Título del trabajo: VALORACIÓN DE AGREGADOS PÉTREOS ARGENTINOS PARA SU UTILIZACIÓN EN MEZCLAS ASFALTICAS

Autores: Ings. Hugo Poncino *, Marta Pagola *, Martín Benzaquen *, Ricardo Andreoni *, Rubén Tello **, Wolf Tcharin ** y Lic. Miguel Ruiz **. Entidad u Organismo al que pertenece: * Laboratorio Vial IMAE - Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura. Universidad Nacional de Rosario. ** División Investigaciones, Dirección Nacional de Vialidad. RESUMEN Las tendencias internacionales indican que la valoración de los agregados pétreos debe realizarse con un análisis general, considerando su textura, forma, limpieza, resistencia mecánica y resistencia al pulimento (este último parámetro válido para carpetas de rodamiento). Siguiendo esos lineamientos se ha comenzado a trabajar y se han analizado agregados pétreos procedentes de distintas canteras en explotación de nuestro país, cuyos materiales están siendo utilizados en mezclas asfálticas. Los agregados analizados tienen distinta naturaleza mineralógica: granitos, basaltos y cuarcitas; y se ha valorado cada muestra con tres ensayos de laboratorio, ellos son Los Ángeles, Micro Deval y Pulimento Acelerado. Se analiza también la posibilidad de utilización en las mezclas asfálticas de rodamiento y de base de los agregados analizados, según los límites de calidad indicados en especificaciones internacionales 1. INTRODUCCIÓN En los últimos años se han aumentado las exigencias de calidad necesarias en las carpetas de rodamiento, fundamentalmente desde el punto de vista de su respuesta friccional. Dichas exigencias han sido mayormente a las superficies asfálticas, ya que ellas son las de mayor uso en nuestro país. Frente a esta necesidad de mayores exigencias de calidad para los usuarios, las empresas han introducido nuevas tecnologías en carpetas de rodamiento, fundamentalmente como técnicas de capas delgadas cuyo principal aporte es el de mejorar la calidad friccional de la superficie y no aportan a la resistencia estructural del camino. Dicho aumento de calidad de las capas de superficie trajo aparejado mayores exigencias a los materiales componentes de las mismas: material asfáltico y agregados pétreos. En este artículo se analizan los agregados pétreos y los controles de calidad más difundidos a nivel internacional, como así también los límites de calidad en ellos exigidos. 2. PARÁMETROS DE CONTROL DE AGREGADOS PÉTREOS

Para responder a las exigencias friccionales de la superficie son fundamentalmente dos las características de los agregados pétreos que están involucradas:

• Resistencia mecánica: valorada con los ensayos Los Ángeles y Micro Deval

• Resistencia al pulimento: valoradas con el ensayo de pulimento acelerado Relacionadas con las resistencias indicadas, y teniendo una fuerte influencia en sus resultados se encuentran ciertas características mecánicas de los agregados, como son:

• Granulometría

• Forma

• Caras de fractura

2.1. Granulometría La misma indica el tamaño de los granos que posee la composición o mezcla de distintos agregados pétreos indicada por una serie de tamices. La composición de los agregados puede dar origen a curvas granulométricas continuas o discontinuas, siendo las continuas las mezclas que poseen aporte en todas las fracciones del entorno de tamices y las discontinuas las que tienen faltante de material en alguna de las fracciones. La granulometría tiene gran influencia en la resistencia mecánica de la mezcla elaborada y en la calidad friccional de la superficie, esta última a través de la macrotextura:

• Curvas granulométricas continuas dan origen a mezclas cerradas, impermeables y con buenas resistencias estructurales; pero el acabado final de la superficie resulta con macrotexturas muy bajas con lo cual no son apropiadas para lograr buena resistencia friccional de la calzada.

• Curvas granulométricas discontinuas originan mezclas asfálticas abiertas, con

elevado porcentaje de vacíos, con lo cual su calidad estructural es reducida, o sea necesitan estar colocadas sobre estructuras de pavimentos con calidad suficiente para las cargas del tránsito que las solicita. Las superficies logradas en mezclas asfálticas con este tipo de curvas poseen buenas macrotexturas, por lo tanto son adecuadas para obtener adecuada resistencia friccional.

En la Figura 1 se encuentra una representación esquemática de la superficie, como puede verse en la misma el término macrotextura está relacionado con el tamaño de los granos y con la densidad de la granulometría.

Figura 1. Representación esquemática de la macrotextura de la superficie

2.2. Forma

Según la clasificación por su forma los agregados pueden ser:

• cúbicos • alargados o elongados • lajosos o planos

Es deseable que los agregados tengan forma cúbica, ya que es la que ofrece mayor resistencia mecánica. En caso de no tener forma cúbica es necesario valorar en que proporción se encuentran las partículas alargadas o lajosas, ya que la misma se encuentra limitada en la mayoría de las especificaciones. Dicha metodología de valoración se encuentra normalizada y existen planchas de contraste para cada uno de los tipos, como puede verse en la Figura 2.

Figura 2. Plantillas para determinación de partículas alargadas y lajosas, según Norma Española NLT 354. La forma resultante de un agregado está muy influenciada por la técnica que se emplee de explotación de la cantera y la de trituración. En la Figura 3 puede observarse el material proveniente de una misma cantera pero con dos técnicas distintas de trituración, la parte de la izquierda corresponde a una trituradora de mandíbulas mientras que la de la derecha a una trituradora por impacto; como resultado el agregado de la derecha tiene una mejor cubicidad que el de la izquierda a pesar de ser el mismo material. Figura 3. Material proveniente de una misma cantera con dos formas de trituración, en la fracción 6-12.

2.3. Resistencia mecánica Tanto durante la fabricación de la mezcla asfáltica en la planta, como durante su colocación y vida en servicio bajo tránsito los agregados están sometidos a esfuerzos mecánicos que les provocan deterioros en su calidad inicial. Uno de los deterioros observables es la fragmentación por fatiga de las partículas, las mismas se quiebran en fragmentos más pequeños reduciendo así su tamaño y por lo tanto variando la composición granulométrica. Otro tipo de deterioro es el que se produce por frotamiento entre partículas, lo que ocasiona un desgaste de la microtextura superficial de los granos y por lo tanto en una reducción de sus propiedades friccionales, tanto interna de trabazón en la mezcla como de la superficie.

2.3.1. Ensayo de desgaste Los Ángeles Este ensayo valora fundamentalmente la fragmentación de los agregados durante la fabricación y puesta en obra. El mismo es de amplia difusión en nuestro país y se lo utiliza desde hace tiempo como ensayo de control de calidad de los agregados. En el mismo, según está indicado en la Norma IRAM 1532, se ensayan distintas fracciones o tamaños de agregados en una máquina que los somete a rotación junto con una carga abrasiva de bolas de acero de importante peso. Figura 4. Los resultados de este ensayo están muy influenciados por el tamaño y la forma de las partículas.

Figura 4. Máquina para ensayo Los Ángeles

En la Figura 5 puede observarse la variación con la granulometría que se obtuvo en este caso con un mismo agregado pétreo de origen granítico en sus distintas fracciones, con una combinación de forma de 65% cúbica, 20% lajosas y 15% alargadas. En la misma puede verse que cuando menor es el tamaño de la fracción mayor es el valor de desgaste obtenido, siendo esto lógico debido al peso de las bolas de acero que destruyen a las partículas pequeñas.

Los tamaños correspondientes a las distintas fracciones son: A: 1 ½” – 3/8”, B: ¾” – 3/8”, C: 3/8” – nº 4, D: nº4 – nº 8). Figura 5. Variación en el resultado del desgaste Los Ángeles con el tamaño de la fracción. (las granulometrías decrecen de la A a la D) Con respecto a la forma de las partículas, en la Figura 6 puede observarse la variación en los resultados para un agregado pétreo de origen granítico al realizar distintas combinaciones de forma, desde 100% cúbica hasta 100% lajosa, para las fracciones A, B y C. En cada una de las fracciones se encuentra la variación con la forma, a la izquierda para 100 % cúbica y a la derecha para 100% lajosa. La fracción D no se encuentra porque en ella no es posible la división por forma de las partículas.

Figura 6. Influencia de la forma de las partículas en los resultados del ensayo Los Ángeles para las fracciones A, B y C

2.3.2. Ensayo de desgaste Micro Deval

Este ensayo representa el desgaste que se produce entre las partículas de agregado por frotamiento entre sí. El mismo consiste en someter a una muestra de agregado pétreo de una determinada fracción granulométrica a rotación dentro de un cilindro con carga abrasiva de pequeño peso y agua, según la Norma de ensayo francesa NFP 18572. El equipo puede observarse en la Figura 7, y en la Figura 8 se encuentra el recipiente donde se coloca el agregado pétreo, la carga abrasiva y el agua.

A B C

FRACCIONES

A BC

D

0

10

20

30LA (%)

LA (%)

LA

JOS

A

CÚ

BIC

A

0

5

10

15

20

25

30

35

Figura 7. Equipo de ensayo Micro Deval Figura 8. Cilindro con carga abrasiva

Este ensayo les produce a las partículas de agregado pétreo un desgaste similar al que le produce el agua en el lecho de un río, o sea que las mismas pierden la microtextura o asperezas superficiales. En la Figura 9 pueden observarse partículas de agregado antes y después del ensayo. Al igual que en el ensayo Los Ángeles un agregado posee mejor respuesta cuando menores son sus resultados de desgaste.

Figura 9. Partículas de agregado pétreo antes y después del ensayo Micro Deval

Los resultados de este ensayo resultan diferentes si las partículas son lajosas o alargadas en lugar de cúbicas, pero en menor proporción que el ensayo Los Ángeles debido a que la carga abrasiva es menos agresiva, o sea menos pesada.

2.4. Desgaste al pulimento Esta resistencia del agregado valora el desgaste por pulimento que produce el tránsito sobre las partículas de agregado que están en contacto con la superficie. Dicha acción pule la microtextura superficial de los agregados, tornándolos más deslizables. Desde el punto de vista de la resistencia friccional de la superficie este parámetro es de suma importancia. En la Figura 10 puede observarse una representación esquemática de la microtextura de la superficie, o sea las pequeñas asperezas superficiales de las partículas de agregados.

ANTES DESPUÉS

Figura 10. Representación de la microtextura superficial

Esta tendencia al pulimento se valora sometiendo muestras con partículas de agregados a la acción de pulido con material abrasivo y agua durante varias horas, en la Figura 11 se observa el equipo de ensayo según Norma española NLT 174. Con las partículas de agregados se construyen pastillas, colocando varias de ellas en una base de resina y constituyendo la muestra de ensayo. Dichas muestras son montadas en una rueda para someterlas a pulimento, pudiendo analizar 7 agregados diferentes en un mismo ensayo. En la Figura 12 se observa una muestra de ensayo.

Figura 11. Equipo de ensayo de Pulimento Acelerado

Figura 12. Muestra de ensayo, conteniendo las partículas de agregado sobre la superficie El coeficiente de pulimento correspondiente al agregado se valora, luego de ser sometido al período de pulimento, con el Péndulo de Fricción. En la Figura 13 se observa dicho equipo en el momento de medición del pulimento final sobre la rueda de ensayo. Figura 13. Medición del pulimento final con Péndulo de Fricción, con las muestras de ensayo montadas sobre la rueda

Este ensayo se realiza para una sola fracción granulométrica del agregado (3/8” – ¼”), y las partículas que forman parte de la muestra de ensayo son seleccionadas para no incorporar aquellas con forma lajosa o plana. 3. ANÁLISIS PLANTEADO Entre el Laboratorio Vial del IMAE-UNR y la División Investigaciones de la D.N.V. se ha establecido un Convenio de Colaboración Recíproca para analizar en forma conjunta las propiedades de los áridos destinados a carpetas de rodamiento asfálticas. Dicho Convenio se encuentra en vigencia desde Septiembre de 1999 y su programa tiene como objetivos:

• la identificación y puesta en marcha de los ensayos de laboratorio considerados como más aptos para calificar el comportamiento de los áridos

• la obtención de los primeros resultados sobre áridos provenientes de canteras

locales de gran producción

• la realización de un análisis de factibilidad para fijar los límites o tolerancias de utilización

Siguiendo dichos objetivos se realizó una primera selección de canteras en producción, las mismas están ubicadas principalmente en la Provincia de Buenos Aires, y algunas en las Provincias de Córdoba, Misiones y Corrientes. Además algunos de los materiales analizados fueron provistos por distintas empresas constructoras. Los agregados pétreos ensayados fueron en su mayoría de origen granítico, algunos basaltos, dolomitas y calizas. 4. RESULTADOS OBTENIDOS Los agregados pétreos fueron preparados y analizados con los ensayos descriptos en el punto 3. Los ensayos Los Ángeles fueron realizados en su mayoría por la D.N.V., y los restantes por el Laboratorio Vial del IMAE. En las Figuras 14, 15 y 16 se encuentran las gráficas con los resultados de ensayo obtenidos. En dichas gráficas los distintos orígenes se encuentran identificados con las siguientes tramas:

basalto caliza dolomita granito

Figura 14. Resultados ensayo Los Ángeles

Figura 15. Resultados ensayo Micro Deval

Figura 16. Resultados ensayo Pulimento Acelerado Los ensayos de Pulimento Acelerado fueron realizados utilizando como árido patrón de referencia para corrección de resultados al árido patrón español.

LOS ANGELES

0

10

20

30

40

50

60

CPA

0

10

20

30

40

50

60

MICRO DEVAL

0

10

20

30

40

Los resultados obtenidos de los tres ensayos de caracterización realizados indican tendencias distintas según el tipo de origen del agregado:

• En el ensayo Los Ángeles los mayores valores de LA (peor comportamiento) son para las calizas, siguiendo luego los granitos y finalmente, con menores valores, los basaltos.

• En el ensayo Micro Deval los resultados no muestran tendencia alguna según el

origen del agregado, en todos ellos se observan valores altos y valores bajos.

• Los resultados del Pulimento Acelerado son casi todos semejantes, encontrándose la mayoría entre 30 y 40.

Es de hacer notar que en esta etapa la mayoría de los agregados fueron extraídos de canteras ubicadas en la Provincia de Buenos Aires, en próximas etapas se piensa ampliar la búsqueda a otras Provincias con lo cual podrán obtenerse conclusiones más amplias acerca de las tendencias. 5. ANÁLISIS DE CONTROLES DE CALIDAD Los controles de calidad que se realizan sobre los materiales poseen límites a verificar, los mismos están indicados en las Especificaciones Técnicas vigentes en cada caso en particular. Para los agregados pétreos los límites exigibles de calidad no son únicos, sino que dependen del tipo de superficie que se esté diseñando y del nivel de tránsito que la va a solicitar. Además dichos límites en las especificaciones son variables entre distintos países o sea que, por ejemplo, los vigentes en España son diferentes a los vigentes en Francia. Lo que tienen de común son los ensayos elegidos para controlar dicha calidad, considerando límites individuales de cada uno de ellos (LA, MDE, CPA) y límites combinados de ensayos (LA+MDE+CPA). En nuestro país no existen especificaciones técnicas propias para las carpetas de rodamiento asfálticas consideradas especiales, tales como: micro concretos asfálticos en frío y en caliente, capas drenantes, SMA, etc.. Sino que como todas estas técnicas de carpetas han sido importadas de otros países, se han utilizado también las especificaciones que se encontraban vigentes en sus países de origen. Como ejemplo se plantean a continuación los límites de las especificaciones vigentes para capas de superficie asfáltica drenante, en España y en Francia, ya que de dichos países se originaron las técnicas utilizadas en nuestro país. Las especificaciones españolas se indican en la tabla de la Figura 17, nótese que las mismas por el momento no hacen referencia al ensayo Micro Deval. Los niveles de tránsito están indicados de T0 a T4, e indican la cantidad de vehículos pesados por día.

NIVEL DE TRÁNSITO

T0 T1 T2 T3 T4 LIMITES DE ENSAYOS DE CONTROL

> 2000 800 - 2000

200 - 800

50 - 200 < 50

Los Ángeles (%) < 25

Caras de Fractura (%) 100 > 90 > 75

Pulimento CPA > 50 > 45 > 40

Índice de Lajas (%) < 30 < 35

Figura 17. Especificaciones españolas para Capas Drenantes

Las especificaciones francesas clasifican en cambio categorías de agregados según su calidad y luego se refieren a dicha categoría al momento de indicar una determinada capa asfáltica. Para el caso de capas drenantes se deben usar agregados categorías B y C, cuyas características se encuentran indicadas en la Figura 18. La categoría C es para tránsitos de hasta 150 vehículos pesados por día y la B para los mayores a ese límite. Como puede observarse existen tanto límites para los ensayos individuales como para combinación de ellos.

CATEGORÍA 100 CPA – (LA+MDE)

100 CPA LA + MDE LA MDE

B ≥ 15 ≥ 45 ≤ 40 ≤ 25 ≤ 20

C ≥ 5

Y

≥ 45 ≤ 50

Y

≤ 30 ≤ 25

Figura 18. Categorías de tránsito para utilizar en capas drenantes

5.1. Análisis de los agregados ensayados con las especificaciones españolas para carpetas drenantes

Para los agregados argentinos ensayados en el presente estudio se analizó su comportamiento frente a los límites de las especificaciones españolas, para las carpetas drenantes y el entorno de tránsito T1 (800 a 2000 vehículos pesados por día). En la Figura 19 se observan los resultados de dicho análisis, considerando el árido en general, y los dos ensayos indicados en las especificaciones en particular. Los mismos se encuentran en forma esquemática, el área rayada indica la proporción que cumple con los límites, y el área lisa la que no cumple.

ÁRIDO EN GENERAL LOS ÁNGELES PULIMENTO ACELERADO

Figura 19. Representación esquemática de cumplimiento de las

especificaciones españolas, para carpeta drenante y tránsito entre 800 y 2000 vehículos pesados por día.

Como puede observarse la proporción es muy diferente cuando se analizan los ensayos individuales o el árido en general. Los resultados de Pulimento Acelerado no pueden ser modificados ni mejorados ya que los mismos dependen de las características intrínsecas del agregado, mientras que los resultados del ensayo Los Ángeles si podrían ser mejorados variando la forma de las partículas de agregado, ya que la misma depende de la forma de extracción y trituración en cantera.

5.2. Análisis de los agregados ensayados con las especificaciones francesas para carpetas drenantes

Siguiendo el mismo criterio que en el punto anterior se analizó el comportamiento de los agregados argentinos ensayados frente a los límites de las especificaciones francesas, para las carpetas drenantes y el entorno de tránsito superior a 150 vehículos pesados por día. En la Figura 20 se observan los resultados de dicho análisis, considerando el árido en general, y los tres ensayos indicados en las especificaciones en particular. Los mismos se encuentran en forma esquemática, el área rayada indica la proporción que cumple con los límites, y el área lisa la que no cumple.

SI

NONO

SI

SINO

ÁRIDO EN GENERAL LOS ÁNGELES

MICRO DEVAL PULIMENTO ACELERADO

Figura 20. Representación esquemática de cumplimiento de las especificaciones francesas, para carpeta drenante y

tránsito mayor de 150 vehículos pesados por día.

Como puede observarse, la proporción de cumplimiento es muy diferente según sea el ensayo considerado, y en forma conjunta no existe ninguno que verifique las especificaciones. 6. CONSIDERACIONES GENERALES P Se ha establecido una técnica completa de análisis de agregados que considera

su resistencia mecánica y friccional, acorde con las especificaciones internacionales.

P Se consideran satisfactorias las caracterizaciones de agregados realizadas en

esta primera etapa. P Se hace notar la importancia que la forma de extracción y trituración de los áridos

en cantera tiene sobre la respuesta mecánica de los agregados. P Como pudo observarse las Especificaciones Españolas son distintas de las

Francesas, por lo cual se considera de suma importancia el tener cuidado en la aplicación directa de especificaciones técnicas extranjeras, ya que las mismas han

NO SI

NO

SI

NO

SI

NO

sido desarrolladas de acuerdo a las características de los materiales y posibilidades constructivas de cada país.

P Este trabajo de análisis de agregados argentinos se considera sumamente

importante para poder arribar a especificaciones técnicas apropiadas para nuestro país.

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS • Norma IRAM 1532, “Desgaste los Ángeles”. • Norma Española NLT 354,”Indices de lajas y agujas de los áridos para carreteras”. • Norma Española NLT 174,”Determinación del Coeficiente de Pulimento Acelerado”. • Norma Española NLT 175,”Coeficiente de resistencia al deslizamiento con el Péndulo

del TRRL”. • Norma Francesa AFNOR P 18-572,” Ensayo Micro Deval. • Dr. Del Val Miguel Ángel, “Mezclas asfálticas Porosas”, Apuntes Curso Internacional

de Postgrado – tomo 2, Rosario, Argentina, 1997. • “Mémento des Spécification Francaises des Chaussées”, Paris, Ministere des

Transports, Direction des Routes. • Lic. Ruiz Miguel, Ag. Areu Augusto, Ing. Tcharin y Tello Rubén, “Ensayo de Desgaste

Los Ángeles. Propiedades a tener en cuenta sobre el comportamiento de los agregados pétreos”, Argentina, 1999.

• IMAE – DNV, “Rol de los áridos en las características antiderrapantes de las carpetas asfálticas”, Boletín el Asfalto, nº 87, cuarto trimestre 1999.