Primera experiencia con SMA en la provincia de Mendoza

La Dirección Provincial de Vialidad de Mendoza, realizó la “Reconstrucción de la Ruta Provincial 6 (Carril Gómez), Tramo: J. A. Maza – Ruta Provincial 5 Calle Urquiza, Dpto. Maipú, Mendoza”. Para el proyecto, se contó con un censo de tránsito del año 2012, que arrojó un TMDS de 6.489 veh/día, con un 32% de vehículos pesados, una tasa de crecimiento del 2,5% y una vida útil de 20 años. A tal fin, con el apoyo del laboratorio de la Universidad Tecnológica de La Plata, se diseñó un SMA 19, Stone Mastic Asphalt, de 19 mm de tamaño máximo, cumpliendo con las exigencias vigentes para tales mezclas en el país.

INTRODUCCIÓN
Se define como Concreto Asfáltico en Caliente del tipo Stone Mastic Asphalt (SMA) a la combinación de un ligante asfáltico (convencional o modificado), agregados (incluido Filler), fibras y eventualmente aditivos. Estas mezclas son elaboradas en plantas asfálticas y colocadas en obra a una temperatura muy superior a la ambiente. Su finalidad es dotar a la carpeta de rodamiento de adecuadas condiciones de resistencia mecánica, macrotextura, resistencia al deslizamiento y propiedades fono absorbentes, aumentando su vida útil, reduciendo costos en el ciclo de vida de la estructura portante de la vía a pavimentar y/o reforzar.
Estas mezclas, que se utilizan en Alemania desde los años 60 del siglo pasado, contienen granulometría discontinua, principalmente en los tamaños menores del árido grueso, y a la vez, contienen dotaciones de ligante superiores a las mezclas asfálticas convencionales. Esto deriva en que la superficie específica del material mineral (áridos y Filler) no sea suficiente para adsorber todo este ligante. Por ello, desde el principio, se integró en sus fórmulas el uso de fibras que evitasen el escurrimiento del mismo.
Para retener el asfalto y evitar su escurrimiento se puede considerar: la fuerte modificación del propio ligante, la incorporación de Fillers granulares y/o la utilización de fibras.
En la formulación de las SMA, se considera la doble opción de contar con fuertes dosis de Filler y fibras en porcentajes a estudiar y definir.
Las fibras de celulosa son un producto de origen vegetal y renovable. La principal fuente de celulosa es la madera, aunque también se obtiene de otras especies vegetales (paja, cereales, restos de podas, plantas herbáceas). Se trata de una sustancia con una superficie específica elevada y una densidad aparente muy pequeña (entre 30 y 300 gr/l, según su procesamiento). La molécula de celulosa presenta una inercia química muy alta, o sea, es poco propensa a reaccionar con otras sustancias, por lo que no altera las propiedades del betún, teniendo una compatibilidad muy buena, por lo que en condiciones adecuadas la envuelta de las fibras por éste es fácil y completa. Por su estructura filamentosa, ofrece una elevada flexibilidad y como tiene cierta elasticidad según el eje de la fibra, es un producto que resiste bien los enormes esfuerzos que se producen durante el amasado, lo que contribuye a que no se rompa excesivamente. Además, hay que señalar que en el proceso productivo de estas fibras puede conseguirse una superficie irregular que aumenta la superficie específica y facilita el entrelazado de las hebras para la formación de una malla tridimensional. La Figura 1, muestra la presentación comercial utilizada.
En este tramo, la superficie de rodamiento del carril Gómez, era un pavimento rígido (hormigón) de 18 cm de espesor con un avanzado deterioro por el agotamiento de su estructura ya que había sobrepasado ampliamente su vida de diseño. Existían todo tipo de deterioros visibles: fisuras transversales y longitudinales, despostillamientos en las juntas, fisuras de esquina, levantamientos tipo blow-up, escalonamientos, entre otras. Todas ellas con grado de severidad elevado.
La calzada se componía de dos trochas de 3m de ancho cada una, lo que la hacía una vía insegura, y en particular, cuando transitaban vehículos de mayores dimensiones a los livianos.
Esto generaba mayores costos para el usuario, derivados del costo de operación vehicular, el tiempo de recorrido y los elevados costos de mantenimiento.
Los estudios de suelos llevados a cabo por la DPV de Mendoza, determinaron que existía un importante estrato granular que serviría de apoyo a la nueva estructura del pavimento proyectado. Por este motivo, se diseñó un pavimento flexible compuesto de una capa granular y una capa asfáltica utilizando ligante modificado con polímeros para disminuir la susceptibilidad térmica del ligante y evitar ahuellamientos prematuros en la capa de rodamiento.
La mezcla cumple con lo establecido en el Pliego de Especificaciones Técnicas Generales para Concretos Asfálticos en Caliente y Semicaliente del tipo SMA. Edición 2017. Dirección Nacional de Vialidad y el marco normativo de las normas IRAM.

DETALLES DEL PROYECTO
Dentro de los objetivos principales del proyecto, se encuentran las siguientes particularidades:
Restituir las condiciones de transitabilidad, integrar sectores productivos y prestar mejor servicio a la población geográfica del lugar.
Ejecutar un pavimento nuevo acorde a los volúmenes, cargas actuales y previstas a futuro.
Disminuir el riesgo de accidentes por el estado del pavimento y el ancho insuficiente de la calzada.
Disminuir el costo de operación vehicular.
El trazado del camino proyectado se ajustó al original en planimetría, pero se modificó la sección transversal existente con el perfil tipo de diseño, incluyendo estacionamientos en ambos costados cuando el espacio disponible lo permitió. Se contempló la ejecución de dársenas para paradas del transporte urbano de pasajeros y la mejora de la iluminación de todo el tramo.
Se tuvo en cuenta además, la previsión para una futura semaforización de las intersecciones teniendo en cuenta que a futuro los volúmenes horarios de mayor demanda crecerán.
Se puede sintetizar que el proyecto quedo bajo las siguientes condiciones:
Longitud total de la intervención: 3,2 km.
Ancho de calzada: 7m (dos trochas de 3,5m c/u).
Pendiente transversal de calzada: 2%.
Tipo de capa de rodamiento construida: carpeta de concreto asfáltico SMA e = 0,06 m.
Ancho de estacionamientos: 2,5m.
Estacionamiento: carpeta de concreto asfáltico convencional e=0,03m.
Velocidad legal de circulación: 40 Km/h.
Dado los antecedentes y el proyecto, fue necesario realizar las siguientes intervenciones:
Demolición del pavimento rígido existente.
Ejecución de capa granular de 30cm de espesor previa compactación de la subrasante para calzada.
Ejecución de capa granular de 15cm de espesor previa compactación de la subrasante para estacionamientos y banquinas.
Ejecución de carpeta de concreto asfáltico e=0,06m para capa de rodamiento con asfalto modificado con polímeros.
Ejecución de carpeta de concreto asfáltico e=0,03m para estacionamientos y banquinas.
Colocación de señales verticales y demarcación horizontal.
Ejecución de cordón de protección de borde de pavimento.
Ejecución de pavimento de hormigón para dársenas de colectivos.

DISEÑO DE LA MEZCLA TIPO SMA R 19 AM-3
La mezcla tipo (Stone Mastic Asphalt) SMA R 19 AM-3 representa la siguiente descripción:
SMA: Sigla que indica que se trata de un “Concreto Asfáltico del tipo Stone Mastic Asphalt”.
R: Indica la ubicación de la capa en el paquete estructural, rodamiento.
TMN: Tamaño máximo nominal, en milímetros, del huso granulométrico. Entendiendo por tal, al tamiz (de la serie normalizada IRAM de tamices) con menor abertura de malla que retiene hasta el quince por ciento (15 %) de la mezcla de agregados.
AM-Y: Indicación correspondiente a los asfaltos modificados tipo Y, donde Y puede ser 1, 2, 3 o 4 de acuerdo a la Norma IRAM 6596.

LOS ÁRIDOS UTILIZADOS
Los áridos provienen de una cantera ubicada en el Dpto. Las Heras, a unos 10 km al norte de la capital de Mendoza.
De acuerdo a la norma IRAM 1517/1988 “Agregados. Clasificación y descripción de las rocas más comunes y de sus minerales constituyentes”, los agregados presentes en la muestra, pueden clasificarse petrográficamente como:
-Rocas ígneas volcánicas.
-Rocas ígneas plutónicas.

En la Tabla 1 se observan los valores porcentuales, definidos con la normativa citada y el uso de microscopio óptico y corte delgado respectivo.
Se verificó que el tamaño de la grava inicial antes de comenzar el proceso de triturado sea mayor a cuatro veces el tamaño máximo nominal del agregado en las fracciones que participan en la mezcla.

FILLER DE APORTE
Se define como Relleno Mineral (Filler) a la fracción pasante por el tamiz IRAM 0,075 mm según (Norma IRAM 1501). Este puede provenir de los agregados pétreos o bien puede ser de Aporte; definiendo como tal a aquellos que no provienen de la recuperación de los finos constituyentes de los agregados pétreos (durante el proceso de elaboración de la mezcla asfáltica). Se han utilizado los siguientes dos tipos de Fillers (Tabla 2):
 Calcáreo molido (polvo calizo).
 Cal hidráulica hidratada.

LAS FIBRAS
Cada pellet está conformado 90% fibra y 10% asfalto en peso, por lo cual es perfectamente compatible con la mezcla. El recubrimiento bituminoso de las fibras garantiza una rápida y completa desintegración en la mezcla.

EL CEMENTO ASFÁLTICO MODIFICADO
El cemento asfáltico utilizado fue un AM-3. Según la Norma IRAM 6596, cumpliendo con los estándares de esta clasificación.
La determinación del PG, por medio de la norma ASTM D 6373/07 ha permitido clasificar al asfalto AM-3, como 76-22.

FÓRMULA DE OBRA
La fórmula de obra se presenta en la Tabla 3. Se observa la presencia de tres fracciones trituradas, Filler calcáreo y cal.
Las fracciones gruesas y finas de los áridos utilizados cumplen con lo exigido en los apartados 5.1.2.2 requisitos para áridos gruesos y 5.1.3.2 requisitos para áridos finos; las granulometrías de los Fillers cumplen con lo especificado en el apartado 5.3.1. Las exigencias granulométricas para la mezcla SMA R 19 AM-3, cumple con lo exigido en el Pliego de Especificaciones Técnicas Generales para Concretos Asfálticos en Caliente y Semicaliente del tipo SMA. Edición 2017, de la Dirección Nacional de Vialidad.
La Tabla 4, muestra las exigencias granulométricas como así también los valores alcanzados con los materiales utilizados según la dosificación antes mencionada.
En base al Pliego de Especificaciones se muestran los valores exigidos en el mismo y los valores obtenidos utilizando el método Marshall en la Tabla 5.
Las mezclas SMA requieren que los vacíos en el agregado grueso (VCAmix) sean menores que los huecos en el agregado grueso en condiciones de varillado seco (VCAvarillado) para asegurar que el contacto de piedra a piedra existe dentro del pavimento (Brown et al., 1997).
El VCAmix puede calcularse como se muestra a continuación en la ecuación (1):

(1)
Dónde:
DMsma: Densidad Marshall de la mezcla
PEASag: Peso específico seco del agregado retenido en el tamiz N°4
RTN4: Retenido en el tamiz N° 4 de la mezcla de áridos
%AG: Porcentaje de agregado grueso de la fórmula

Mientras que el VCAvarillado se puede calcular con la ecuación (2)

(2)
Dónde:
PUVcag: Peso por unidad de volumen compactado del retenido en el tamiz N° 4.
PEASag: Peso específico seco del agregado retenido en el tamiz N°4

La temperatura de mezclado fue de 175 °C, mientras que la temperatura de compactación fue de 165°C, según recomendaciones del fabricante.
Se verificó la resistencia al ahuellamiento de la mezcla formulada con los parámetros Marshall, obteniéndose los resultados reflejados en la Tabla 6. Norma UNE-EN 12697-22 – Procedimiento B, en aire y UNE EN 12697-32.
Se denomina valor de ensayo al valor obtenido propiamente en el ensayo y al valor de cálculo a una regresión de la curva que permite establecer la tendencia, descartando valores individuales que se separen de la misma [4], como se pueden ver en las Figuras 2 y 3.

CONSTRUCCIÓN EN OBRA
La mezcla SMA se realizó en una planta asfáltica de producción continua con adaptaciones que permitieron realizar la incorporación de las fibras de celulosa.
La planta cuenta con una capacidad de producción de 50 Ton/h, vista de acopios y de las fibras.
La incorporación de la cal y la fibra se hizo con un sistema de helicoides que, controlados desde el tablero de control, han permitido la dosificación indicada.
El transporte, colocación y compactación se han realizado en condiciones que han permitido la ejecución de los trabajos en forma adecuada, sin segregación granular ni térmica.
Se ha cumplido con lo especificado en el Pliego de Especificaciones Técnicas Generales para Concretos Asfálticos en Caliente y Semicaliente del tipo SMA. Edición 2017, de la Dirección Nacional de Vialidad apartados 7.3.2 al 7.3.7.

CONTROL DE CALIDAD
Se implementó un plan de control de calidad con determinaciones de laboratorio in situ, en la planta asfáltica de producción y extracciones de muestras de las mezclas colocada. En planta se ha determinado el porcentaje de asfalto y la granulometría de la mezcla colocada obteniendo los valores que se muestran en la Tabla 7.
En la Tabla 8 se muestra una síntesis de las determinaciones realizadas en el proceso constructivo y sobre la calzada terminada.

ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES
El presente trabajo ha recorrido la totalidad de los pasos dados en la concreción de la primera experiencia con Stone Mastic Asphalt, SMA, en la provincia de Mendoza.
Dadas las características enunciadas del tránsito, se consideró como una de las mejores opciones a la hora de ofrecer una alternativa segura y durable. Segura por las condiciones de macrotextura logradas; y durable, no sólo por las características de la estructura, sino porque la mezcla resulta contar con un porcentaje mayor de asfalto que en las mezcla convencionales, siendo esto muy importante por las condiciones de radiación de la región.
En cuanto al esqueleto granular, se ha podido contar con áridos 100% triturados, provenientes de rocas volcánicas y plutónicas que han sido evaluadas. Al ser analizadas en microscopio óptico, se ha podido cuantificar su composición media, lo que permitió prever el comportamiento frente al cemento asfáltico seleccionado. Dicha clasificación, confirmó los valores de desgaste, coeficiente de pulimento, absorción y relaciones de pesos específicos que sostienen el desempeño de la mezcla en determinaciones realizadas sobre ella.
La incorporación de polvo calizo y cal hidratada han permitido conformar un mastico adecuado, los cuales en conjunto con la fibra de celulosa han permitido cumplir con los valores de escurrimiento exigidos en las especificaciones.
Se ha logrado sostener una matriz de agregado grueso superior al 76 % cumpliendo tanto en la dosificación como en obra de la relación VCAmix/VCAvarillado.
Se ha verificado la resistencia al ahuellamiento tanto en la formulación de la mezcla como en obra, observándose un muy buen desempeño de la mezcla a las deformaciones plásticas permanentes. En el corte transversal de las probetas de laboratorio y de obra se ha observado una adecuada distribución de áridos en el espesor de la capa de rodamiento.
Se ha logrado alimentar a una planta asfáltica de la zona, del tipo continua, con elementos que permitieran dosificar las dosis de cal y fibras.
Los valores de macrotextura en forma puntual con el ensayo de parche de arena, han arrojado valores que cumplen con la especificación.
Por lo expuesto se puede concluir que la actividad desarrollada por la Dirección Provincial de Vialidad con la UTN La Plata (LEMaC, Centro de Investigaciones Viales), ha permitido cumplir con los estándares fijados en las actuales especificaciones nacionales, las que permiten dar un tratamiento adecuado al proceso de diseño, al proceso constructivo y al control de calidad.

Para observar los cuadros y tablas, hacé click aquí

REFERENCIAS
[1] Pliego de Especificaciones Técnicas Generales para Concretos Asfálticos en Caliente y Semicaliente del tipo Densos. Edición 2017. Dirección Nacional de Vialidad de Argentina.
[2] Santiago Lanchas, Et Al. “Fibras de Celulosa aditivadas para mezclas tipo SMA con propiedades mejoradas” Comunicación 14. Rettenmaier Ibérica. 2008. España.
[3] Rosa Zúñiga Calderón. “Estudio y evaluación preliminar de la mezcla Stone MasticAsphalt, SMA, mediante tramo de prueba. Universidad Andrés Bello, 2012. Chile.
[4] Angelone, Silvia. “Comportamiento de materiales viales. Diseño y control de mezclas asfálticas frente a la deformación plástica permanente”, Universidad Nacional de Rosario. 2013