Metodologa SUPERPAVEpara eldesarrollo de Pavimentos Asflticos de Alto Desempeo

Los mtodos y especificaciones utilizadas actualmente en nuestro pas para el desarrollo de mezclas asflticas en caliente, si bien son las que se estn empleando en la mayora de los pases de Latinoamrica, y aun cuando en general cumplen su funcin adecuadamente, tienen una serie de limitaciones las cuales no nos permiten predecir con la precisin suficiente el comportamiento del pavimento durante su perodo de servicio.

Roberto Lazo Hinrichs, Qumica Latinoamericana S.A.

Es por esto que Estados Unidos, que antes utilizaba sistemas similares al nuestro, financi una investigacin realizada a travs del Programa Estratgico de Investigacin en Carreteras SHRP (Strategic Highway Research Program), efectuada entre 1987 y 1993 con un costo aproximado de USD 50.000.000, la cual tuvo como principal fin establecer un nuevo sistema que ayudara a predecir mejor el desempeo de los pavimentos a lo largo de su vida til.Sistema SUPERPAVEEl resultado final del SHRP fue el desarrollo de SUPERPAVE (Superior Performing Asphalt Pavements), un sistema que incluye nuevas especificaciones para los materiales (asfaltos y agregados), como as tambin nuevos ensayes de laboratorio y un renovado mtodo de diseo para las mezclas asflticas en caliente.

Para el caso de los asfaltos, SUPERPAVE establece nuevos ensayes orientados a medir las propiedades reolgicas de stos y de relacionarlas con el desempeo que tienen frente a los tres tipos de fallas ms clsicas que ocurren en los pavimentos durante su vida til (ahuellamiento, agrietamiento por fatiga, y agrietamiento trmico). Adems, SUPERPAVE define para los cementos asflticos tradicionales una nueva clasificacin por Grado de Desempeo, tambin denominada Clasificacin PG (Performing Grading).

Los sistemas de clasificacin ms tradicionales de cementos asflticos, como la clasificacin por viscosidad utilizada hasta el da de hoy en Chile o la clasificacin por penetracin, que se usaba hasta hace algunos aos, se basan en ensayes que se realizan a una temperatura fija predefinida, lo que dificulta relacionar los resultados con el desempeo futuro del asfalto en el pavimento.

Con las especificaciones SUPERPAVE, los ensayes a los ligantes se realizan a distintas temperaturas, lo que permite identificar la temperatura crtica en la que cada ensaye alcanza su valor lmite especificado.

De esta manera se puede establecer un rango de temperaturas dentro del cual un asfalto en particular puede desempearse adecuadamente.

Es as como la clasificacin de los Cementos Asflticos por Grado de Desempeo (PG) establecida por SUPERPAVE se de la siguiente forma generalizada:PG XX YYDondePG:Nomenclatura utilizada para la clasificacin por Grado de Desempeo.XX:Temperatura mxima de diseo del pavimento (C)YY:Temperatura mnima de diseo del pavimento (C)Por ejemplo, un asfalto PG 5828 se puede utilizar en un proyecto donde la temperatura mxima de diseo del pavimento sea de 58C y la mnima de -28C. Las temperaturas de diseo del pavimento para un proyecto en particular (temperatura mxima y mnima) se calculan mediante un algoritmo definido por SUPERPAVE y que usa los datos climatolgicos de la zona donde se ubica el proyecto.

Hoy, los grados PG utilizados son los siguientes:

XX

YY

46

34, 46, 52

52

10, 16, 22, 28, 34, 40, 46

58

16, 22, 28, 34, 40

64

10, 16, 22, 28, 34, 40

70

10, 16, 22, 28, 34, 40

76

10, 16, 22, 28, 34

82

10, 16, 22, 28, 34

SUPERPAVE determina que si el nmero de ejes equivalente totales (ESAL) del proyecto es elevado o si se estima que la velocidad del trnsito que circular por las vas ser relativamente baja, se debe emplear para este proyecto un asfalto con un grado XX uno o dos niveles superior al determinado originalmente por temperatura, evitando as el ahuellamiento prematuro del pavimento por deformaciones permanentes acumuladas.

Las especificaciones tradicionales y las establecidas por SUPERPAVE utilizan el Horno de Pelcula Delgada Rotatoria (RTFO), el cual simula el envejecimiento que sufre el asfalto durante el transporte, almacenamiento, manipulacin en planta, mezclado y construccin.

Sin embargo, SUPERPAVE utiliza adems la Cmara de Envejecimiento a Presin (PAV), que simula el envejecimiento del asfalto despus de varios aos de servicio, permitiendo realizar anlisis ms precisos al ligante.

REMETRO:El Remetro de Corte Dinmico DSR es un equipo utilizado en la metodologa SUPERPAVE para estudiar las propiedades reolgicas de los asfaltos. En particular sirve para medir la rigidez de los asfaltos a temperaturas altas (resistencia al ahuellamiento) e intermedias (resistencia al agrietamiento por fatiga).

El mtodo de diseo de mezclas asflticas establecido por SUPERPAVE es un diseo del tipo volumtrico basado en buscar el contenido de asfalto adecuado tal que la mezcla alcance un 96% de la densidad terica mxima de la mezcla del pavimento (sin vacos de aire), despus de la compactacin y la apertura al trfico. La mezcla con el contenido ptimo de asfalto debe cumplir con todos los parmetros volumtricos y con las especificaciones relacionadas con la susceptibilidad a la humedad, concepto no estudiado bajo el mtodo de diseo Marshall que se emplea hoy en Chile.Adems SUPERPAVE ha ajustado los ensayos y anlisis de los agregados que componen las mezclas con el fin de mejorar el desempeo de stas en terreno.

Otra diferencia importante del mtodo diseo SUPERPAVE con respecto al mtodo de diseo Marshall, es que para la confeccin de probetas de mezclas asflticas se consideran los siguientes puntos:

Acondicionamiento de la mezcla para ensaye:Las mezclas asflticas utilizadas para realizar los ensayos son puestas durante 2 horas en un horno a temperatura de compactacin para simular el envejecimiento de corto plazo que sufren las mezclas durante su elaboracin en planta y transporte hasta la obra. Este procedimiento permite adems que el agregado tenga ms tiempo para absorber el asfalto evitando as distorsiones en los clculos finales de dosis de asfalto en la mezcla.

Mtodo de Compactacin mediante Compactador Giratorio o SGC:La compactacin de las probetas se realiza mediante un equipo especializado que efecta una rotacin con un ngulo de inclinacin de 1.25 grados y ejerciendo una presin de confinamiento a la misma.

COMPACTADOR GIRATORIO SGCEste equipo compacta las probetas de mezclas asflticas mediante el principio de amasado, rotando las probetas y ejerciendo adems un ngulo de inclinacin y una presin de confinamiento que permiten simular de forma mucho ms real lo que ocurre en terreno cuando se efecta la compactacin mediante rodillos. Este equipo reemplaza al equipo Marshall que compacta las probetas con golpes de martillo.

Ambos efectos simulan mejor el efecto producido por los rodillos compactadores sobre el pavimento que el mtodo de compactacin por golpes utilizado en el mtodo de diseo Marshall. El nmero de giros de la compactacin depende del nivel de trnsito (ESAL).

Dadas las ventajas que tiene en teora la metodologa SUPERPAVE para la prediccin del comportamiento de un pavimento en terreno en comparacin con el sistema actualmente empleado en Chile, es que se hace necesario evaluar un cambio definitivo a este sistema, el cual es ampliamente utilizado en Estados Unidos y Canad con resultados satisfactorios.

Si podemos predecir de mejor forma el desempeo futuro de nuestros pavimentos de asfalto, entonces podremos tambin disminuir considerablemente la posibilidad de ejecutar proyectos en los cuales el pavimento falle prematuramente.

Para cambiar al sistema SUPERPAVE es necesario, entre otras cosas, trabajar en una zonificacin climtica de Chile, la cual indique las temperaturas mximas y mnimas de diseo de pavimentos para cada zona caracterstica. Esto permitir especificar el Grado PG que debe cumplir el asfalto para un futuro proyecto dependiendo de la zona donde ste se ubique.

Para realizar esto basta trabajar con las bases de datos proporcionadas por las estaciones meteorolgicas correspondientes a cada zona definida y aplicar los datos recopilados en el algoritmo definido por SUPERPAVE. Cabe destacar que la clasificacin por Grado de Desempeo PG sera especialmente til en nuestro pas dadas la gran cantidad de climas diferentes y extremos que disponemos en nuestro territorio.

El mayor desafo para masificar el uso de SUPERPAVE en Chile est probablemente en equipar los laboratorios con los nuevos equipos exigidos por esta metodologa, los cuales tienen costo considerablemente mayor a los equipos que se utilizan tradicionalmente en Chile, adems de la necesidad de capacitar a los laboratoristas y profesionales del rea para trabajar con este sistema y para entender los nuevos conceptos que ste envuelve.

Sin embargo, la teora y la experiencia en otros pases indican que el esfuerzo requerido para llevar a cabo este cambio trae consigo una buena recompensa.

Stone Mastic Asphalt (SMA)

Asphalt Machineries and Equipment

TECNOLOGA DE PAVIMENTOS PARA EL NUEVO MILENIO

Desde 1968 los pavimentos SMA son usados con gran xito en las rutas de elevado trnsito. Debido a su excelente performance, las autoridades viales de Alemania y otros pases europeos han incorporado esta tecnologa en sus Especificaciones Standard. Despus de un estudio efectuado por una delegacin vial de los Estados Unidos de Norteamrica en 1990 en varios pases de Europa, se decidi efectuar tramos de ensayo SMA en 23 estados, especialmente en Maryland y Georgia. En los ltimos aos tambin en Asia el SMA es usado como el pavimento ms apropiado. Pases como China, Japn, Corea del Sur, Hong Kong, Taiwan y Filipinas los han adoptado. Australia y Nueva Zelanda se han sumado y utilizan la tecnologa SMA. El objetivo de esta presentacin es informar sobre la historia del SMA, sus caractersticas de performance, composicin y aplicaciones.

* Altos volmenes de trfico

* Aumento de las cargas por eje

* Mayor presin de los neumticos

* Estrictas regulaciones ambientales

COMPOSICIN DE SMA

Se caracteriza por su alto contenido en ridos gruesos y su distribucin en un esqueleto de estructura controlada. Los vacos de la matriz estructural estn llenados por un mastic bituminoso de alta viscosidad. El elevado contenido de agregados de por lo menos 70% - asegura un contacto perfecto entre las partculas despus de la compactacin. El grado de viscosidad del mastic se obtiene por el agregado de arena triturada.

Las mezclas de SMA tienen un contenido de asfalto entre 6.5 7.2%. El bitumen se mantiene estabilizado en la composicin granulada de ridos durante el proceso de mezcla, almacenaje intermedio, transporte, pavimentacin y compactacin por el agregado de un aditivo en base a fibras celulsicas.

HISTORIA DEL STONE MASTIC ASPHALT

La mezcla SMA para pavimento fue desarrollada en Alemania a finales de los aos 60. Se deseaba obtener un pavimento de mxima resistencia al desgaste y deterioro causado por los neumticos de clavos en las rutas europeas. Una empresa de pavimentos, STRABAG, con la colaboracin de J. Rettenmaier (lder en Tecnologa de Fibras) desarroll la mezcla SMA. Despus de la prohibicin del uso de neumticos de clavos, se verific que el pavimento SMA aseguraba pavimentos durables que exhiban una muy elevada resistencia al desgaste en las rutas de alto trnsito.

Como consecuencia de ello, en 1984 se normaliz el sistema SMA en Alemania. Luego comenz a ser utilizado en otros pases de Europa, Estados Unidos y Asia Pacfica. Muchos pases han establecido sus propias normas para SMA, y la CEN (Comisin de Standards Europeos) est en proceso de fijar un norma europea estandarizada. Asimismo, en Estados Unidos, Australia, Nueva Zelanda, China, Corea del Sur, Taiwan y otros grandes pases asiticos, el SMA est ganando rpidamente la aceptacin de las autoridades viales y la industria del asfalto.

CARACTERSTICAS DE PERFORMANCE DE SMA

Estabilidad en una mezcla de SMA: se obtiene por la friccin interna del esqueleto ptreo autoportante.

Buena estabilidad a elevadas temperaturas:La mezcla de SMA presenta un esqueleto ptreo de ridos de alta calidad que provee un incremento en la friccin interna y resistencia al corte dando as una estabilidad extremadamente elevada.

Buena flexibilidad a bajas temperaturas: SMA utiliza un mastic rico en mortero que ofrece propiedades superiores a las de un concreto denso en caliente en sus caractersticas de resistencia al fisuramiento trmico.

Elevada resistencia al desgaste: SMA tiene bajo contenido en vacos de aire totales que le confiere impermeabilidad y le provee buena resistencia al envejecimiento, a la humedad y eleva la durabilidad.

Elevada capacidad adhesiva entre los agregados y el bitumen: Estas mezclas SMA tienen una gran cantidad de filler y asfalto, las fibras celulsicas se agregan como estabilizante. Ello se hace para absorber bitumen, espesar la pelcula bituminosa y mejorar la adhesin bitumen / ridos.

Una mezcla que no tiende a separarse: Se obtiene una eficiente estabilizacin del mastic para evitar la separacin de las partculas ridas gruesas.

Buena resistencia al deslizamiento: Debido a la profundidad de su textura superficial y al uso de ridos gruesos, se obtiene una excelente resistencia al deslizamiento.

Salpicado reducido: Debido a la profundidad de textura superficial hay menos salpicado de agua y, de noche, es menor el reflejo de la superficie y se mejora la visibilidad de las demarcaciones del camino.

Menos ruido de trfico: SMA presenta generalmente disminucin de ruidos debido a las propiedades de textura conseguidos.

Granulometra de las mezclas SMA

Ample la imagen para su mejor visualizacin

Las mezclas de Stone Mastic Asphalt tienen un contenido en betn de entre 6,5% y 7,2%. El betn en esta mezcla discontinua es estabilizado durante el proceso de mezcla, el almacenaje intermedio, el transporte, la colocacin y la compactacin a travs de la adicin de fibras. El Stone Mastic Asphalt es reconocido por su:

* Alta estabilidad a la deformacin

* Resistencia a la fatiga y al envejecimiento

* Drenaje lateral del agua

* Resistencia a los deslizamientos

* Reduccin del ruido

La utilizacin de fibras celulsicas no modifica qumicamente al bitumen pero interviene en las propiedades fsicas permitiendo incrementar el contenido del mismo. Tiende a espesar o conferir una reologa al bitumen evitando que el mismo drene de la mezcla previo a la compactacin. Las fibras de celulosa pueden utilizarse en forma de pellets. El VIATOP de J. Rettenmaier & Shne es una combinacin de fibras con bitumen en forma de pellets que puede ser utilizado con facilidad y agregado durante la preparacin de la mezcla. El contenido de fibra celulsica debe ser 0.3% en peso calculado sobre mezcla total (aprox. 0.5% de VIATOP que contiene 66% de fibra).

MEZCLAS TPICAS DE SMA

1. Agregados

Alta calidad de agregados triturados, arena triturada, filler mineral

Fracciones mm

0/11

0/8 S

0/8

0/5

< 0.09 mm % peso

9 13

10 13

8 13

>2.00 mm % peso

75 80

70 80

60 70

>5.00 mm % peso

60 70

>=55

45 70

8.00 mm % peso

>=40

>=10

11.2 mm % peso

=1 : 1

2. Ligante

Grado de Bitumen

B65

B80

Cont. de Bitumen % peso

>=6.5

>=7.0

>=7.2

3. Aditivo estabilizador

Contenido de la mezcla % peso

0.3 1.5

4. Mezcla Espcimen Marshall

Temp. de compactacin C

135 + - 5

Contenido espacios vacos % peso

3.0 4.0

2.0 4.0

5. Superficie

Espesor cm

3.5 4.0

3.0 4.0

2.0 4.0

1.5 3.0

Peso Kg. / m2

85 100

70 100

45 100

35 75

Grado de compactacin %

>=97

Contenido espacios vacos % peso