IMPLEMENTACIÓN DEL PROTOCOLO AMAAC PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS – PARTE 2
[email protected] Padilla Cabrera Montserrat Estefania1,
[email protected] , 2,
[email protected] [email protected] Dr. Francisco Antonio Horta Rangel
Resumen El protocolo de la AMAAC es un nuevo método que contiene los procedimientos necesarios para diseñar una mezcla asfáltica de granulometría densa de alto desempeño en México y que pretende, con su utilización en la construcción de pavimentos, carreteras más duraderas, seguras, confortables y económicas en cuanto a su construcción, mantenimiento y operación. Para cumplir con todas estas características se deben cubrir ciertas especificaciones y prácticas de laboratorio. Son muy pocas las empresas de construcción en México que cuentan con el equipo adecuado para desarrollar las pruebas necesarias del Protocolo AMAAC por lo que aun no es implementado al 100% en el país. Al respecto, la misión de la AMAAC es contribuir a la mejora de la calidad y de la competitividad de los productos, procesos y servicios relacionados con los asfaltos, promoviendo la investigación y el desarrollo tecnológico a través de capacitación especializada y publicaciones técnicas. Palabras Claves Superpave, Agregados Pétreos, Acreditación.
INTRODUCCIÓN El Protocolo AMAAC se desarrollo en el año 2008 por la Asociación Mexicana de Asfalto A.C. al ver la necesidad de contar en nuestro país con un método que contemple las condiciones prevalecientes para el territorio nacional. No es necesario realizar mucha investigación para determinar que los pavimentos en México tienen muchos problemas, basta con realizar observaciones por vías de circulación cotidiana para darnos cuenta que la mayoría de las carreteras estatales, federales, autopistas, calles, etc., tienen una gran cantidad de deficiencias que se ven reflejados en los costos de operación. Se espera que con la implementación del Protocolo AMAAC se aproveche de manera más razonable el asfalto, pues el 95% de las carreteras del mundo están hechas de este material. Las mezclas asfálticas diseñadas con el Protocolo AMAAC tienen un comportamiento superior a los construidos tradicionalmente y las diseñadas con el método Marshall. En los próximos años, se tendrá en México una inversión en infraestructura carretera de gran importancia, por lo tanto es Estudiante del Campus Guanajuato, División de Ingenierías en la Licenciatura de Ingeniería Civil, Universidad de Guanajuato, Av. Juárez No. 77, Col. Centro, C.P. 36000, Guanajuato, Gto. Teléfono (473) 102 0100. 2 Profesor(a) del Departamento de Ingeniería Civil, División de Ingenierías, Campus Guanajuato, Universidad de Guanajuato, Av. Juárez No. 77, Col. Centro, C.P. 36000, Guanajuato, Gto. Teléfono (473) 102 0100. 1
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necesario que se realicen diseños adecuados que aseguren el objetivo de un pavimento; seguro, confortable, duradero y económico que satisfaga las necesidades del usuario. El Protocolo AMAAC es un sucesor del SUPERPAVE que se desarrolla en Estados Unidos, pero adaptado para las características particulares de nuestro país. Para que los laboratorios en México sean acreditados deberán cumplir con las especificaciones del Protocolo AMAAC cubriendo 3 etapas: 1) Selección de los agregados Pétreos, 2) Selección del Cemento Asfaltico y 3) Control de calidad de la mezcla Asfáltica. Este proyecto se centrara en la primera etapa para obtener la acreditación del laboratorio de la empresa “Servicios de Consultoría en Infraestructura Vial A.C.”, para que en el futuro pueda obtener las otras dos acreditaciones y pueda ser una empresa Mexicana más que pueda dar los servicios.
MÉTODOS Y MATERIALES La mezcla asfáltica está formada por asfalto y agregados pétreos, una mezcla tradicional puede contener un promedio de 6% de asfalto y 94% de agregados con respecto a su peso. Por lo anterior una etapa fundamental en el diseño de las mezclas asfálticas es el análisis de la calidad del asfalto y de los agregados. Pueden elaborarse en frio o en caliente, en planta o en el lugar, para fines de diseño, está compuesta por un sistema trifásico compuesta por una fase solida (Agregado Pétreo), Fase liquida (Cemento Asfaltico), fase gaseosa (Aire). Mezcla Asfáltica de alto desempeño es elaborada en caliente, resistente a las deformaciones plásticas, al fenómeno de fatiga y al daño por humedad, cuyo comportamiento es superior al de las mezclas asfálticas convencionales. Casi todo el asfalto utilizado hoy en día proviene de la refinación de crudos de petróleo. El cemento asfaltico (asfalto de pavimentación) está clasificado de acuerdo a su viscosidad o penetración, unas de las propiedades físicas más importantes del asfalto en la pavimentación son: durabilidad, adhesión y cohesión, susceptibilidad a la temperatura y resistencia al envejecimiento y al endurecimiento. Selección de análisis de materiales pétreos Las propiedades de los materiales pétreos representan un factor crítico en el diseño de las mezclas asfálticas, ya que una mala selección de éstos puede ser la diferencia entre el éxito y el fracaso de un proyecto. Pruebas para los agregados finos: Absorción y densidad. Angularidad Equivalente de arena. Azul de metileno. Granulometría.
Pruebas para los agregados gruesos: Absorción y densidad. Angularidad. Desgaste de los Ángeles. Microdeval. Adherencia con el asfalto.
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Las propiedades de los agregados pétreos son las siguientes: Angularidad (grueso, fino): esta prueba tiene como objetivo asegurar un alto grado de fricción interna entre los agregados y por lo tanto evitar la formación de roderas. Forma de la partícula (alargada o lajeada): esta prueba tiene como objetivo el uso de agregados que pueden presentar problemas de fractura durante el manejo, construcción y vida útil. Las fallas que trata de prevenir son: deformaciones permanentes y grietas por fatiga. Equivalente de arena: limita la cantidad de arcilla en el agregado para asegurar un buen contacto agregado-asfalto. Con el objetivo de evitar el desgranamiento de las mezclas por pérdida de adherencia.
Las propiedades que dependen del origen del agregado son: Abrasión (Desgaste de los Ángeles): Estima la resistencia a la abrasión y a la degradación mecánica del agregado grueso durante el manejo, construcción y vida útil. Es una condicionante para evitar fallas como: formación de baches y desgranamientos. Durabilidad (Intemperismo acelerado): Estima la resistencia del agregado al intemperismo para tratar de evitar desgranamientos y formación de baches. Material deletéreo: es el porcentaje en peso de los contaminantes tales como arcilla, madera, limo, etc.
Se debe tener cuidado durante la producción, el acopio, el manejo y el muestreo del agregado, para evitar contaminación, degradación y segregación. Las especificaciones del protocolo AMAAC para estas propiedades se basan en el nivel de tránsito y posición en la estructura del pavimento en donde se pretenda utilizar el agregado:
Niveles de diseño para mezclas asfálticas.
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Las recomendaciones para la selección del nivel de diseño de las mezclas asfálticas de granulometría densa en función del tránsito vehicular:
Nivel l: Tránsito bajo, número de ejes equivalentes (8.2 ton); menor a 1`000,000. Se usan en; carreteras federales tipo D, Carreteras alimentadoras, Carreteras estatales y municipales, Calles urbanas. Nivel ll: Tránsito medio, número de ejes equivalentes (8.2 ton): de 1`000,00 a 10`000,000. Se usa en Carreteras estatales, Carreteras federales tipo B y C, Vialidades urbanas. Nivel lll: Tránsito alto, número de ejes equivalentes (8.2 ton): de 10`000,000 a 30`000,000. Se usa en Carreteras federales tipo A, Autopistas de cuota. Nivel lV: Tránsito muy alto, número de ejes equivalentes (8.2 ton): más de 30`000,000. Se usa en Carreteras federales Troncales, Autopistas de cuota importantes, Vialidades suburbanas en ciudades muy grandes. Este método cubre la determinación de la distribución del tamaño de partículas de agregado fino y grueso: Tabla 1. Definición de mezclas de graduación Densa, Gruesa y Fina.
Tamaño Nominal de Mezclas
Graduación Gruesa
37.5 mm ( 1 ½”)
< 47% Pasando malla de 9.5
25.0 mm (1”) 19.0 mm (3/4”) 12.5 mm (1/2”) 9.5 mm (3/8”) 4.75 mm (Malla no. 4)
Graduación Fina
> 47% Pasando malla de 9.5 < 40% Pasando malla de 4.75 > 40% Pasando malla de 4.75 < 47 % Pasando malla de > 47% Pasando malla de 4.75 4.75 < 39% Pasando malla de 2.36 > 39% Pasando malla de 2.36 < 47% Pasando malla de 2.36 > 47% Pasando malla de 2.36 N/A (Graduación Superpave no estándar)
Tabla 2. Ventajas de las Mezclas de Granulometría Densa, Gruesa y Fina.
Granulometría Fina
Granulometría Gruesa
Menor permeabilidad Trabajabilidad (< 25 mm TN) Espesores Delgados (< 25 mm TN) Mayor durabilidad en carreteras de transito bajo a medio Textura lisa (< 25 mm TN)
Permite espesores gruesos (<25 mm TN) Incrementa la macrotextura (< 25 mm TN) Mejor estructura interna (Friccionante) Elevada durabilidad en todos los tipos de proyecto
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Se recomienda considerar al menos tres granulometrías diferentes para dosificación y diseño de la mezcla. Las tres granulometrías pueden corresponder a las variaciones esperadas durante la producción en un cierto banco de materiales. Calidad de los agregados pétreos Las características físicas básicas que deben cumplir las fracciones gruesa y fina del agregado pétreo seleccionado son las que se indican en la tabla 3 y 4, respectivamente: Tabla 3. Requisitos de calidad de la fracción gruesa del material pétreo para mezclas asfálticas de granulometría densa.
Características
Norma
Desgaste Los Ángeles, %
ASTM C131
Desgaste Microdeval, %
AASHTO TP 5899
Intemperismo acelerado, %
AASHTO T 104
Caras fracturadas, % (2 caras o más) ASTM D 5821 Partículas alargadas, % ASTM D 4791 Partículas lajeadas, % ASTM D 4791 Recomendación Adherencia con el asfalto, % de AMMAC cubrimiento RA-08/2008
Especificación 30 máx. (capas estructurales) 25 máx. (capas de rodadura) 18 máx. (capas estructurales) 15 máx. (capas de rodadura) 15 máx. Para sulfato de sodio 20 máx. Para sulfato de magnesio 90 mínimo Relación 3 a 1, 15% máx. Relación 3 a 1, 15% máx. 90 mínimo
Tabla 4. Requisitos de calidad de la fracción fina del material pétreo para mezclas asfálticas de granulometría densa.
Características Equivalente de arena, %
Norma ASTM D 2419
Angularidad, % Azul de Metileno, mg/g
AASHTO T 304
Recomendación AMAAC RA-05/2008
Especificación 50 min. (capas estructurales) 55 min. (capas de rodadura) 40 mín. 15 máx. (capas estructurales) 12 máx. (capas de rodadura)
Pruebas de calidad de los agregados Gruesos
Desgaste de los Ángeles : la dureza es el porcentaje perdido de un agregado sometido a abrasión en la máquina de los ángeles. La prueba estima la resistencia del agregado grueso a la degradación mecánica durante el manejo, construcción y en su vida útil. Esta propiedad disminuye la
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susceptibilidad al desgranamiento, formación de baches y rompimiento del material durante su manejo y colocación.
Desgaste Microdeval : es una medida de la resistencia a la abrasión y durabilidad de los agregados. Es una prueba del agregado grueso para determinar la pérdida por abrasión en presencia de agua y una carga abrasiva. Muchos agregados son más débiles saturados en agua que secos, y el uso de agua en esta prueba mide la disminución de la resistencia a la degradación. Provee información útil para determinar la dureza/resistencia a la abrasión y la Durabilidad/intemperismo del agregado grueso sujeto a la acción abrasiva saturada en agua, información muy útil sobre todo si no se cuenta con un historial de vida útil de dicho material. Caras Fracturadas: este método comprende la determinación del porcentaje en masa o por conteo, de las partículas fracturadas que cumplan con una especificación particular de una muestra de agregado grueso. Partículas alargadas y lajeadas: este método cubre la determinación del porcentaje de partículas alargadas y lajeadas en agregado grueso. Las partículas alargadas o lajeadas pueden afectar la compactación; por la dificultad en el acomodo en el lugar y muchas veces hasta triturarse. Gravedad específica y absorción del agregado grueso: este método cubre la determinación de la gravedad específica y absorción del agregado grueso. La gravedad especifica expresada como gravedad especifica bruta o gravedad especifica aparente saturada superficialmente seca, la gravedad especifica (SSD) y la absorción son determinadas después de saturar el agregado por 24 horas en agua.
Pruebas de calidad de los agregados finos
Equivalente de Arena: mide el contenido de arcilla en la fracción de agregado que pasa la malla no. 4 (mezcla de cloruro de calcio, formaldehido y glicerina), en un cilindro y agitada para liberar los finos arcillosos presentes y adheridos al material. Después de un periodo de reposo, se toma la lectura de la altura en el cilindro de arcilla suspendida y de la arena sedimentada. El valor del equivalente de arena es la proporción entre las lecturas de arena y arcilla expresadas como porcentaje. Azul de metileno: determina la cantidad de fino reactivo en el material (incluyendo arcilla, limo o material orgánico). El valor de azul de metileno es determinada como un estándar para estimar la cantidad de material contaminante y material orgánico presente en un agregado, un valor alto de azul de metileno indica un alto contenido de arcilla y material orgánico presente en la muestra.
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Gravedad específica y absorción: este método cubre la determinación de la gravedad específica y absorción del agregado fino. La gravedad específica (SSD) y la absorción son determinadas después de saturar el agregado por 24 hr. en agua. Granulometría: cubre la determinación de la distribución del tamaño de partículas de agregado fino. Los resultados obtenidos de este método son usados para determinar el cumplimiento de la distribución de las partículas contra los requerimientos de la especificación particular al cual se designe su uso y proveer la información necesaria de control en la producción de varios agregados o mezclas.
En general las propiedades de los materiales pétreos que propone el Protocolo AMAAC se basan en usar materiales limpios y con excelente angularidad, para que estén orientados hacia la prevención de problemas de adherencia y la formación de deformaciones permanentes. Al contar con el equipo necesario y con personal calificado para efectuar las mediciones, análisis y pruebas, calibraciones o determinaciones de las características o funcionamiento de matariles, productos o equipos (NMX-CC-1992), se podrá solicitar una acreditación de la primera etapa del protocolo AMAAC. La acreditación de laboratorios permite determinar su competencia para realizar determinados tipo de ensayos, mediciones y calibraciones. Brinda a los clientes un medio para acceder a servicios de calibración y ensayo confiables. Los beneficios de una acreditación; reducir los riesgos, pues permite al laboratorio determinar si está realizando su trabajo correctamente y de acuerdo a las normas apropiadas. Mejoras continuas del sistema de gestión del laboratorio. Acceso a nuevos clientes, pues el reconocimiento internacional disminuye el costo de los fabricantes y exportadores al reducir o eliminar la necesidad de realizar pruebas en otro país. Incremento de la productividad del laboratorio: disminución de errores, mejoras en la competitividad del personal, reducción en la repetición de las calibraciones y/o ensayos, etc.
RESULTADOS Se hizo la traducción de varias normas de la ASTM y AASHTO para agregado fino [ 1] y para agregado grueso [ 2], también se adquirieron algunos manuales propuestos por la AMAAC [ 3] que fueron usadas para cumplir con todas las pruebas de la primera etapa del Protocolo AMAAC así como un análisis del equipo existente en el laboratorio de Geomateriales de la empresa “Servicios de Consultoría en Infraestructura Vial A.C.”, los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 5:
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Tabla 5. Relación del Equipo existente en el Laboratorio. Equipo
NORMA
Agitador Magnético
Agitador Mecánico (Equivalente de Arena)
Agitador Mecánico (Adherencia con el Asfalto)
Agregado de Control de Laboratorio
Existencia
AMAAC Ra 05
no
ASTM D 2419
si
AMAAC RA 08
no
AASHTO TP 58
Azul de Metileno
no
AMAAC RA 05
no
Balanza
para todas las normas
si
Bureta
AMAAC RA 05
si
Carga
ASTM C 131
no
Carga de abrasión
AASTHO TP 58
no
Cemento Asfaltico
AMAAC RA 08
no
Charola
AMAAC RA 08
si
Contenedor de la muestra
ASTM C 127
no
Cronometro
AMAAC RA 05
si
Cuarteador
ASTM D 5821
no
Cuchara de albañil
AMAAC RA 08
si
Cucharon
AMAAC RA 08
si
Dispositivo de calibración proporcional
ASTM D 4791
si
Embudo
AASTHO T 304
si
Equipo
ASTM D 2419
si
Espátula
ASTM D 2419, AMMAC RA 05, ASTM D 5821
si
Frasco de vidrio
AMAAC RA 08
no
Hidrómetros
AASTHO T 104
no
Horno
ASTM C 128, AMAAC RA 05, ASTM C 127, AMAAC RA 08, AASTHO T 104, AASTHO TP 58
si
Mallas
AMAAC RA 05, ASTM C 127, ASTM C 131, AASTHO TP 58, AASTHO T 158, ASTM D 5821, AMAAC RA 08
si
Maquina de Abrasión Microdeval
AASTHO TP 58
no
Maquina de los Ángeles
ASTM C 131
no
Matraz Le Chaletier
ASTM C 128
no
Matraz Volumétrico
AMAAC RA 05
si
Medidor Cilíndrico
AASTHO T 304
no
Molde y Pisón
ASTM C 128
si
Papel Filtro
AMAAC RA 05
no
Parrilla Eléctrica
AMAAC RA 08
si
Picnómetro
ASTM C 128
no
Placa de vidrio
AASTHO T 304
no
Recipiente
AASTHO TP 58, AASTHO T 104, AASTHO T 304
si
Regulación de la temperatura
AASTHO T 104
si
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Soporte de Embudo
AASTHO T 304
no
Solución de Cloruro de Calcio
AASTHO T 304
no
Solución de Sulfato de Magnesio
AASTHO T 304
no
Solución de Sulfato de Sodio
AASTHO T 304
no
Tanque de Agua
ASTM C 127
si
Termómetro
AMAAC Ra 08
no
Varilla de Vidrio
AMAAC RA 05
si
Vaso de precipitados
AMAAC RA 05
si
Vasos Cilíndricos de Aluminio
AMAAC RA 08
si
CONCLUSIONES Como se aprecia en la tabla 5, el laboratorio de Geomateriales perteneciente a la empresa de “Servicios de Consultoría en Infraestructura Vial A.C.” cuenta con el 80% del equipo necesario para las pruebas requeridas para cubrir la primera etapa del Protocolo AMAAC. El personal que labora en esta institución está capacitado para realizar las pruebas, ya que cuentan con los Normas traducidas ya mencionadas y con ellas se puede realizar las pruebas de manera eficaz y eficiente, además cuentan con programas permanentes de capacitación. Cabe señalar que la acreditación solo se otorga a los laboratorios que cuentan con el 100% de los requisitos, así que el laboratorio deberá adquirir el equipo necesario para obtener la certificación requerida. Ya es muy poco lo que les falta, es solo cuestión de tiempo ya que en estos dos escasos meses fue imposible hacer un análisis de cotización y suministro de equipo, por lo tanto el laboratorio requiere de tiempo para poder alcanzar sus objetivos. Con esta investigación, se dio a conocer las carencias que no permiten al laboratorio adquirir su certificación, ya que cuenta con un prestigio y personal calificado que puede llevar a cabo el trabajo. Si la empresa obtuviera la certificación en el futuro tendría muchos más trabajos ya que el Protocolo AMAAC es el futuro de la construcción de pavimentos en México, y en el estado de Guanajuato no hay muchos laboratorios que se dediquen a esto y que tengan su certificación.
AGRADECIMIENTOS (opcional) Agradezco sinceramente al Dr. Luis Enrique Mendoza Puga, que sin su valiosa ayuda y consentimiento, esta investigación no hubiera sido posible. De igual manera al Dr. Francisco Antonio Horta Rangel y a la Empresa “Servicios de Consultoría en Infraestructura Vial S.A. de C.V.” por prestar el espacio necesario de sus instalaciones y el equipo para dicho fin.
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REFERENCIAS [1] Normas para Agregado Fino:
AASHTO T 304 Norma del Método de Prueba para determinar el contenido de vacios no compactados del agregado fino. ASTM C 128 Norma del Método de Prueba para determinar la Densidad, Gravedad Especifica y Absorción de los Agregados Finos. ASTM D 2419 Norma del Método de Prueba para determinar el Equivalente de Arena del Agregado Fino. [2] Normas para Agregado Grueso
AASHTO TP 58 Norma del Método de Prueba para determinar la Resistencia a la degradación del agregado grueso por abrasión en el aparato Microdeval. AASHTO T 104 Norma del Método de Prueba para el Intemperismo Acelerado utilizando Sulfato de Sodio o Sulfato de Magnesio. ASTM C 127 Norma del Método de Prueba para determinar la Densidad, Gravedad Especifica y Absorción de los Agregados Gruesos. AASHTO C 131 Norma del Método de Prueba para determinar la Resistencia a la Degradación del Agregado Grueso por Abrasión e Impacto en la Maquina de los Ángeles. ASTM D 4791 Norma del Método de Prueba para determinar las Partículas Alargadas y Lajeadas en el Agregado Grueso. ASTM D 5821 Norma del Método de Prueba para determinar el Porcentaje de Partículas Fracturadas en el Agregado Grueso. [3] Normas propuestas por la AMAAC
Recomendación AMAAC RA 08/2010. Desprendimiento por fricción en la fracción gruesa de materiales pétreos para mezclas asfálticas. Recomendación AMAAC RA 05/2010. Determinación del valor de azul de metileno para material que pasa la malla no. 200 (75 μm).
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