En el Per se ha especificado tradicionalmente una penetracin mnima de 5 mm para la Imprimacin Asfltica con asfalto lquido RC-250, rebajado con 20% de kerosene industrial. La aparicin de las nuevas Especificaciones Generales del MTC el ao 1998, permiti: a) el uso de emulsiones asflticas de curado lento (CRL-1); b) el uso de asfaltos lquidos de los tipos MC-30, MC-70 y MC-250 para Bases de textura a abierta; c) progresivamente y hasta que el mercado local se adaptase a las nuevas especificaciones, el uso de asfaltos del tipo RC-250, diluidos con un 20% de kerosene industrial; y d) el incremento de la profundidad de penetracin a 7 mm. En un Proyecto de carretera a ms de 3.500 m.s.n.m., se aument la exigencia de penetracin mnima de 7 mm a 20 mm sin sustento alguno, para tasas de material bituminoso similares a las anteriores a 1998, comprendidas entre 0.7 y 1.5 lt/m 2 (0.18 y 0.39 gls/m2, respectivamente). Este cambio ocasion la aparicin de fallas de exudacin y posteriores ahuellamientos en un proyecto de rehabilitacin de una carretera construida con dos capas asflticas del mismo tipo de mezcla, de 6.0 cm y 6.5 cm de espesor. En esta ponencia se comenta sobre la influencia del exceso de imprimacin asfltica en la aparicin de esas exudaciones y ahuellamientos, basados en las evaluaciones efectuadas durante el desarrollo de la obra y ao y medio despus de la aparicin de los problemas indicados, concluyndose en la necesidad de reducir la exigencia de penetracin o eventualmente en la eliminacin de la Imprimacin Asfltica en proyectos de carreteras, en los que el lapso entre la terminacin de la base granular y la colocacin de las capas superiores de concreto asfltico, sea mnimo.

1.0

EL PROBLEMA

En una carretera de 60 km de longitud construida en la regin montaosa del Per, con altitudes comprendidas entre 3,400 y 3,700 m.s.n.m.m. y con diferenciales trmicos de 34 C (de -7 C a 27 C), se construyeron dos capas asflticas (base y superficie) sobre una base granular imprimada con asfalto lquido Cut-Back grado1

MC-30. La aparicin de exudaciones y posteriores ahuellamientos, hizo necesario deslindar responsabilidades.

2.0

ANALISIS

2.1 Las exudaciones y ahuellamientos indican problemas relacionados con el comportamiento de la mezcla (1). Las cuatro caractersticas que definen el comportamiento de una mezcla asfltica son (2): a) Densidad; b) Vacos de aire; c) Vacos en el agregado mineral; y d) Contenido de asfalto 2.2 Las Especificaciones Tcnicas establecan para el Proyecto, una densidad media del 98% de la mxima densidad del ensayo Marshall (2.386 gr/cc). En los controles en pista se cumpli con este requisito, pues todas las densidades tomadas en el campo fueron superiores a 2.338 gr/cc (Figuras 1 y 2).

Figura 1. Control en pista. Densidad de briqueta-capa de base.

2

Figura 2. Control en pista. Densidad de briqueta-capa de superficie.

2.3 Los vacos de aire o simplemente vacos, deben determinarse de tal manera que permitan una compactacin adicional bajo las cargas del trfico y proporcionen espacios a donde pueda fluir el asfalto durante esa compactacin adicional. Un contenido demasiado bajo de vacos puede producir exudacin del asfalto. Las Especificaciones Tcnicas del Proyecto (Cuadro 1), establecan para la capa de Superficie, un porcentaje de vacos comprendido entre 3% y 5%. Los controles de obra (Figuras 3 y 4) demostraron que los porcentajes de vacos en pista estaban cercanos e incluso por debajo del 3% en el caso de la capa de base (Figura 3), pero an as, eran superiores al 2%, lo que fue tolerado debido a la experiencia en el Per (3 y 4), con resultados satisfactorios en climas fros y altitudes superiores a 3,000 m.s.n.m.m.CUADRO 1.

3

Figura 3. Porcentaje de vacos. Control en pista-capa de base.

Figura 4. Porcentaje de vacos. Control en pista-capa de superficie.

2.4 Los vacos en el agregado mineral (VMA) de una mezcla compactada de pavimentacin, son los espacios de aire entre partculas de agregado, incluyendo los espacios ocupados por el asfalto. El VMA representa el espacio disponible para acomodar el volumen efectivo de asfalto (es decir, todo el asfalto menos la porcin que se pierde, por absorcin, en el agregado) y el volumen necesario de vacos en la mezcla (2). Una mezcla con un VMA bajo ser muy sensible al contenido total de fluidos (cemento asfltico y cualquier humedad en la mezcla). Durante la colocacin y compactacin, la mezcla tender a ser resistente y a deformarse. Bajo trfico, la mezcla tender a producir ahuellamientos y a exudar, si es que el contenido de cemento asfltico es alto (5). En el caso que nos ocupa, el VMA del diseo de mezcla era de 17.6%, mayor a los mnimos de 10 y 14%, establecidos para los vacos lmites del diseo de mezcla (3 y 5%), indicativo de un contenido de cemento asfltico elevado.

4

2.5 El diseo de mezcla defini para las capas de base y de superficie un contenido ptimo de cemento asfltico de 6.8%, con una tolerancia de 0.3%. Los controles efectuados en pista (Figuras 5 y 6), tanto para la capa de base como para la capa de superficie, mostraron valores en o ligeramente por encima del lmite mximo permisible (7.1%).

Figura 5. Porcentaje de cemento asfltico. Control en pista-capa de base.

Figura 6. Porcentaje de cemento asfltico. Control en pista-capa de superficie.

2.6 Otros dos aspectos dignos de mencionarse, referidos a los problemas presentados, son el hecho de haber construido las dos capas asflticas con un mismo tipo de mezcla y el uso de una Imprimacin Asfltica especificada para una penetracin mnima de 20 mm. Respecto del primer punto, el Instituto del Asfalto (6), divide las mezclas asflticas de gradacin densa en tres categoras: mezclas superficiales, mezclas intermedias y mezclas de base, estando caracterizadas por el tamao mximo de los agregados, que en las mezclas de base es mayor que en las mezclas intermedias y en estas mayor que en las mezclas de superficie. Sin

5

embargo, el Instituto de Asfalto tambin menciona que cualquier mezcla apropiadamente diseada puede servir en cualquier nivel del pavimento, ya que por ejemplo, las mezclas superficiales, resultan siendo mezclas intermedias en un recapado; de tal manera que los requerimientos de resistencia prevalecen, independientemente de la ubicacin de la mezcla en el pavimento. En el caso que nos ocupa, las Especificaciones Tcnicas establecan dos tipos de mezcla diferentes para las capas de base y de superficie (Cuadro 1); sin embargo, el Proyecto Estructural les asignaba el mismo Coeficiente de Capa a ambas, motivo por el cual se decidi usar el mismo tipo de mezcla en ambas capas. Dado que los problemas de exudaciones y ahuellamientos se presentaron en sectores con una o dos capas, se asume que el uso de un mismo tipo de mezcla en las dos capas no fue el causante de esos problemas. Respecto de la Imprimacin Asfltica, las Especificaciones Tcnicas consideraban una penetracin mnima en la Base Granular de 20 mm para una tasa de aplicacin comprendida entre 0.16 y 0.32 galones/m2 (0.6 y 1.2 lts/m2, respectivamente). Los controles de obra mostraron que la tasa de aplicacin haba superado en algunos casos el lmite superior, en infructuosos intentos por lograr la penetracin mnima exigida de 20 mm, que finalmente nunca se alcanz (Figura 7).

6

Lmite superior

Figura 7. Dotacin y penetracin de la imprimacin.

2.7 La evaluacin efectuada un ao y medio despus de la primera aparicin de los problemas, indic que prcticamente todas las muestras lavadas, tenan porcentajes de cemento asfltico muy superiores al 7.1% (Figuras 8 y 9), siendo mayores en la capa de superficie (hasta 9.75%) que en la capa de base (hasta 8.35%). Tomando en consideracin que las exudaciones eliminan el cemento asfltico en exceso dentro de la mezcla, que no puede ser almacenado en los vacos llenos de aire, lo lgico sera haberse registrado contenidos de cemento asfltico menores de 7.1% y no mayores. En consecuencia, se deduce que el excedente de cemento asfltico registrado solamente poda provenir de una nica fuente: la excesiva dotacin de imprimacin asfltica, requerida para penetrar hasta 13 mm en la Base Granular (Figura 7).

7

Figura 8. Porcentaje de cemento asfltico. Muestras lavadas-capa de base.

Figura 9. Porcentaje de cemento asfltico. Muestras lavadas-capa de superficie.

3.0

CONCLUSIONES

3.1 Las causas ms comunes de las exudaciones son: exceso de fluidos en la mezcla asfltica (cemento asfltico, o humedad, o ambos), vacos insuficientes y exceso de imprimante o riego de liga (7). En el caso que se comenta se daban las condiciones de contenido de cemento asfltico en el lmite superior de las especificaciones y porcentaje de vacos en el lmite inferior permitidos, consideradas aceptables en el Per para la construccin de pavimentos en zonas fras (3 y 4). Sin embargo, el exceso de imprimante fue el detonante para la aparicin de exudaciones y de los ahuellamientos consecuentes. 3.2 Hay una considerable diferencia de opiniones respecto de los beneficios de la imprimacin asfltica sobre bases granulares (5). Sus defensores le asignan una8

funcin impermeable temporal, que protege a la base granular contra el trfico ligero, previniendo que absorba humedad en exceso antes de la colocacin de la capa superior de concreto asfltico y promoviendo la unin con ella, lo cual es correcto siempre que la tasa de aplicacin sea la apropiada para producir los efectos deseados. Sin embargo, un exceso de imprimacin tender a saturar la parte superior de la base granular, ocasionando como se ha visto, exudaciones y ahuellamientos, bajo condiciones particulares de climas fros, elevados contenidos de cemento asfltico y porcentajes de vacos bajos, por lo que concluimos en la necesidad de disminuir las exigencias de penetracin de la imprimacin en la capa granular a niveles que permitan conseguir los efectos deseados sin poner en riesgo a la mezcla, o incluso en la posibilidad de eliminar esta partida en regiones como la descrita y para proyectos con espesores de concreto asfltico iguales o mayores a 7.5 cm (3), en los que el tiempo de terminacin de la base granular y de colocacin de la mezcla asfltica superior, sea el mnimo suficiente como para no perjudicar el comportamiento estructural de la base.

REFERENCIAS(1)

Distress Identification Manual for the Long Term Pavement Performance Program. Publication N FHWA-RD-03-031. Junio del 2,003.

(2)

MS-22 Asphalt Institute. Principios de Construccin de Pavimentos de Mezcla Asfltica en Caliente.

(3)

Del Aguila, Pablo (1998). Criterios para el Diseo y Construccin de Pavimentos en Zonas de Altura. II Congreso Nacional de Asfalto. Lima-Per.

(4) Seccin 410 de las Especificaciones Generales del Ministerio de Transportes y Comunicaciones del ao 2,000.(5)

Handbook. Hot-Mix Asphalt Paving. U.S. Army Corps of Engineers. UN-13 (CEMP-ET). 31 July 1991.

(6) (7)

MS-2 Asphalt Institute (1993). Mix Design Methods. Sexta edicin. MS-16 Asphalt Institute. Asphalt in Pavement Maintenance. Edicin de Marzo de 1983.9

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