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IMPLEMENTACIN DEL PROTOCOLO AMAAC PARA EL DISEO DE MEZCLAS ASFLTICAS PARTE 2

Padilla Cabrera Montserrat Estefania1, monestef@hotmail.com, Dr. Francisco Antonio Horta Rangel 2, anthort@hotmail.com

Resumen El protocolo de la AMAAC es un nuevo mtodo que contiene los procedimientos necesarios para disear una mezcla asfltica de granulometra densa de alto desempeo en Mxico y que pretende, con su utilizacin en la construccin de pavimentos, carreteras ms duraderas, seguras, confortables y econmicas en cuanto a su construccin, mantenimiento y operacin. Para cumplir con todas estas caractersticas se deben cubrir ciertas especificaciones y prcticas de laboratorio. Son muy pocas las empresas de construccin en Mxico 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 pas. Al respecto, la misin 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 investigacin y el desarrollo tecnolgico a travs de capacitacin especializada y publicaciones tcnicas. Palabras Claves Superpave, Agregados Ptreos, Acreditacin.

INTRODUCCIN

El Protocolo AMAAC se desarrollo en el ao 2008 por la Asociacin Mexicana de Asfalto A.C. al ver la necesidad de contar en nuestro pas con un mtodo que contemple las condiciones prevalecientes para el territorio nacional. No es necesario realizar mucha investigacin para determinar que los pavimentos en Mxico tienen muchos problemas, basta con realizar observaciones por vas de circulacin cotidiana para darnos cuenta que la mayora de las carreteras estatales, federales, autopistas, calles, etc., tienen una gran cantidad de deficiencias que se ven reflejados en los costos de operacin. Se espera que con la implementacin del Protocolo AMAAC se aproveche de manera ms razonable el asfalto, pues el 95% de las carreteras del mundo estn hechas de este material. Las mezclas asflticas diseadas con el Protocolo AMAAC tienen un comportamiento superior a los construidos tradicionalmente y las diseadas con el mtodo Marshall. En los prximos aos, se tendr en Mxico una inversin en infraestructura carretera de gran importancia, por lo tanto es

1 Estudiante del Campus Guanajuato, Divisin de Ingenieras en la Licenciatura de Ingeniera Civil, Universidad de Guanajuato, Av. Jurez No. 77, Col. Centro, C.P. 36000, Guanajuato, Gto. Telfono (473) 102 0100. 2 Profesor(a) del Departamento de Ingeniera Civil, Divisin de Ingenieras, Campus Guanajuato, Universidad de Guanajuato, Av. Jurez No. 77, Col. Centro, C.P. 36000, Guanajuato, Gto. Telfono (473) 102 0100.

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necesario que se realicen diseos adecuados que aseguren el objetivo de un pavimento; seguro, confortable, duradero y econmico que satisfaga las necesidades del usuario. El Protocolo AMAAC es un sucesor del SUPERPAVE que se desarrolla en Estados Unidos, pero adaptado para las caractersticas particulares de nuestro pas. Para que los laboratorios en Mxico sean acreditados debern cumplir con las especificaciones del Protocolo AMAAC cubriendo 3 etapas: 1) Seleccin de los agregados Ptreos, 2) Seleccin del Cemento Asfaltico y 3) Control de calidad de la mezcla Asfltica. Este proyecto se centrara en la primera etapa para obtener la acreditacin del laboratorio de la empresa Servicios de Consultora en Infraestructura Vial A.C., para que en el futuro pueda obtener las otras dos acreditaciones y pueda ser una empresa Mexicana ms que pueda dar los servicios.

MTODOS Y MATERIALES La mezcla asfltica est formada por asfalto y agregados ptreos, 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 diseo de las mezclas asflticas es el anlisis 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 diseo, est compuesta por un sistema trifsico compuesta por una fase solida (Agregado Ptreo), Fase liquida (Cemento Asfaltico), fase gaseosa (Aire). Mezcla Asfltica de alto desempeo es elaborada en caliente, resistente a las deformaciones plsticas, al fenmeno de fatiga y al dao por humedad, cuyo comportamiento es superior al de las mezclas asflticas convencionales. Casi todo el asfalto utilizado hoy en da proviene de la refinacin de crudos de petrleo. El cemento asfaltico (asfalto de pavimentacin) est clasificado de acuerdo a su viscosidad o penetracin, unas de las propiedades fsicas ms importantes del asfalto en la pavimentacin son: durabilidad, adhesin y cohesin, susceptibilidad a la temperatura y resistencia al envejecimiento y al endurecimiento.

Seleccin de anlisis de materiales ptreos

Las propiedades de los materiales ptreos representan un factor crtico en el diseo de las mezclas asflticas, ya que una mala seleccin de stos puede ser la diferencia entre el xito y el fracaso de un proyecto. Pruebas para los agregados finos: Absorcin y densidad. Angularidad Equivalente de arena. Azul de metileno. Granulometra.

Pruebas para los agregados gruesos: Absorcin y densidad. Angularidad. Desgaste de los ngeles. Microdeval. Adherencia con el asfalto.

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Las propiedades de los agregados ptreos son las siguientes: Angularidad (grueso, fino): esta prueba tiene como objetivo asegurar un alto

grado de friccin interna entre los agregados y por lo tanto evitar la formacin de roderas.

Forma de la partcula (alargada o lajeada): esta prueba tiene como objetivo el uso de agregados que pueden presentar problemas de fractura durante el manejo, construccin y vida til. 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 prdida de adherencia.

Las propiedades que dependen del origen del agregado son:

Abrasin (Desgaste de los ngeles): Estima la resistencia a la abrasin y a la degradacin mecnica del agregado grueso durante el manejo, construccin y vida til. Es una condicionante para evitar fallas como: formacin de baches y desgranamientos.

Durabilidad (Intemperismo acelerado): Estima la resistencia del agregado al intemperismo para tratar de evitar desgranamientos y formacin de baches.

Material deletreo: es el porcentaje en peso de los contaminantes tales como arcilla, madera, limo, etc.

Se debe tener cuidado durante la produccin, el acopio, el manejo y el muestreo del agregado, para evitar contaminacin, degradacin y segregacin. Las especificaciones del protocolo AMAAC para estas propiedades se basan en el nivel de trnsito y posicin en la estructura del pavimento en donde se pretenda utilizar el agregado:

Niveles de diseo para mezclas asflticas.

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Las recomendaciones para la seleccin del nivel de diseo de las mezclas asflticas de granulometra densa en funcin del trnsito vehicular: Nivel l: Trnsito bajo, nmero 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: Trnsito medio, nmero 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: Trnsito alto, nmero 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: Trnsito muy alto, nmero de ejes equivalentes (8.2 ton): ms de 30`000,000. Se usa en Carreteras federales Troncales, Autopistas de cuota importantes, Vialidades suburbanas en ciudades muy grandes. Este mtodo cubre la determinacin de la distribucin del tamao de partculas de agregado fino y grueso:

Tabla 1. Definicin de mezclas de graduacin Densa, Gruesa y Fina.

Tamao Nominal de Mezclas Graduacin Gruesa Graduacin Fina

37.5 mm ( 1 ) < 47% Pasando malla de 9.5 > 47% Pasando malla de 9.5

25.0 mm (1) < 40% Pasando malla de 4.75 > 40% Pasando malla de 4.75

19.0 mm (3/4) < 47 % Pasando malla de 4.75

> 47% Pasando malla de 4.75

12.5 mm (1/2) < 39% Pasando malla de 2.36 > 39% Pasando malla de 2.36

9.5 mm (3/8) < 47% Pasando malla de 2.36 > 47% Pasando malla de 2.36

4.75 mm (Malla no. 4) N/A (Graduacin Superpave no estndar)

Tabla 2. Ventajas de las Mezclas de Granulometra Densa, Gruesa y Fina.

Granulometra Fina Granulometra Gruesa

Menor permeabilidad Permite espesores gruesos (

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Se recomienda considerar al menos tres granulometras diferentes para dosificacin y diseo de la mezcla. Las tres granulometras pueden corresponder a las variaciones esperadas durante la produccin en un cierto banco de materiales.

Calidad de los agregados ptreos

Las caractersticas fsicas bsicas que deben cumplir las fracciones gruesa y fina del agregado ptreo seleccionado son las que se indican en la tabla 3 y 4, respectivamente: Tabla 3. Requisitos de calidad de la fraccin gruesa del material ptreo para mezclas asflticas

de granulometra densa.

Caractersticas Norma Especificacin

Desgaste Los ngeles, % ASTM C131 30 mx. (capas estructurales) 25 mx. (capas de rodadura)

Desgaste Microdeval, % AASHTO TP 58-99 18 mx. (capas estructurales) 15 mx. (capas de rodadura)

Intemperismo acelerado, % AASHTO T 104 15 mx. Para sulfato de sodio 20 mx. Para sulfato de magnesio Caras fracturadas, % (2 caras o ms) ASTM D 5821 90 mnimo Partculas alargadas, % ASTM D 4791 Relacin 3 a 1, 15% mx. Partculas lajeadas, % ASTM D 4791 Relacin 3 a 1, 15% mx.

Adherencia con el asfalto, % de cubrimiento

Recomendacin AMMAC RA-08/2008

90 mnimo

Tabla 4. Requisitos de calidad de la fraccin fina del material ptreo para mezclas asflticas de

granulometra densa.

Caractersticas Norma Especificacin

Equivalente de arena, % ASTM D 2419 50 min. (capas estructurales) 55 min. (capas de rodadura)

Angularidad, % AASHTO T 304 40 mn.

Azul de Metileno, mg/g

Recomendacin AMAAC RA-05/2008

15 mx. (capas estructurales) 12 mx. (capas de rodadura)

Pruebas de calidad de los agregados Gruesos

Desgaste de los ngeles: la dureza es el porcentaje perdido de un agregado

sometido a abrasin en la mquina de los ngeles. La prueba estima la resistencia del agregado grueso a la degradacin mecnica durante el manejo, construccin y en su vida til. Esta propiedad disminuye la

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susceptibilidad al desgranamiento, formacin de baches y rompimiento del material durante su manejo y colocacin.

Desgaste Microdeval: es una medida de la resistencia a la abrasin y

durabilidad de los agregados. Es una prueba del agregado grueso para determinar la prdida por abrasin en presencia de agua y una carga abrasiva. Muchos agregados son ms dbiles saturados en agua que secos, y el uso de agua en esta prueba mide la disminucin de la resistencia a la degradacin. Provee informacin til para determinar la dureza/resistencia a la abrasin y la Durabilidad/intemperismo del agregado grueso sujeto a la accin abrasiva saturada en agua, informacin muy til sobre todo si no se cuenta con un historial de vida til de dicho material.

Caras Fracturadas: este mtodo comprende la determinacin del porcentaje

en masa o por conteo, de las partculas fracturadas que cumplan con una especificacin particular de una muestra de agregado grueso.

Partculas alargadas y lajeadas: este mtodo cubre la determinacin del porcentaje de partculas alargadas y lajeadas en agregado grueso. Las partculas alargadas o lajeadas pueden afectar la compactacin; por la dificultad en el acomodo en el lugar y muchas veces hasta triturarse.

Gravedad especfica y absorcin del agregado grueso: este mtodo cubre la determinacin de la gravedad especfica y absorcin del agregado grueso. La gravedad especifica expresada como gravedad especifica bruta o gravedad especifica aparente saturada superficialmente seca, la gravedad especifica (SSD) y la absorcin son determinadas despus 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 fraccin 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. Despus 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 proporcin 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 orgnico). El valor de azul de metileno es determinada como un estndar para estimar la cantidad de material contaminante y material orgnico presente en un agregado, un valor alto de azul de metileno indica un alto contenido de arcilla y material orgnico presente en la muestra.

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Gravedad especfica y absorcin: este mtodo cubre la determinacin de la gravedad especfica y absorcin del agregado fino. La gravedad especfica (SSD) y la absorcin son determinadas despus de saturar el agregado por 24 hr. en agua.

Granulometra: cubre la determinacin de la distribucin del tamao de partculas de agregado fino. Los resultados obtenidos de este mtodo son usados para determinar el cumplimiento de la distribucin de las partculas contra los requerimientos de la especificacin particular al cual se designe su uso y proveer la informacin necesaria de control en la produccin de varios agregados o mezclas.

En general las propiedades de los materiales ptreos que propone el Protocolo AMAAC se basan en usar materiales limpios y con excelente angularidad, para que estn orientados hacia la prevencin de problemas de adherencia y la formacin de deformaciones permanentes. Al contar con el equipo necesario y con personal calificado para efectuar las mediciones, anlisis y pruebas, calibraciones o determinaciones de las caractersticas o funcionamiento de matariles, productos o equipos (NMX-CC-1992), se podr solicitar una acreditacin de la primera etapa del protocolo AMAAC. La acreditacin 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 calibracin y ensayo confiables. Los beneficios de una acreditacin; reducir los riesgos, pues permite al laboratorio determinar si est realizando su trabajo correctamente y de acuerdo a las normas apropiadas. Mejoras continuas del sistema de gestin 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 pas. Incremento de la productividad del laboratorio: disminucin de errores, mejoras en la competitividad del personal, reduccin en la repeticin de las calibraciones y/o ensayos, etc.

RESULTADOS

Se hizo la traduccin de varias normas de la ASTM y AASHTO para agregado fino [1] y para agregado grueso [2], tambin 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 as como un anlisis del equipo existente en el laboratorio de Geomateriales de la empresa Servicios de Consultora en Infraestructura Vial A.C., los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 5:

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Tabla 5. Relacin del Equipo existente en el Laboratorio. Equipo NORMA Existencia

Agitador Magntico AMAAC Ra 05 no

Agitador Mecnico (Equivalente de Arena) ASTM D 2419 si

Agitador Mecnico (Adherencia con el Asfalto) AMAAC RA 08 no

Agregado de Control de Laboratorio AASHTO TP 58 no

Azul de Metileno AMAAC RA 05 no

Balanza para todas las normas si

Bureta AMAAC RA 05 si

Carga ASTM C 131 no

Carga de abrasin 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 albail AMAAC RA 08 si

Cucharon AMAAC RA 08 si

Dispositivo de calibracin proporcional ASTM D 4791 si

Embudo AASTHO T 304 si

Equipo ASTM D 2419 si

Esptula ASTM D 2419, AMMAC RA 05, ASTM D 5821 si

Frasco de vidrio AMAAC RA 08 no

Hidrmetros 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 Abrasin Microdeval AASTHO TP 58 no

Maquina de los ngeles ASTM C 131 no

Matraz Le Chaletier ASTM C 128 no

Matraz Volumtrico AMAAC RA 05 si

Medidor Cilndrico AASTHO T 304 no

Molde y Pisn ASTM C 128 si

Papel Filtro AMAAC RA 05 no

Parrilla Elctrica AMAAC RA 08 si

Picnmetro ASTM C 128 no

Placa de vidrio AASTHO T 304 no

Recipiente AASTHO TP 58, AASTHO T 104, AASTHO T 304 si

Regulacin de la temperatura AASTHO T 104 si

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Soporte de Embudo AASTHO T 304 no

Solucin de Cloruro de Calcio AASTHO T 304 no

Solucin de Sulfato de Magnesio AASTHO T 304 no

Solucin de Sulfato de Sodio AASTHO T 304 no

Tanque de Agua ASTM C 127 si

Termmetro AMAAC Ra 08 no

Varilla de Vidrio AMAAC RA 05 si

Vaso de precipitados AMAAC RA 05 si

Vasos Cilndricos 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 Consultora 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 institucin est 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, adems cuentan con programas permanentes de capacitacin. Cabe sealar que la acreditacin solo se otorga a los laboratorios que cuentan con el 100% de los requisitos, as que el laboratorio deber adquirir el equipo necesario para obtener la certificacin requerida. Ya es muy poco lo que les falta, es solo cuestin de tiempo ya que en estos dos escasos meses fue imposible hacer un anlisis de cotizacin y suministro de equipo, por lo tanto el laboratorio requiere de tiempo para poder alcanzar sus objetivos. Con esta investigacin, se dio a conocer las carencias que no permiten al laboratorio adquirir su certificacin, ya que cuenta con un prestigio y personal calificado que puede llevar a cabo el trabajo. Si la empresa obtuviera la certificacin en el futuro tendra muchos ms trabajos ya que el Protocolo AMAAC es el futuro de la construccin de pavimentos en Mxico, y en el estado de Guanajuato no hay muchos laboratorios que se dediquen a esto y que tengan su certificacin.

AGRADECIMIENTOS (opcional)

Agradezco sinceramente al Dr. Luis Enrique Mendoza Puga, que sin su valiosa ayuda y consentimiento, esta investigacin no hubiera sido posible. De igual manera al Dr. Francisco Antonio Horta Rangel y a la Empresa Servicios de Consultora 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 Mtodo de Prueba para determinar el contenido

de vacios no compactados del agregado fino.

ASTM C 128 Norma del Mtodo de Prueba para determinar la Densidad, Gravedad Especifica y Absorcin de los Agregados Finos.

ASTM D 2419 Norma del Mtodo de Prueba para determinar el Equivalente

de Arena del Agregado Fino.

[2] Normas para Agregado Grueso

AASHTO TP 58 Norma del Mtodo de Prueba para determinar la Resistencia a la degradacin del agregado grueso por abrasin en el aparato Microdeval.

AASHTO T 104 Norma del Mtodo de Prueba para el Intemperismo Acelerado

utilizando Sulfato de Sodio o Sulfato de Magnesio.

ASTM C 127 Norma del Mtodo de Prueba para determinar la Densidad, Gravedad Especifica y Absorcin de los Agregados Gruesos.

AASHTO C 131 Norma del Mtodo de Prueba para determinar la Resistencia

a la Degradacin del Agregado Grueso por Abrasin e Impacto en la Maquina de los ngeles.

ASTM D 4791 Norma del Mtodo de Prueba para determinar las Partculas

Alargadas y Lajeadas en el Agregado Grueso.

ASTM D 5821 Norma del Mtodo de Prueba para determinar el Porcentaje de Partculas Fracturadas en el Agregado Grueso.

[3] Normas propuestas por la AMAAC

Recomendacin AMAAC RA 08/2010. Desprendimiento por friccin en la fraccin gruesa de materiales ptreos para mezclas asflticas.

Recomendacin AMAAC RA 05/2010. Determinacin del valor de azul de metileno para material que pasa la malla no. 200 (75 m).