vial@editorialrevistas.com.ar

Buscar

Seal coat con polvo de vidrio para mejorar la resistencia al deslizamiento

Por Santiago Kröger, Antonella Lasso.
Para conocer las últimas noticias, suscribirse a nuestras actualizaciones.

ÚLTIMA EDICIÓN

NEWSLETTER

EDITORIAL

*Por Santiago Kröger, Antonella Lasso.

En Uruguay hubieron 18.740 accidentes de tránsito en el año 2021 (lo que significó un aumento de 4,9% frente a 2020) en los que resultaron lesionadas 23.400 personas.
La tasa de mortalidad (fallecidos/10.000 vehículos) fue 12,2, mostrando un aumento en comparación a los dos años anteriores, ubicándonos en niveles elevados si se compara con otros países de América Latina y ni que hablar de Europa.


Uno de los elementos que influyen en la siniestralidad además del factor humano y el vehículo, es la calidad de la infraestructura. Y dentro de la misma, la adherencia neumático-calzada es clave para un buen desempeño del vehículo frente a alguna maniobra de riesgo.


Cuando el pavimento presenta fallas de fricción, ya sea por exudaciones, por pérdida de textura de la mezcla o desgaste de los agregados pétreos, una alternativa que se encuentra disponible para mejorar la seguridad vial y para preservar la vida útil del pavimento es la aplicación de un tratamiento tipo Seal Coat.
Este tipo de técnica es ideal para recuperar la resistencia al deslizamiento que se basa en una emulsión modificada con cargas minerales especiales que se emplea en bajos espesores con equipos que logran aplicar con lampazo o por spray con altos rendimientos.


Además del mejoramiento de las características superficiales de los pavimentos mejora la impermeabilidad de los mismos, brindan una mejora en la resistencia al deslizamiento y además presentan un buen contraste con la señalización horizontal, lo que impacta también en la mejora en la seguridad vial.
Por otra parte, estos productos se elaboran en su mayoría con materiales reciclados como polvo de vidrio y de neumáticos por lo que son una alternativa sustentable. La industria del vidrio en Uruguay genera unas 40.000 toneladas de residuos, provenientes principalmente de los envases no reciclables desechados, lo cual genera un grave problema ambiental. El vidrio clasificado y triturado tiene un comportamiento similar al de la arena, y se ha logrado utilizarlo como árido sustituto en la elaboración del Seal Coat.


En esta investigación realizada en nuestro laboratorio, se realizaron diversas formulaciones contemplando diferentes escenarios de concentraciones y agregados. Las mismas fueron ensayadas para la determinación del coeficiente de resistencia al deslizamiento con el péndulo del TRRL mediante la norma NLT-175/98 y se pudo comprobar que el polvo de vidrio permite una efectiva restauración de la textura superficial y provee de mayor resistencia al deslizamiento en pavimentos de baja textura. Asimismo, se comprobó que el producto puede utilizarse en la preservación de carreteras para mejorar las condiciones de seguridad vial de una manera rápida, económica y amigable con el medio ambiente.


Introducción
Textura superficial de pavimentos
Para ofrecer una correcta seguridad vial uno de los aspectos más importantes a considerar en una carretera es el estado de la superficie de rodadura, ya que de esto depende brindar al usuario comodidad y seguridad. Un pavimento cómodo y seguro debe tener en cuenta algunas propiedades principales como son la macrotextura y la rugosidad. A su vez, se pueden evaluar indicadores que involucren la fricción del neumático con el pavimento y obtener resultados sobre la resistencia al deslizamiento.
La textura de un pavimento puede clasificarse en macro y microtextura. La macrotextura corresponde a la altura media existente entre la superficie expuesta del árido y la matriz en que está inserto. Proporciona los intersticios necesarios para el escurrimiento del agua superficial del pavimento. La microtextura, corresponde a las pequeñas asperezas de los agregados ubicados en la superficie del pavimento que permiten la rotura de la película de agua entre el neumático y el pavimento logrando una adherencia adecuada. La microtextura debe proveer al pavimento el roce necesario para obtener una adecuada resistencia al deslizamiento a baja velocidad y puede presentar características del tipo áspero o pulida, mientras que la macrotextura puede presentar características de tipo gruesa o fina.
La macrotextura superficial puede ser medida con equipos de alto rendimiento como el Perfilómetro Laser y con procedimientos de medición puntual como el círculo de arena (NLT-335/00) [1] que es una técnica sencilla y estandarizada mundialmente. En la misma se calcula la profundidad media de macrotextura (H), con la siguiente relación:
H=4V/(πD^2 ) (1)


Donde H es la profundidad media de macrotextura en mm, V el volumen del material granular en mm3 y D, el valor medio del diámetro del área formada por el material granular en mm.
En la Figura 1 se muestran las recomendaciones de PIARC, siendo PT equivalente a H (Profundidad media de Textura, mm).

Con respecto a la microtextura, se puede evaluar indirectamente con mediciones de resistencia al deslizamiento ya que es una medida de la fricción entre los neumáticos de los vehículos y la superficie de rodadura de la vía. Evaluando en primera instancia la seguridad del usuario, mediante el coeficiente de fricción. Este parámetro depende de la microtextura de los áridos, la macrotextura de la superficie y la presencia de agua, polvo, aceites, etc. en dicha superficie.
Para la mayoría de superficies secas, la resistencia al deslizamiento es suficiente para satisfacer las demandas friccionales de las maniobras de frenado y acelerado habituales. Sin embargo, en situaciones de emergencia donde el frenado o la maniobra es brusca, o en pavimentos mojados, la demanda friccional debe ser significativamente mayor.
Respecto de la forma de evaluar este parámetro existen una serie de dispositivos entre los que se destacan el SCRIM, Griptester, Mu meter y Péndulo Británico con un indicador que es propio de y que no es comparable directamente entre ellos.
En este trabajo utilizamos el Péndulo Británico (NLT-175/98) [3] que consiste en medir la pérdida de energía que experimenta un péndulo provisto en su extremo por una zapata de caucho, una vez que esta roza la superficie a ensayar. El ensayo tiene por objeto obtener un valor de Coeficiente de Resistencia al Deslizamiento (CRD) que, manteniendo una dependencia con el coeficiente físico de rozamiento, valore las características antideslizantes de la superficie de un pavimento. Las recomendaciones de PIARC para el valor de CRD que son los detallados en la Figura 2. [7]


Índice de Fricción Internacional (IFI)
Es el indicador que define el estado de una carretera en términos de las propiedades de textura y la fricción del pavimento.
IFI se puede describir como una escala de referencia, de aplicación internacional, de la fricción y de la textura del pavimento. Este viene indicado por dos números, el primero representa la fricción y el segundo la macrotextura. Es así que esta pareja de valores (F60, Sp) se designa como IFI de un pavimento y permiten calcular el valor de fricción F(S), a cualquier velocidad de deslizamiento S mediante la ecuación:
F(S)=F60×e^((60-s)/Sp) (2)


Donde F(S) es el valor de la fricción a cualquier velocidad de deslizamiento S, F60 el valor de la fricción a 60 Km/h, Sp constante de referencia de velocidad y S velocidad de deslizamiento.[8]

Seal Coat
La técnica del Seal Coat es muy utilizada, sobretodo en los Estados Unidos, como técnica de mantenimiento de vías rurales, urbanas, estacionamientos y también en pavimentos aeroportuarios. El mismo es un recubrimiento para pavimentos a base de asfalto, polímeros y cargas minerales, que se aplica en finas capas con el fin de preservar la vida útil del pavimento, sellarlo, rejuvenecerlo, embellecerlo y mejorar las condiciones de resistencia al deslizamiento.
Es un producto que se elabora en planta y luego se traslada a obra para ser aplicado en capa fina tanto por aspersión como con lampazo como se puede ver en la Figura 3.
La ventaja de esta tecnología que es muy versátil tanto en su forma de aplicación así como en el producto final deseado pudiéndose modificar las granulometrías, la viscosidad e incluso el color del producto.
Existe una problemática a nivel local sobre el reciclaje del vidrio ya que no existen más plantas de fabricación en el país por lo que se pensó en esta alternativa de incorporar polvo de vidrio en sustitución de arena. Además, en el uso de este material estimábamos una mejora sustancial en la resistencia al deslizamiento al utilizar este residuo, suposición que confirmamos en un estudio de laboratorio que presentamos a continuación.

Vidrio
Como el vidrio es un material inerte, en cuya fabricación se utiliza fundamentalmente arena silícea, se encontraron determinadas similitudes con la arena utilizada como carga. En Uruguay nos enfrentamos a la dificultad de reciclar entre 20.000 y 40.000 toneladas al año de los residuos de vidrio (ya sea envase posconsumo, descartes de la producción e incluso vidrio plano proveniente de la construcción) por carecer desde hace varios años de industrias activas que puedan absorberlos como materia prima en su proceso de elaboración. [5]
Es por esta razón que surge la necesidad de incorporar valor a este residuo, para esto se lograron mediante equipamiento adecuado distintas curvas granulométricas que serán el sustituto de la arena en este producto.
Ya se ha realizado un tramo experimental en el año 2021 en la ciudad de Trinidad, Flores donde pudimos observar que el vidrio otorga una excelente trabajabilidad al producto, así como una buena resistencia al deslizamiento. [6]
Respecto a la angularidad del vidrio respecto a la arena natural, que es el material usado normalmente, se realizó una observación en un Microscopio óptico CZM6 STEREO ZOOM como se muestra en la Figura 4.
Si bien la distribución granulométrica es similar, la morfología es muy distinta. La arena se muestra con formas redondeadas a diferencia del vidrio que muestra formas angulares lo que puede explicar su buen desempeño frente a la resistencia al deslizamiento.

Desarrollo
Formulaciones de Seal Coat

En esta investigación se evalúa el comportamiento de la técnica de preservación de carreteras Seal Coat con cinco tipos de agregados: arena fina y vidrio fino, arena gruesa y vidrio grueso (ajustado y original) para dos tipos de pavimentos en diferente estado inicial (textura fina y media).
Para dicha evaluación se procedió de la siguiente manera: se eligen dos pavimentos con diferente envejecimiento y condiciones. Un pavimento A con un valor de Coeficiente de Resistencia al Deslizamiento (CRD) de 0.77 y círculo de arena de 0.66 mm y el pavimento B, con menos textura, obteniendo valores de CRD 0.62 y un círculo de arena de 0.40 mm.
Sobre los mismos se aplica una capa de cada uno de los productos elaborados a una tasa fija de 1.2 kg/m2 como se puede ver en la Figura 5. Se efectúan los ensayos siempre tomando como referencia el pavimento original.
En la Figura 6 se muestra el CRD para ambos pavimentos en función de los distintos tipos de productos. En todos los casos el vidrio mejora la condición respecto al uso de arena de su misma granulometría.
En cuanto a los resultados de círculo de arena, se muestra en la Figura 7 el valor de H en función de las distintas formulaciones tomando siempre como referencia el pavimento original.

Para el pavimento A, el círculo de arena dio un valor de 0.66 mm, lo cual corresponde a una macrotextura media (0,4 a 0,8 mm). Luego de la aplicación de los distintos Seal Coat, se puede observar que, excepto en la formulación con vidrio grueso original, los resultados tienden a disminuir los valores de macrotextura, acercándose a una clasificación de macrotextura fina (0,2 a 0,4 mm). En contraste, el pavimento B que clasifica como macrotextura fina, la aplicación de los Seal Coat mejoran hasta niveles de macrotextura media y gruesa (0,8 a 1,2 mm).
Para comprender mejor estos resultados es interesante analizar las causas de tal comportamiento. Para ello, primero hay que observar en las curvas granulométricas el tamaño medio del material, aproximado al pasa 50% de la curva (D50). Dichos valores se exhiben en la Tabla 1.

Observando estos valores es fácil comprender que en el caso del pavimento A (con un círculo de arena de 0,66 mm) tanto la arena y el vidrio fino, como la arena y vidrio grueso ajustado, entran en los intersticios, llenando los vacíos superficiales del pavimento. A esto hay que sumarle el aporte del ligante a dicha disminución de los vacíos. Este efecto conjunto genera una disminución en el valor final de macrotextura.
Por otra parte, en el pavimento B (con una macrotextura de 0,40 mm), los agregados llenan los vacíos originales como en el caso anterior, pero como el tamaño medio es siempre mayor que la profundidad de textura superficial, éstos se traban con la textura existente y puentean unos con otros generando nuevos vacíos y una nueva macrotextura. Esta explicación volumétrica, comprobada por los resultados de círculo de arena, demuestran la tendencia semejante en los resultados del CRD.
Por último, se determinó el comportamiento de la curva de fricción en función de la velocidad de deslizamiento para cada producto aplicado en el pavimento con mayores problemas de fricción.
Para el pavimento B a las velocidades de 60 y 100 Km/h la intervención del vidrio mejoró en todas las situaciones, destacándose el vidrio grueso original con una mejora de 189% para la velocidad de 60 Km/h y 492% para 100 Km/h con respecto al pavimento de referencia. En todas las situaciones, el vidrio presenta prestaciones superiores.
Conclusiones
• El tamaño medio del árido es el que define el comportamiento final de la intervención. Es deseable para intervenciones donde se desee restablecer o mejorar las condiciones de seguridad de la carretera, seleccionar un D50 mayor a la macrotextura existente. A medida que aumenta el D50, mejoran los valores de profundidad de textura, CRD y Fricción F.
• Como regla general, el vidrio clasificado y triturado (tanto fino como grueso) mantiene o mejora los valores de Fricción F y de CRD, comparado con una arena de granulometría semejante. Esto nos permite asegurar que se puede sustituir el agregado sin perjudicar el resultado final del Seal Coat.
• La utilización del índice de Fricción Internacional (IFI) fue muy efectivo en el análisis de los resultados de los dos ensayos establecidos en este estudio y puede ser muy útil como punto de referencia para realizar un tratamiento de mejora.
• Desde el punto de vista medioambiental, cada metro cuadrado de Seal Coat admite unos 700 gramos de vidrio triturado. Para una carretera estándar de 7,2 metros, la aplicación de Seal Coat consumiría unos 5040 kg de vidrio triturado por kilómetro, evitando la extracción de arena y el depósito en vertedero de un recurso valioso.

Referencias
[1] NLT-335/00. (2000). Medida de la macro textura superficial de un pavimento por la técnica volumétrica. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas, España.
[2] Pagola, M. (2012). Adherencia neumático calzada. Rosario, Argentina. FCEIA-UNR.
[3] NLT-175/98. (1998). Coeficiente de resistencia al deslizamiento con el péndulo del TRRL. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas, España.
[4] Kröger, S., Kröger, I. (2019). Tratamientos superficiales de alto desempeño. Colonia Nicolich, Uruguay. Grupo Bitafal.
[5] Vidrio un sustituto posible de la arena. Arenas de vidrio (2022). Uruguay
[6] https://bitafal.com.uy/primer-tramo-con-polvo-de-vidrio-reciclado/
[7] Barraza, G. (2004). Resistencia al deslizamiento en pavimentos flexibles: Propuesta de norma Peruana. Lima, Perú. UPC.
[8] Cramona, J. (2001). Índice de seguridad vial. Medellín, Colombia. Universidad Nacional sede Medellín.