y capacidad drenante, para proporcionar una fricción adecuada y reducir el fenómeno de acuaplaneo; reduce el nivel del ruido y pulverización de agua durante la lluvia, es una aplicación rápida y de pronta apertura al tránsito que se tiende con equipo sincronizado para aplicar una membrana de emulsión polimerizada seguida de la mezcla en caliente, con una diferencia menor a 10 segundos, sellando e impermeabilizando con mayor adherencia, para alargar la vida útil del pavimento; no

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es susceptible a delaminaciones ya que la membrana ancla la mezcla asfáltica con el pavimento existente. Proporciona una apariencia estética y uniforme, de alta seguridad y confort para el usuario Stone Matrix Asphalt (SMA) El SMA fue desarrollado en Alemania a principios de los años 1960´s es una mezcla asfáltica en caliente que fue primeramente usada en Europa para resistir el uso de llantas con clavos y cadenas. A principios de los 1990´s se comenzó a utilizar en USA y a partir del 2005 en México, con algunas aplicaciones aisladas en años anteriores. Está compuesto de dos partes: un esqueleto de agregados gruesos y un mortero con alto contenido de cemento asfáltico. El esqueleto proporciona el contacto piedra a piedra en la mezcla asfáltica dándole resistencia, mientras que el mortero proporciona durabilidad. Los agregados gruesos son considerados como la fracción retenida en la malla No. 4 (4.75mm). El mortero está compuesto normalmente de agregados finos, cemento asfáltico y un aditivo estabilizador, que puede ser un cemento asfáltico modificado con polímero y/o una fibra de celulosa, mineral ó sintética. La función de la fibra es la de permitir que se incremente el contenido de asfalto sin riesgo de escurrimiento. Adicionalmente, algunos estudios muestran que la fibra sintética acrílica aumenta la resistencia de la mezcla a la tensión. Es una aplicación rápida y de pronta apertura al tránsito, con el objetivo principal de resistir las roderas y proporcionar mayor durabilidad, se reportan beneficios adicionales sobre la mezcla densa como: menor ruido, mayor fricción en húmedo, mayor resistencia al agrietamiento reflexivo. El alto contenido de ligante reduce el envejecimiento. No tiene función drenante. Open Graded Friction Course (OGFC) Es una capa asfáltica elaborada en caliente de granulometría abierta (bajo contenido de finos) con alta fricción interna y alta macrotextura, drenante y antiderrapante, que disminuye el fenómeno de acuaplaneo y pulverización del agua de lluvia, proporcionando una adecuada fricción. Reduce el nivel del ruido y es de apariencia estética y uniforme de alta seguridad y confort para el usuario, de rápida aplicación y apertura al tránsito. La Normativa vigente SCT las define como capas de rodadura de granulometría abierta. Los primeros tramos en América fueron realizados en Estados Unidos a mediados de los años 1940´s. En su tipo es de las primeras capas de rodadura. En los 1970´s y 1980´s presentaron varios problemas en su desempeño, principalmente desgranamiento y delaminaciones. En México las primeras aplicaciones se hicieron a finales de los 70’s y principios de los 80´s con asfaltos convencionales y posteriormente en los 90´s se aplicaron extensamente con asfalto modificado con hule de llanta Hoy día existe una nueva y mejorada generación de capas friccionantes de graduación abierta (OGFC) de amplia aceptación en Europa (designadas como capas superficiales asfálticas porosas o capas de rodadura drenantes) y en USA (Texas las designa como capas friccionantes permeables) con grandes ventajas sobre los tradicionales Open Graded y sin las fallas que estos presentan.

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CRITERIOS DE SELECCIÓN La calidad funcional de un pavimento está dada por las características de la capa de rodadura (textura, fricción, regularidad, durabilidad) en términos de la seguridad y confort que le confiere al usuario. Los criterios de selección de capas de rodadura consideran dos necesidades principales.

a) Condiciones de obra. Costo, durabilidad, vida remanente del pavimento, estado físico de la carpeta actual, intensidad del tráfico, precipitación media anual del lugar.

b) Demandas del usuario. Superficies de mayor resistencia al derrape en seco y en

mojado, más silenciosas, menor pulverización de agua en tiempo de lluvia provocada por la interacción neumático-agua-pavimento, menor resistencia a la rodadura para disminuir el consumo de combustible, mayor visibilidad, menor desgaste de los neumáticos, menores daños a los vehículos.

Con estas consideraciones se propone la presenta guía de selección de las capas de rodadura con mezcla en caliente incluidas en la Normativa vigente SCT: CASAA, SMA y Graduación Abierta (Open Graded) involucrando factores como: costo de aplicación, vida remanente del pavimento, estado físico de la carpeta actual, intensidad del tránsito y precipitación media anual del lugar, como se indica en la tabla 1. Tabla 1. Guía de selección de capas de rodadura

RSS=1 CMCP=1

≤ 800 SMA 3.5 1.25 8 a 10

CF ≤ 0.6 CASAA 3.0 1.10 6 a 8

IRI ≤ 2.8 m/km OGFC 3.0 1.10 5 a 7

Deflexión ≤ 0.8 mm CASAA 3.0 1.10 6 a 8

OGFC 3.0 1.10 5 a 7

* CASAA 3.0 1.10

CF ≤ 0.6 * OGFC 3.0 1.10

2.8 ≤ IRI ≤ 3.9 m/km ≤ 800 * SMA 3.5 1.20

Deflexión > 0.8 mm * CASAA 3.0 1.10

* OGFC 3.0 1.10

IRI > 3.9

Deflexión >0.8mm < 3 RECONSTRUCCION DEL PAVIMENTO

CF = Coeficiente de fricción RSS= Riego de sello sincronizadoIRI= Indice de regularidad internacional CMCP= Carpeta de mezcla en caliente con polímero (espesor=3cm)

* Previa renivelación y trabajos requeridos En las columnas de índice relativo de costos los valores de lascapas de rodadura están referidos al RSS y CMCP a los cuales

CASAA: e= 2.5 cm se les asigna el valor de 1. P.e., si el RSS tiene un precio de

SMA: e= 2.5 cm $20/m2, y SMA tiene asignado un valor de 3.5, su costo aprox.

OGFC: e=2.5 cm es de 20x3.5= $70/m2

NOTAS:1.- El IRI (Indice de regularidad Internacional) y el Coeficiente de fricción (CF) se utilizan como indicadores de la calidad

funcional y de seguridad del pavimento. La deflexión es un indicador de la calidad estructural.

2.- La vidad remanente de la carpeta existente se obtiene de la revisión estructural.

CAPA DE

RODADURA

INDICE RELATIVO DE

COSTOSVIDA UTIL

ESPERADA

(años)

5,000 a

10,000> 800

ESTADO

SUPERFICIAL

DEL

PAVIMENTO

VIDA

REMANENTE

DEL

PAVIMENTO

(años)

TDPA

ACTUAL

(vehículos)

PRECIPITACIÓN

MEDIA ANUAL

(mm)

> 10,000> 800

Depende de la

vida

remanente del

pavimento

> 800

> 7

3 a 7

> 10,000> 800

5,000 a

10,000

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Las renivelaciones previas y los trabajos requeridos a que hace referencia la tabla anterior, son aquellas actividades que se realizan para alcanzar condiciones de superficie mejores o iguales a las que se indican en la tabla 2. Para obtener los resultados esperados de estas aplicaciones, se deberán determinar y corregir las causas que originan las fallas en la carpeta existente y realizar los trabajos previos requeridos. Si las condiciones funcionales y estructurales del pavimento presentan fallas mayores a las mencionadas, se pueden aplicar las capas de rodadura como tratamiento en espera ó rehabilitación superficial, considerando que su vida útil se reducirá dependiendo de la severidad de las fallas. La durabilidad de estas capas depende principalmente de la calidad de la construcción, intensidad del tráfico, clima y condiciones del pavimento. El pavimento debe estar estructuralmente sano, con drenaje apropiado (buena geometría e impermeabilidad) y con buenas condiciones superficiales. Cuando se realiza fresado o perfilado de la superficie actual para corregir deterioros superficiales o restablecer niveles, se recomienda que las irregularidades transversales resultantes no sean mayores a 4mm, para no afectar la uniformidad del riego de liga así como los espesores promedio de las capas delgadas de rodadura y su consecuente desempeño, debiendo considerarse estas irregularidades en el espesor solicitado. Las siguientes fotografías muestran un fresado irregular, con concentración de emulsión de riego de liga en las partes bajas.

Como complemento a los criterios anteriores, en la tabla 2 se proporciona la guía para la selección de las capas de rodadura en función de los deterioros que presenta el pavimento, incluyendo los costos típicos actuales y vida útil estimada, para establecer un criterio económico.

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Tabla 2. Selección de capas de rodadura en caliente en función de los deterioros del pavimento. REQUISITOS SOLICITADOS A LAS CAPAS DE RODADURA Y PRACTICA ACTUAL. En esta sección se presentan los requisitos solicitados en México a las capas de rodadura de alto desempeño, los cuales están alineados con los estándares internacionales. También se presentan los parámetros evaluados, su medición y su interpretación, resultado de la práctica actual en nuestro país. En la medida que se vayan corrigiendo las desviaciones encontradas en los parámetros evaluados, la práctica actual irá desarrollándose para alcanzar los estándares internacionales del estado del arte. Diseño Respecto al proceso de diseño de capas delgadas se distinguen cuatro etapas principales:

1. Selección de materiales 2. Selección de la granulometría de diseño 3. Determinación del contenido óptimo de asfalto 4. Evaluación de la Susceptibilidad a la humedad

En la tabla siguiente se indican las metodologías utilizadas en la etapa de diseño, en nuestro país.

CONDICIONES DE LA OBRA PARAMETROS CAPA DE RODADURA (CASAA,SMA,OGFC)

1. Tipo de deterioro

Roderas < 1.0 cm Sí

1.0 a 2.5 cm Probable

> 2.5 cm No

Agrietamiento por fatiga Bajo Sí

Moderado Sí

Alto Probable

Agrietamiento Longitudinal Bajo Sí

Moderado Sí

Alto Probable

Agrietamiento Transversal Bajo Sí

Moderado Sí

Alto Probable

Condiciones de la Superficie Seca Sí

Porosa Sí

Exudada Sí

Desgranamiento Bajo Sí

Moderado Sí

Alto Sí

Baches sin reparar Bajo Sí

Moderado Sí

Alto Sí

Desprendimiento Daños por humedad No

Textura Áspera Sí

Drenaje Pobre No

Resistencia al derrapamiento Bajo Sí

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Tabla 3. Metodologías utilizadas en la etapa de diseño.

PROCEDIMIENTO CAPA DE RODADURA

OGFC SMA CASAA

Cantabro Obligatorio No aplica Recomendable

TSR Recomendable Obligatorio Obligatorio

Volumetría Marshall Obligatorio Obligatorio Recomendable

Volumetría con compactador giratorio Superpave

Recomendable Recomendable Obligatorio

Escurrimiento de asfalto Obligatorio Obligatorio Obligatorio

APA/Hamburgo/Rueda Española No aplica Recomendable Recomendable

La tendencia internacional involucra también criterios de permeabilidad para las capas drenantes. Agregados La selección de los agregados se hace considerando las propiedades que se indican a continuación.

En la práctica actual las principales desviaciones que se han detectado de las características medidas en campo con respecto al diseño, se deben principalmente a procesos de trituración deficientes, contaminaciones en el manejo del material y cambios de la fuente de origen por costos involucrados y/o escasez del agregado original. Granulometría dependiendo del tipo de capa de rodadura la graduación del agregado se especifica para cumplir principalmente con la estabilidad y permeabilidad de la mezcla (% de vacíos). En la siguiente tabla se muestran los porcentajes de material que deben pasar las

PRUEBA REQUISITO SMA OGFC CASAA

Desgaste de los Ángeles, % 25 máx. 30 máx. 30 máx.

Pérdida por Microdeval, % No solicitada No solicitada 18 máx.

Partículas planas y alargadas, % (3:1)

20 máx. 25 máx. 25 máx.

Densidad relativa No solicitada 2.4 mín. No solicitada

Absorción, % 2 máx. No solicitada No solicitada

Intemperismo (5 ciclos en sulfato de sodio), %

15 máx. No solicitada 12 máx.

Partículas trituradas (una cara), %

100 mín. 100 mín. 95 mín.

Equivalente de arena, % 55 mín. 50 mín. 55 mín.

Azul de metileno, mg/gr 12 máx. No solicitada 10 máx.

Angularidad del agregado fino, %

No solicitada No solicitada 45 mín.

Tabla 4. Propiedades solicitadas al agregado.

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mallas críticas de las granulometrías solicitadas en nuestro país para los tres tipos de capas evaluadas. Tabla 5. Porcentaje de material que debe pasar las mallas críticas (TMN ½”)

CAPA DE

RODADURA

% QUE PASA LA MALLA

½” No. 4 No. 200

SMA 90 – 100 20 – 35 8 – 11

CASAA 85 – 100 28 – 36 4 – 7

OGFC 65 – 100 18 – 38 2 – 4

Práctica actual. a) Porcentaje de material que pasa la malla no. 4 se obtuvieron los resultados indicados en las gráficas de la página 22 que se resumen como sigue. CASAA.- De las muestras analizadas solo 33% cumple los parámetros especificados. 52% presenta mayores porcentajes pasando la malla 4 y 15% tiene menor porcentaje al especificado SMA.- Unicamente 30% cumple las especificaciones. 70% presentan mayores porcentajes a los requeridos. OGFC.- Solo se analizó una muestra la cual presenta mayor porcentaje al especificado b) Porcentaje de material que pasa la malla no. 200 se obtuvieron los resultados indicados en las gráficas de la página 22 que se resumen como sigue. CASAA.- De las muestras analizadas solo 22% cumple los parámetros especificados. 11% presenta mayores porcentajes que pasan la malla. 67% tiene menor porcentaje al especificado SMA.- Ninguna muestra cumple las especificaciones. El 100% presenta menores porcentajes a los requeridos. OGFC.- Solo se analizó una muestra, la cual cumple las especificaciones. Las desviaciones en la granulometría muestran que en la mayoría de las obras se utilizan contenidos de arena (pasa malla no. 4) mayores a los especificados, traduciéndose en mezclas más finas, y contenidos de finos (pasa malla no. 200) menores, afectando el porcentaje de vacíos y la resistencia y durabilidad de la mezcla. Por el alto contenido de finos que necesita la mezcla de SMA es la que requiere de mayores controles; en la mayoría de las obras de SMA se ha observado que los porcentajes iniciales de vacíos son mayores a los especificados debido a la falta de finos. En el diseño se solicitan porcentajes de vacíos de 4 a 6% para SMA; 13 a 25% para CASAA y ≥ 18% para OGFC. En el caso del SMA en la práctica los porcentajes de vacíos típicamente son mayores a 6%.

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Contenido óptimo y tipo de asfalto. Selección del aditivo estabilizador El contenido de asfalto no se especifica pero debe ser aquel que garantice el cumplimiento de los parámetros de diseño. En las capas de rodadura al estar directamente expuestas al tráfico (actuando como superficie de desgaste) y al medio ambiente se requieren mayores contenidos que incrementen el espesor de la película asfáltica para disminuir el envejecimiento y el desgranamiento. Respecto al tipo de asfalto, es necesario utilizar consistentemente asfaltos grado PG modificados con polímero para disminuir el riesgo de escurrimiento de asfalto, proporcionar mayor espesor de la película de asfalto sobre el agregado, aumentar la resistencia a deformaciones y disminuir el envejecimiento, obteniendo por consecuencia un incremento en la durabilidad de las mezclas. Los polímeros más utilizados en el mundo para cumplir los requerimientos anteriores son los del tipo I de acuerdo a la Norma SCT N-CMT-4-05-002/06, los cuales mejoran el desempeño del asfalto a altas y bajas temperaturas, proporcionando excelentes características elásticas. Como estabilizadores, el polímero y las fibras se especifican en función del fin que se persigue de prevenir escurrimiento del asfalto a altos contenidos Las fibras de celulosa únicamente previenen el escurrimiento y las acrílicas además han mostrado algunos beneficios en la resistencia a la tensión de la mezcla. En la tabla 5 se indican los contenidos de asfalto mínimos típicos: CASAA 5.5%, SMA 6.5% y OGFC 4.5% Práctica actual: En las gráficas de la página 23 se observa la tendencia en los contenidos de asfalto, en donde para CASAA se concentran entre 5.0 y 7.5%, para SMA entre 6.0 y 7.0% y para OGFC únicamente se analizó una muestra que presentó un C.A. de 4%. Se observa que aproximadamente el 20% de muestras de SMA y CASAA presentan valores inferiores a los típicos esperados. Si estos valores son menores a los obtenidos en el diseño redundarán en una vida útil de la aplicación menor a la requerida. Producción y colocación de la mezcla. En la tabla 6 se indican los parámetros típicos utilizados en México para la producción y colocación de los sistemas CASAA, SMA y OGFC, los cuales se detallan en los párrafos subsecuentes. Tabla 6. Parámetros típicos de producción y colocación de la mezcla.

CONCEPTO CAPA DE RODADURA

OGFC SMA CASAA

Tam. Máx. Nominal ½” 3/8” ½” ¼” 3/8” ½”

Espesor, cm, mín. 3.0 2.0 2.5 1.5 2.0 2.5

Tipo de asfalto Recomendado modificado con polímero Tipo I

Modificado con polímero Tipo I

Contenido de asfalto, %, mín.

4.5 6.5 5.5.

Macrotextura, círculo de arena,

1.5 0.8 1.0 0.8 1.0 1.2

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mm, mín.

Planta de asfalto

Convencional

Sistema de reincorporación de finos e incorporación de fibras

Sistema de reincorporación de finos

Pavimentadora Convencional Convencional De aplicación sincronizada

Riego de liga, lts/m2, asfalto residual

0.20 a 0.40 0.55 a 0.75

Tipo de emulsión Recomendada modificada con polímero Modificada con polímero (membrana polimerizada)

Planta de asfalto Como se indica en la tabla 5 las plantas de asfalto para la fabricación de las mezclas de OGFC pueden ser convencionales sin sistema de recuperación de finos; para el SMA se requieren con sistema recuperador de finos y dispositivo de incorporación de fibra; para el CASAA con sistema de incorporación de finos; además de cumplir con requisitos básicos como: tener tres ó más tolvas de agregados, correcta dosificación de materiales y adecuadas condiciones físicas y de operación. Práctica actual. En la evaluación de la granulometría se observa que para el porcentaje de material que pasa la malla 200 la mayoría de las muestras presenta porcentajes menores a los requeridos, evidenciando que durante la producción se utilizan bajos porcentajes de finos y/o plantas sin sistema de recuperación de finos. Adicionalmente en el caso de los dispositivos incorporadores de fibra de celulosa estos han sido provisionales y adaptados sin un control adecuado de la dosificación, lo que provoca inconsistencias en el comportamiento de la mezcla debidas al asfalto que no es estabilizado por la fibra. La incorporación de fibras acrílicas se ha hecho con dispositivos adecuados (control preciso de la dosificación con sistema neumático y computarizado).

Sistema mecánico tradicional de incorporación Sistema automatizado de incorporación de de fibras, sin control de dosificación fibras, con dosificación controlada

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En las dos fotografías anteriores, se observa exudación de asfalto durante la aplicación de un SMA debido a la falta de fibra por una dosificación incorrecta. Temperaturas de producción y colocación de la mezcla asfáltica. Las temperaturas de producción son críticas para obtener los resultados esperados de cubrimiento y espesor de la película de asfalto, y las temperaturas de colocación para lograr la cohesión y densidad de la mezcla. Los valores de estas temperaturas deben ser proporcionadas por el proveedor del asfalto (gráfica de temperatura-viscosidad) incluyendo la temperatura de apertura al tránsito Pavimentadora En la tabla 5 se indica que las extendedoras utilizadas para la aplicación de SMA y OGFC pueden ser convencionales y para el CASAA deben ser sincronizadas como se muestra en las siguientes fotografías.

Práctica actual. Se utilizan las extendedoras de acuerdo a lo recomendando. Se están comenzando a usar extendedoras sincronizadas para la aplicación de SMA y OGFC.

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Riego de liga Las dosificaciones típicas indicadas en la tabla 5 para el riego de liga son de 0.20 a 0.40 lts/m2 de asfalto residual para SMA y OGFC, para CASAA el rango es de 0.55 a 0.75 lts/m2. Se recomienda que el riego de liga en el caso del SMA y el OGFC cuando no se utilizan extendedoras sincronizadas, se hagan con petrolizadoras en buenas condiciones físicas y de operación, para logar una correcta uniformidad y adherencia entre capas, evitando delaminaciones y ayudando a impermeabilizar la superficie sobre la que se aplica la capa de rodadura. Práctica actual. En muchos casos se utilizan petrolizadoras sin dispositivos adecuados de dosificación de emulsión y en condiciones físicas y de operación pobres, lo que afecta el buen desempeño de la liga. Adicionalmente al circular sobre el riego de liga los camiones que alimentan la mezcla a la extendedora, provocan que el asfalto se adhiera a las llantas dejando zonas escasas o sin asfalto como se aprecia en las siguientes imágenes. El uso de emulsiones termoadherentes permitirá mejorar la eficiencia del riego de liga cuando la aplicación se realice con pavimentadoras convencionales.

Espesor de capa En caminos de primer orden los espesores mínimos recomendados son CASAA 2.5cm, SMA 2.5 cm y OGFC 3.0cm. Para fines prácticos estas capas se estiman sin aporte estructural. Práctica actual: En el estudio realizado se determinó que de los espesores promedio reales aplicados en nuestras carreteras, las capas de CASAA presentan un 19% de espesores menores a los recomendados, SMA un 20% y OGFC solo se analizó una muestra que presentó el espesor mínimo recomendado. Esto se muestra en las gráficas de la página 23.

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Indice de regularidad Internacional El perfil longitudinal, medido en ambas huellas del carril, permite calcular el Índice de Regularidad Internacional (IRI) que es el parámetro estándar de referencia en la medición de la calidad de rodadura de una vía. Para el estudio, el IRI se midió con equipo de alto rendimiento y precisión. Los valores típicamente especificados son:

≤ 2.8 m/km bueno; > 2.8 y ≤ 4.6

m/km regular, necesario

programar mantenimiento; > 4.6 m/km malo. En la gráfica se muestran los valores obtenidos en

diferentes tramos evaluados en febrero del 2011. Práctica actual. Los resultados del estudio muestran que en todos los tramos evaluados se

cumple con el valor de referencia ≤ 2.8 m/km, con el que se considera como buena la calidad

de la rodadura. Coeficiente de fricción El conocimiento del coeficiente de fricción lateral es una herramienta adicional en la caracterización de la superficie del pavimento. El coeficiente de fricción lateral por si solo puede tener un valor limitado en la determinación de la conveniencia de los materiales de pavimentación o técnicas de acabado. Sin embargo, cuando se utiliza junto con otras pruebas el coeficiente de fricción lateral puede contribuir a la caracterización de superficies de pavimento. La normativa SCT vigente solicita valores mínimos de 0.4 para capas de rodadura en operación y 0.6 para capas nuevas, medidos con equipo Mu Meter.. En la gráfica se muestran los valores obtenidos en diferentes tramos evaluados en febrero del 2011. Práctica actual. Los resultados del estudio muestran que en los tramos evaluados se cumple con el coeficiente de fricción para capas en operación, medido con equipo de alto rendimiento Mu Meter.

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Macrotextura y microtextura Valores adecuados de microtextura y macrotextura son necesarios para lograr una buena adherencia (fricción) con pavimento seco y mojado, inclusive a altas velocidades. CASAA, SMA y OGFC presentan alta macrotextura negativa que beneficia la disminución del ruido y la visibilidad de la superficie y del señalamiento horizontal. Con una adecuada microtextura (aspereza superficial del agregado) se logra la adherencia y con la macrotextura se mantiene esa adherencia a altas velocidades ó con la superficie mojada. La asociación mundial de carreteras clasifica la microtextura como irregularidades superficiales del pavimento menores a 0.5mm y la macrotextura como irregularidades entre 0.5 y 50mm Macrotextura. Como se indica en la tabla 5 las macrotexturas mínimas recomendadas durante la construcción para caminos de primer orden son: CASAA 1.2 a 2.0mm, SMA 1.0 a 2.0mm y OGFC 1.5 a 2.5mm Al final de la vida útil de la capa de rodadura se espera que las macrotexturas mínimas en los tres casos, no sean inferiores a 0.6mm para que mantengan una adecuada fricción superficial. En la medición con equipo puntual (prueba del círculo de arena) se obtuvieron los siguientes resultados. Práctica actual. En el estudio se obtuvieron macrotexturas, a edades de la aplicación de hasta 6años para CASAA de 34% de muestras que no cumplen el valor recomendado; de hasta 3años para SMA con 45% que no cumplen; y OGFC hasta 8 años con 50% que no cumplen. Estos resultados se muestran en las gráficas de la página 24. La macrotextura negativa propia de éstas capas depende principalmente de la granulometría y vacíos superficiales. Como se determinó en las granulometrías, la gran mayoría de las muestras presentó graduación fina con altos porcentajes de arena. Microtextura. Las microtexturas mínimas recomendadas durante la construcción para caminos de primer orden son: ≥ 65 para los tres tipos de capas. Al final de la vida útil de la capa de rodadura se espera que las macrotexturas mínimas en los tres casos, no sean inferiores a 50 para que mantengan una adecuada fricción superficial. Práctica actual. En el estudio se obtuvieron microtexturas, a edades de la aplicación de hasta 3 años: para CASAA de 38% de muestras que no cumplen el valor recomendado y de 40% para SMA que no cumplen. Estos resultados se muestran en las gráficas de la página 24.

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Medición de macrotextura con el círculo Medición de microtextura con el péndulo de arena británico Permeabilidad y drene. Los principales factores que afectan la permeabilidad son: el porcentaje de vacíos y las características del agregado como tamaño, forma y graduación. Altas permeabilidades son requeridas para las capas drenantes, lo cual disminuye la dispersión del agua (rocío) en pavimento mojado mejorando la visibilidad y seguridad del usuario, disminuyendo la reflexión de la luz y resaltando el señalamiento horizontal. Práctica actual. En este estudio se verificó la permeabilidad de las capas analizadas con el procedimiento del aro y el cono. Se observaron comportamientos muy variables como se indica en las gráficas de la página 25. Para CASAA en la mayoría de los casos se obtuvieron valores de capacidad drenante menor a la esperada. Para el SMA, que no tiene función drenante, en algunos casos se obtuvieron valores mayores a los esperados. Algunos países, como España y USA (DOT de Texas) utilizan sus propios procedimientos para determinar la permeabilidad de las capas drenantes. Regularidad transversal La regularidad transversal y longitudinal son muy importante para que la mezcla cumpla su función drenante. Durante la precipitación pluvial las deformaciones transversales y longitudinales provocarán encharcamientos que disminuyen el confort y seguridad del usuario, e incrementan el riesgo de daños por humedad al pavimento si no existe una adecuada impermeabilización de la capa inmediata inferior.

17

Se recomiendan valores de regularidad transversal (profundidad de rodera) ≤ 4mm hasta el final de la vida útil de la capa. Durante el proceso constructivo son recomendable valores <2mm de profundidad de roderas. Medición con equipos de alto rendimiento. En la siguiente gráfica se muestran los resultados obtenidos en la regularidad transversal con equipos de alto rendimiento en febrero del 2011. Se observa que la gran mayoría de los tramos cumplen con los valores recomendados. Mediciones puntuales. Las mediciones puntuales se realizaron con regla de 3m, con los siguientes resultados. Práctica actual. Los datos mostrados en las gráficas de la página 25 indican que en términos generales las capas en evaluación y las carpetas sobre las que se han colocado presentan buenos comportamientos a deformaciones transversales: CASAA con 95% de obras que cumplen, con edades de hasta 6 años; SMA 100% con edades de hasta 3 años y OGFC 50% con edades de hasta 8 años. Susceptibilidad a roderas. La verificación de la susceptibilidad a roderas, determinada en el laboratorio con la rueda cargada de Hamburgo, en núcleos de obra es un indicador del posible comportamiento que tendrá la mezcla a deformaciones permanente a altas temperatura durante su vida útil y su susceptibilidad a la humedad en zonas de media a alta precipitación. En esta prueba son deseables valores de deformación ≤ 8mm para CASAA y ≤5 mm para SMA. Actualmente no se recomienda para OGFC. Práctica actual. Se realizó la extracción de núcleos de forma aleatoria en algunas de las obras evaluadas y se verificó su susceptibilidad a roderas en la rueda cargada de Hamburgo. Los resultados presentados en las gráficas de la página 26 nos indican que de las muestras analizadas el 40% de CASAA no cumplieron los valores anteriores; el 50% de SMA no cumplieron; y sólo se analizó una muestra de OGFC que presentó un buen comportamiento. No obstante, las mediciones de regularidad transversal

18

nos indicaron en general buenos comportamientos en obra, debido posiblemente a algunos de los siguientes factores ó combinación de ellos: que no se presenten altas temperatura en el pavimento, que el tránsito sea moderado ó al bajo espesor de las capas. Desgranamiento Normalmente el desgranamiento se debe al uso de porcentajes de asfalto menores a los requeridos por el diseño para mantener sujeto al agregado durante la vida útil del tratamiento, y al uso de asfaltos y agregados que no presentan una buena afinidad entre ellos; también influyen temperaturas de producción y colocación menores a las recomendadas y el uso de asfaltos con características que no cumplen los requerimientos de clima y tránsito de la obra. Son deseables porcentajes de desgranamiento menores a 15% al final de la vida útil del tratamiento, medidos sobre las zonas de rodado de los vehículos Práctica actual. Se determinó el desgranamiento existente en las zonas de rodado de las muestras analizadas obteniéndose los resultados mostrados en las gráficas de la página 26 en donde se observa que hasta el momento de la evaluación el 97% de las aplicaciones de CASAA, el 100% de SMA y el 100% de OGFC (dos muestras) presentaban desgranamientos aceptables. CONCLUSIONES

En los trabajos de campo se detectaron desviaciones en las características de los agregados respecto a los requerimientos del diseño, debido a contaminaciones en el manejo del material y cambios de la fuente de origen. Las desviaciones en la granulometría muestran que típicamente se utilizan contenidos de arena mayores a los especificados y contenidos de finos menores, afectando el porcentaje de vacíos, permeabilidad, macrotextura y la resistencia de la mezcla.

En diversas obras los equipos de producción de la mezcla asfáltica no cumplen los requisitos solicitados y se utilizan dispositivos provisionales y adaptados de baja precisión (como los usados para incorporar la fibra en el SMA) que afectan la calidad de la mezcla.

En aplicaciones no sincronizadas del riego de liga-mezcla, es común que el riego de liga tenga un mal desempeño al utilizar equipos de aplicación deficientes y por la circulación de los camiones de suministro de mezcla a la pavimentadora, los cuales provocan que el asfalto se adhiera a las llantas exhibiendo zonas escasas o sin asfalto. El uso de emulsiones termoadherentes permitirá mejorar la eficiencia del riego de liga en donde se utilizan aplicaciones convencionales.

19

El comportamiento de las capas evaluadas y de las carpetas sobre las que se han colocado, respecto a las regularidades transversales (profundidad de rodera) y desgranamientos, en general es satisfactoria.

Varias aplicaciones no cumplen los valores de referencia de la microtextura, lo cual evidencia el uso de agregados con alto pulimento.

El índice de regularidad internacional (IRI) muestra que en los diferentes tramos medidos, la calidad de la rodadura es buena. Las capas de rodadura pueden contribuir a mejorar el IRI.

En algunas obras se tienen espesores de las capas de rodadura menores a los recomendados.

COMENTARIOS FINALES

Con la experiencia adquirida en nuestro país se está mejorando el desempeño de las aplicaciones. Para contribuir a ello se han unificado criterios en las diferentes etapas del proceso y entre ellos el Instituto Mexicano del transporte trabaja actualmente en complementar la Normativa SCT para capas de rodadura.

Para lograr estándares internacionales también se debe fortalecer el vínculo entre los parámetros de diseño y el proceso constructivo con un eficiente control de calidad, capacitando y concientizando al constructor; así como complementar e implementar metodologías que contribuyan a obtener un mejor conocimiento del desempeño de la aplicación.

Las capas de rodadura en estudio han sido probadas y documentadas en diferentes partes del mundo, principalmente en países europeos y USA por lo que realizar cambios técnicamente injustificados, como modificaciones en los criterios de diseño, características de los materiales, equipos de producción y colocación, pueden afectar considerablemente su desempeño.

Es recomendable que Proveedores, Proyectistas, Constructores y Dependencias se acerquen al órgano normativo para aportar y enriquecer con sus experiencias, en beneficio de mejores aplicaciones que cumplan con las expectativas esperadas.

La tendencia en nuestro país muestra un incremento en el uso de las capas delgadas de rodadura de alta calidad funcional.

Una selección adecuada de estas capas es esencial para obtener el mejor costo beneficio esperado de la aplicación. Los criterios de selección de las capas de rodadura deben satisfacer dos necesidades principales: condiciones de obra y demandas del usuario.

20

REFERENCIAS

Comparative field measurements of tire/pavement noise of selected Texas pavements.- Michael T. McNerney, B.J. Landsberger, Tracy Turen, and Albert Pandelides. FHWA/TX-7-2957-2.

NCHRP.- Guide for pavement friction.

Mixture selection guide for flexible pavements.- TXDOT.

Nuevas mezclas para capas de rodadura y su influencia en el confort (ruido) y la seguridad. Rodrigo Miró Recasens. Universidad politécnica de Cataluña.

Calidad ante la rodadura.- Ramón Crespo del río (AEPO Ingenieros consultores).

Deformaciones plásticas en capas de rodadura de pavimentos.- Alejandro Padilla Rodriguez

21

G R A F I C A S

Concentrado de los resultados obtenidos de la evaluación

22

Granulometría. Pasa malla no. 4

Pasa malla no. 200

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

8%

9%

10%

MM

1M

2M

3M

4M

5M

6M

7M

8M

9M

10

M1

1M

12

M1

3M

14

M1

5M

16

M1

7M

18

M1

9M

20

M2

1M

22

M2

3M

24

M2

5M

26

M2

7M

28

M2

9M

30

Pas

a m

alla

No

. 2

00

No. Muestra

CASAA

Menor al Mayor al Cumple

Capa No. muestras lim inferior lim Superior

CASAA 27 15% 52% 33%

SMA 10 0% 70% 30%

OGFC 1 0% 100% 0%

38

NOTA:

Los valores de los límites de referencia en las gráficas (líneas horizontales

blancas) corresponden a los valores especificados actualmente en

nuestro país:

CASAA: 28 a 36% ; SMA: 20 a 35% ; OGFC: 18 a 38%

Menor al Mayor al Cumple

Capa No. muestras Lim. Inferior Lim. superior

CASAA 27 67% 11% 22%

SMA 10 100% 0% 0%

OGFC 1 0% 0% 100%

38

NOTA:

Los valores de los límites de referencia en las gráficas (líneas

horizontales blancas) corresponden a los valores

especificados actualmente en nuestro país.


23

Contenido de asfalto

Espesor de capa

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

MM

1M

2M

3M

4M

5M

6M

7M

8M

9M

10

M1

1M

12

M1

3M

14

M1

5M

16

M1

7M

18

M1

9M

20

M2

1M

22

M2

3M

24

M2

5M

26

M2

7M

28

M2

9M

30

Co

nte

nid

o A

sfal

to (

%)

Muestra

CASAA

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

42

43

44

45

esp

eso

r (c

m)

No. de Muestra

OGFC

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

M1

M2

M3

M4

M5

M6

M7

M8

M9

M1

0M

11

M1

2M

13

M1

4M

15

M1

6M

17

M1

8M

19

M2

0M

21

M2

2M

23

M2

4M

25

M2

6M

27

M2

8

esp

eso

r (c

m)

No. de Muestra

CASAA

No cumplen Cumplen

capa No. muestras

CASAA 27 19% 81%

SMA 10 20% 80%

OGFC 1 100% 0%

38

NOTA:

Los valores de los límites de referencia en las gráficas

(líneas horizontales blancas) indican los valores

típicos mínimos de contenidos de asfalto:

CASAA ≥ 5.5% ; SMA ≥ 6.5% ; OGFC ≥ 4.5%

Cumplen No cumplen

capa No. muestras

CASAA 27 81% 19%

SMA 10 80% 20%

OGFC 1 100% 0%

38

NOTA:

Los valores de los límites de referencia en las gráficas

(líneas horizontales blancas) corresponden al espesor

mínimo típico de la capa:

CASAA y SMA ≥ 2.5 cm; OGFC≥ 3.0cm

24

Macrotextura

Microtextura

0

0.5

1

1.5

2

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Mac

rote

xtu

ra (

mm

)

Edad de la aplicación (meses)

CASAA

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 20 40 60 80 100

Ma

cro

tex

tura

(m

m)


OGFC

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Mac

rote

xtu

ra (

mm

)


SMA

45.0

55.0

65.0

75.0

0 10 20 30 40

Mic

rote

xtu

ra


CASAA

45.0

55.0

65.0

75.0

0 10 20 30 40

Mic

rote

xtu

ra


SMA

No Cumplen

Capa Muestras cumplen

CASAA 41 34% 66%

SMA 11 45% 55%

OGFC 4 50% 50%

56

NOTAS:

1. El valor (0.8mm) del límite de referencia en las gráficas

(líneas horizontales blancas) corresponde a la mínima

macrotextura esperada al final de la vida útil de la capa

2. Los valores de referencia durante la etapa de construcción son:

CASAA 1.2 a 2.0mm, SMA 1.0 a 2.0mm y OGFC 1.5 a 2.5mm

Cumplen

Capa No. muestras

CASAA 16 38% 63%

SMA 5 40% 60%

OGFC 0

21

NOTAS:

1. El valor (50) del límite de referencia en las gráficas (líneas

horizontales blancas) corresponde a la mínimo microtextura

esperada al final de la vida útil de la capa

2. El valor de referencia durante la etapa de construcción es:

≥ 65 para los tres tipos de capas

No

cumplen

25

Permeabilidad

Regularidad transversal (roderas).

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 50 100

pro

fun

did

ad

(cm

)


OGFC

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 10 20 30 40

pro

fun

did

ad

(cm

)


SMA

0.0

0.2

0.4

0.6

-10 10 30 50 70

pro

fun

did

ad

(cm

)


CASAA

0%

200%

400%

600%

800%

1000%

-10 10 30 50 70

Pe

rme

ab

ilid

ad


CASAA

0%

200%

400%

600%

800%

1000%

0 10 20 30 40

Pe

rme

ab

ilid

ad


SMA

Se realizó la prueba de permeabilidad con elprocedimiento del cono y la arena, observándose comportamientos muy variables.

Existen procedimientos especificados como en españa y DOT de texas para medir la permeabilidad en capas drenantes.

Cumplen No cumplen

Capa No. muestras

CASAA 41 95% 5%

SMA 11 100% 0%

OGFC 4 50% 25%

56

NOTAS:

1. El valor (0.5mm) del límite de referencia en las gráficas (líneas

horizontales blancas) corresponden a la máxima de profundidad

de rodera esperado al final de la vida útil de la capa


≤ 2mm para los tres tipos de capas

26

Susceptibilidad a roderas.

Desgranamiento

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

0 10 20 30 40 50 60 70

De

sgra

nam

ien

to


CASAA

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

0 20 40 60 80 100

De

sgra

nam

ien

to


OGFC

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

0 5 10 15 20 25 30 35 40

De

sgra

nam

ien

to


SMA

0

5

10

0 10 20 30

De

form

aci

ón

(m

m)

Meses

CASAA

0

5

0 10 20 30

De

form

aci

ón

(m

m)

Meses

OGFC

0

10

0 10 20 30De

form

aci

ón

(m

m)

Meses

SMA Cumplen No cumplen

Capa No. Muestras

CASAA 5 60% 40%

SMA 2 50% 50%

OGFC 1 100% 0%

8

1. Los límites de referencia en las gráficas (líneas horizontales blancas)

corresponden al valor máximo permisible recomendado de deformación

permanente


Cumplen No cumplen

capa No. Muestras

CASAA 37 97% 3%

OGFC 2 100% 0%

SMA 10 100% 0%

49

NOTAS:

1. EL valor (15%) del límite de referencia en las gráficas (líneas

horizontales blancas) corresponde al porcentaje máximo de

desgranamiento esperado al final de la vida útil de la capa


0% para los tres tipos de capas

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