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SANTIAGO LANCHAS Y RUY NEZRETTENMAIER IBRICA

ANDRS COSTA, JAVIER LOMA Y ROCO CERVANTESELSAN

MARA ELENA HIDALGOEIFFAGE INFRAESTRUCTURAS

JOS ANTONIO HERGUETA Y FERNANDO SNCHEZEUROCONSULT

FIBRAS DE CELULOSA ADITIVADAS PARA MEZCLAS TIPO SMA CON PROPIEDADES MEJORADAS

COMUNICACIN 14

BALTASAR RUBIO Y RAFAEL JIMNEZCEDEX

FLIX E. PREZ Y RAMN BOTELLAUNIVERSIDAD POLITCNICA DE CATALUA

SANTIAGO EXPSITO Y VICTORIANO FERNNDEZLABORATORIO DE ACSTICA APLICADA DE LA UCLM

JUAN JOS POTTIEUCAT

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RESUMEN

L as mezclas bituminosas tipo SMA, recogidas en la norma UNE EN 13108-5, ofrecen gran-des posibilidades para aumentar la vida til de las capas del firme, principalmente las de rodadura e intermedia, contribuyendo as a la reduccin de costes en el ciclo de vida de la estructura portante de la carretera.

El proyecto Mezclas SMA de la familia de la norma UNE EN 13108-5 que sean Sostenibles, Medioam-bientalmente Amigables (Proyecto SMA, Financiado por el Centro Tecnolgico para el Desarrollo Indus-trial, CDTI, con fondos FEDER) consta de dos gran-des partes. Una primera dedicada a la adaptacin a las condiciones espaolas de las mezclas SMA con-vencionales. Una segunda parte enfocada al desa-rrollo de mezclas que basndose en los principios constitutivos de las SMA convencionales, permitan la potenciacin de aspectos relacionados con la re-duccin del impacto medioambiental y contribuyan a la mayor sostenibilidad de la construccin y con-servacin de los firmes de carreteras.

Es conocido que las mezclas SMA requieren una fi-bra estabilizante para evitar los problemas de dre-naje del ligante asociados a los altos contenidos del mismo. Tambin favorecen un reparto homogneo del mstico formando una pelcula gruesa y ho-mognea alrededor de los ridos. Pero las mezclas SMA especiales desarrolladas en el Proyecto SMA

han requerido el desarrollo de aditivos estabilizan-tes especiales que facilitasen y/o potenciasen las propiedades perseguidas.

Este artculo presenta estos nuevos productos y las ventajas que permiten conseguir en la fabricacin de mezclas bituminosas de prestaciones especiales.

INTRODUCCIN

Las fibras de celulosa vienen utilizndose desde hace dcadas como estabilizante para prevenir el escurrimiento del betn y su reparto uniforme con el fin de conseguir la formacin de una pel-cula gruesa y homognea alrededor de los ridos en mezclas con dotaciones de ligante superiores a lo que la superficie especfica de los mismos puede admitir.

Las mezclas tipo Stone Mastic Asphalt (SMA), de-sarrolladas originalmente en Alemania durante los aos 60 y 70 del siglo pasado, son mezclas con granulometra discontinua, principalmente en los tamaos menores del rido grueso, y a la vez, contienen dotaciones de ligante muy supe-riores a las mezclas AC convencionales. Esto de-riva en que la superficie especfica del material mineral (ridos y filler) no sea suficiente para ad-sorber todo este ligante. Por ello, desde el prin-cipio, se integr en sus frmulas el uso de fibras que evitasen el escurrimiento.

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VIII JORNADA NACIONALASEFMA 2013

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superficies de rodadura haciendo necesarias las operaciones de mantenimiento tras cada cam-paa de invierno. A los tradicionales msticos bituminosos empleados en Alemania para la re-paracin de problemas superficiales, se los com-plement con la incrustacin superficial de grava gruesa para mejorar la respuesta a la abrasin. Este tipo de actuaciones dieron muy buen resul-tado por lo que se empez a estudiar con ms detalle sus caractersticas y a buscar una forma de industrializar su fabricacin. As, a finales de los 60 el Dr. Zichner presenta su propuesta para la fabricacin de una mezcla con granulometra discontinua y alto contenido en ligante.

Los principios de diseo originales se fundamen-tan en dos ideas. La primera es obtener un esque-leto mineral en el que las partculas ms grandes del rido grueso estn en contacto directo unas con otras con el fin de proporcionar una gran es-tabilidad evitando las deformaciones plsticas. La segunda es emplear un alto contenido de ligante para, por una parte, cerrar bien la mezcla para hacerla impermeable, y por otra parte, propor-cionar una gran cohesin para resistir los esfuer-zos asociados al contacto entre el pavimento y el neumtico.

A diferencia de las mezclas BBTM, en las que la cantidad de betn est ajustada a lo que admi-te la superficie especfica del material mineral, las mezclas SMA incluyen ligante en exceso sobre di-cha superficie especfica. Eso conduce a un pro-blema fundamental: el escurrimiento del ligante. Y es que en cuanto la mezcla sale de la amasado-ra, y durante el almacenado, transporte, extendi-do y compactacin, el betn excedentario escurre dando lugar a dos fenmenos graves: la prdida de parte del ingrediente ms caro de un aglo-merado bituminoso, y la prdida de parte de las propiedades supuestas a una mezcla que, al fi-nal, contiene menos ligante del proyectado. Para evitar ese problema se recurri desde el principio al uso de un inhibidor del escurrimiento o fibra estabilizante. En un primer momento se utiliz la fibra de amianto, pero debido a los problemas de seguridad y salud asociados a dicho producto, pronto se pas al empleo de fibras de celulosa.

El primer estabilizante empleado fue la fibra de amianto, pronto deshechada por sus implicacio-nes en materia de seguridad e higiene. Desde en-tonces se han probado muchos otros productos (polmeros varios, materiales pulverulentos, mul-titud de fibras de diferentes naturalezas) resultan-do las fibras de celulosa los ms utilizados por sus propiedades funcionales.

A partir de su utilizacin en mezclas SMA, las fibras de celulosa han pasado a usarse en otros tipos de mezclas bituminosas. Para la sujecin y reparto del ligante en mezclas tipo PA o AC, o como soporte para la incorporacin de aditivos modificadores de la reologa de las mezclas en mezclas SMA, PA, y AC.

Dentro del proyecto Mezclas SMA de la familia de la norma UNE EN 13108-5 que sean Sostenibles, Medioambientalmente Amigables (Proyecto SMA), financiado por el Centro Tecnolgico para el Desa-rrollo Industrial (CDTI) con fondos FEDER, se han estudiado mezclas que, basndose en los princi-pios constitutivos de las SMA convencionales, per-mitan la potenciacin de algn aspecto funcional y la reduccin del impacto medioambiental contri-buyendo as a una mayor sostenibilidad de la cons-truccin y conservacin de los firmes de carreteras. Para estas mezclas SMA especiales, se han desa-rrollado diferentes fibras con aditivos que facilitan su produccin y contribuyen a alcanzar las propie-dades perseguidas.

Este artculo presenta un repaso general a los pro-ductos estabilizantes para mezclas ricas en ligante, a las propiedades de las fibras de celulosa y sus po-sibilidades de empleo en aglomerados bituminosos y finalmente se presentan los productos especiales desarrollados en el Proyecto SMA.

PRODUCTOS ESTABILIZANTES EN MEZCLAS RICAS EN BETN

El uso de neumticos con clavos para la con-duccin invernal fue el motivo que condujo al desarrollo de las mezclas SMA. Este tipo de neu-mticos produca un desgaste acelerado de las

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Se pueden establecer tres categoras:

Los polmeros como SBS y NBR en polvo para mejorar betunes

Los aditivos pulverulentos

Los aditivos fibrosos

Los polmeros usados comunmente para la produc-cin de betunes modificados podran ser una op-cin viable aunque presentan varios problemas im-portantes, entre ellos cabe citar que para evitar el escurrimiento se debe recurrir a modificadores de la viscosidad por lo que las mezclas resultantes suelen admitir poca dotacin de betn, presentan un difcil reparto del mismo y tener peor trabajabilidad, por lo que precisan de ms temperatura y energa de produccin y ello dificulta las operaciones de exten-dido y compactacin de la mezcla, sobre todo en trazados no rectos.

Los aditivos pulverulentos son de naturaleza muy diversa. Se pueden mencionar el polvo de slice, el carbonato clcico o el polvo mineral. Se trata de productos formados por partculas muy pequeas y aunque su precio es muy bajo comparado con otros productos, tienen el inconveniente de que no propician el reparto homogneo del ligante sobre la superficie de los ridos. Estos productos tienden a acumularse en los huecos que quedan en la estruc-tura del esqueleto mineral arrastrando consigo el betn que los rodea por lo que la mezcla resultan-te no presenta las ventajas asociadas a una pelcula gruesa y uniforme sobre los ridos.

El polvo de caucho procedente de neumticos fuera de uso (NFU) es un tipo de aditivo que est a caballo entre las dos categoras presentadas anteriormente. Por una parte, el caucho contribuye a mejorar las propiedades del betn, entre ellas su viscosidad. Por otra parte, la carga mineral empleada en la fabrica-cin de los neumticos, el negro de carbono, con-tribuye a aumentar la superficie especfica capaz de retener el ligante. Esta combinacin de polmero y aditivo pulverulento ha sido probada en el marco del Proyecto SMA en el que se han realizado diver-sas pruebas y tramos de ensayo con mezclas SMA

El uso de altos contenidos de ligante en las mezclas bituminosas tiene varias razones. En primer lugar est la constitucin de mezclas con bajos conteni-dos en huecos con el fin de que las mezclas sean lo ms impermeables posible. Si, adems, consegui-mos que ese ligante en elevada cantidad se dispon-ga uniformemente sobre la superficie de los ridos formando una capa gruesa y homognea conse-guimos otras ventajas aadidas. Las principales son una mejor cohesin de la mezcla al aumentar la su-perficie de contacto entre