VIAS SECUNDARIAS PAVIMENTADAS

CAMINOS PARA EL

SURGIMIENTO ECONÓMICO DE NUESTRAS REGIONES

Autores: Ing. Fabio A. Méndez Pinilla Ing. Javier Ulloa Duarte ( Especialistas en asfaltos ) MANUFACTURAS Y PROCESOS INDUSTRIALES LTDA INTRODUCCION: Gran parte del desarrollo de un país depende del estado de sus vías. Por estar nuestra riqueza potencial concentrada en los campos, requerimos dotar de vías adecuadas a los Departamentos; para ello se hace necesario desarrollar un programa de pavimentación en carreteras secundarias y terciarias, el cuál contemple la representatividad de la zona para la economía del país y considere variables como longitud, tránsito promedio diario, tipo de terreno, tipo de obra, costos, etc. Dentro de los planes de acción que tiene el Gobierno Nacional a través del Ministerio de Transporte, Instituto Nacional de Vías y los Departamentos, está el de mejorar y pavimentar este tipo de vías empleando diferentes alternativas que sean técnicas y económicamente viables. Una de éstas es la estabilización de bases, afirmados o suelos, los cuales pueden ser estabilizados a través del mezclado con otros materiales granulares, adición de un aditivo químico o de un ligante asfáltico, con posterior aplicación de un sello asfáltico que para el caso que nos ocupa se empleó una emulsión asfáltica modificada con polímeros. En el Departamento de Santander se han realizado algunas obras mediante la técnica de la estabilización del terreno existente empleando cal y algunos aditivos químicos con evaluación y diseño por parte de CORASFALTOS.

Dentro de las obras ejecutadas con esta técnica tenemos las siguientes: • Vía Tona-Bucaramanga (2km) • Guaca (1km) y San Andrés (1km) • Vía Curos-Málaga Se tiene previsto además ejecutar 3km en Encino y 11km en diferentes sectores de la vía Curos-Málaga, por parte del Instituto Nacional de Vías (INV), entre otras. Para la protección de éstas bases estabilizadas se aplicó un riego de imprimación con emulsión asfáltica de rotura lenta CRL-1 y posteriormente se extendió el sello asfáltico (slurry seal), empleando una emulsión asfáltica superestable de rompimiento controlado y modificada con polímeros, la cual proporciona cohesión rápida y apertura rápida al tráfico CRL-1hm. Dentro de las ventajas que tiene este tipo de tratamiento es la de impermeabilizar y proteger la base que sirve de soporte a la vía e impedir el deterioro causado por el agua, además de esto, provee una superficie auto deslizante micro-rugosa que aumenta la seguridad de desplazamiento al permitir un mayor rozamiento con las llantas de los vehículos. Al ser utilizada una emulsión asfáltica modificada con polímeros también tenemos un mejor desempeño del ligante asfáltico contra el envejecimiento, mejor adhesividad y cohesión y más resistente a la fatiga y al desgaste del sello asfáltico ocasionado por el tránsito. En este trabajo se presentará el diseño del sello asfáltico con sus diferentes etapas tales como: evaluación de los materiales pétreos y sus características físicas, tipo de emulsión empleada y sus propiedades, ensayos realizados al sello como el de abrasión por vía húmeda y cohesión, el procedimiento constructivo, conclusiones y recomendaciones. Estamos seguros que la pavimentación de éste tipo de carreteras tendrá impactos positivos como el de estimular la producción como consecuencia de un mejor acceso a los mercados y menores costos de transporte, convirtiendo nuestros campos en una verdadera ventaja comparativa frente a otros países comprometidos con la nueva política de apertura de mercados. Colombia cuenta con la tecnología y el recurso humano para enfrentar el retraso que presenta su red víal, el salir de éste aletargamiento depende de la visión y el compromiso de todos los implicados con el desarrollo vial del país, quienes debemos estar en las búsqueda de nuevas tecnologías y mecanismos que permitan el desarrollo vial tan anhelado.

1. SELLO ASFALTICO MODIFICADO CON POLIMEROS Es una mezcla de agregados densos-gradados (arena residuo de trituración), agua, emulsión asfáltica modificada con polímeros, llenantes minerales (cemento) y en algunos casos aditivos que se mezclan y se aplica en un equipo especializado a temperatura ambiente . 2. ESQUEMA DE APLICACION 1. TOLVA PARA AGREGADOS 2. TOLVA ADITIVOS SOLIDOS 3. ALMACENADOR DE ADITIVO 4. BANDA TRANSPORTADORA DE AGREGADOS 5. LINEA DOSIFICADORA DE EMULSION 6. LINEA DOSIFICADORA DE AGUA Y ADITIVO 7. MEZCLADOR 8. LECHADA ASFALTICA (SLURRY SEAL) 9. CAJA EXTENDEDORA 10. LECHADA ASFALTICA ESTENDIDA 11. BOQUILLAS ESPARCIDORAS DE AGUA EN LA VIA

3. DISEÑO SELLO ASFÁLTICO MODIFICADO CON POLIMEROS 3.1. OBJETIVO 3.1.1. Caracterizar los materiales a emplear en la elaboración de la lechada para determinar si cumplen con las especificaciones exigidas para lechadas asfálticas (Slurry-Seal), mediante ensayos de composición granulométrica, equivalente de arena, peso volumétrico suelto y seco y comportamiento frente a la emulsión asfáltica superestable modificada con polímero MPI-CRL-1hm. 3.1.2. Encontrar la emulsión que brinde las mejores condiciones de mezclado, manejabilidad y adhesividad; determinar el contenido de asfalto residual óptimo mediante la realización del ensayo de abrasión por vía húmeda (W.T.A.T.); y encontrar el tiempo de curado del mortero asfáltico con el ensayo de cohesión. 3.2. MATERIALES ANALIZADOS En el laboratorio de Barrancabermeja se recibió la siguiente muestra: � Residuo de Trituración de Pescadero

La granulometría del material recibido es la siguiente:

T A B L A I. GRANULOMETRIA DEL AGREGADO

% P A S A

RESIDUO DE NORMA MALLA TRITURACION LA-2 PESCADERO

3/8” 100 100 No4 92.5 70-90 No.8 55.5 45-70 No.16 39.4 28-50 No.30 24.2 19-34 No-50 16.5 12-25 No.80 10.0 7-18 No.200 5.2 5-11 El residuo de trituración de Pescadero se ajusta a la norma granulométrica LA-2 y además cumple con el equivalente de arena, el cual se encuentra por encima del 50%, mínimo exigido por la especificación. El contenido de caras fracturadas también cumple con lo exigido por la especificación y se encuentra en un valor superior al 75%.

Otras caracteristicas físicas del material pétreo son:

-PESO VOLUMETRICO SUELTO Y SECO (Kg/m3) 1594 -EQUIVALENTE DE ARENA, % 88.9 -GRAVEDAD ESPECÍFICA 2.621 -ABSORCION, % 1.993 -CARAS FRACTURADAS, % 88.9 -RETENIDO EN ¼”, % 2.2

3.3. PORCENTAJE DE EMULSION ÓPTIMA (ENSAYO W.T.A.T.) 3.3.1. Contenido de emulsión teórica El porcentaje de emulsión teórica determinada por el método de Duriez para el material en estudio es de 12.3% (7.5% de asfalto residual). El Anexo No.4 muestra los cálculos. 3.3.2. Condiciones de mezclado Las condiciones de mezclado preliminares al contenido de emulsión teórica calculado por Duriez fueron las siguientes:

T A B L A II. CONDICIONES PRELIMINARES DE MEZCLADO - EMULSION A EMPLEAR MPI-CRL-1hm - AGUA DE PREENVUELTA Y MEZCLADO, % 12.0 - CONTENIDO DE CEMENTO, % 1.0 - CONTENIDO DE ASFALTO, % 7.5 - CONTENIDO DE EMULSION, al 61.0% de asf. 12.3 - HUMEDAD TOTAL DE MEZCLADO, % 16.8 - TIEMPO DE MEZCLADO. Minutos >3 - TIEMPO DE ROTURA EN LABORATORIO, Minutos 9.0 - MANEJABILIDAD Buena 3.3.3. Ensayo de Abrasión (W.T.A.T.) Teniendo en cuenta las condiciones de mezclado determinadas, se procede a la elaboración de los especímenes de prueba a diferentes porcentajes de emulsión. La tabla No 3 muestra los resultados obtenidos:

TABLA III

RESULTADOS ENSAYO DE ABRASION POR VIA HUMEDA Emulsión, % 9.0 11.0 12.0 13.0 15.0 Asfalto, % 5.5 6.7 7.3 7.9 9.2 Pérdidas, gr / m2 1680 759.9 351 255 191 De acuerdo al intervalo de 3% de emulsión establecido entre el ensayo W.T.A.T. (Wet Track Abrasion Test) y el L.W.T. (Loaded Wheel Test), los cuales determinan el porcentaje mínimo y máximo de emulsión, respectivamente; la curva del anexo No. 3 muestra el porcentaje de emulsión mínimo, para una pérdida por abrasión de 650 gr/m2, y el porcentaje de emulsión óptimo a emplear en la fórmula de trabajo. 3.3.4. Ensayo de Cohesión El ensayo de cohesión se realiza después de conocer la fórmula de trabajo dada en el numeral 3.4 de este informe; permite conocer el momento en que sucede la rotura de la emulsión y la cohesión mínima que el mortero debe tener para considerar que se puede abrir al tráfico inmediatamente. También define como va progresando el curado y fraguado de una mezcla a medida que transcurre el tiempo y se pierde humedad. Los resultados obtenidos a la temperatura de laboratorio (25°C) se muestran en la siguiente tabla:

TABLA IV

RESULTADOS ENSAYO DE COHESION Espécimen No. Hora de Hora de** Hora de Ensayo COHESION Humedad t Elaboración Rompimiento del Espécimen Kg - cm % min. p.m. p.m. p.m.

1 02:20 02:29 02:40 14.5 14.5 20 2 02:20 02:29 03:10 21.0 13.4 50 3 02:20 02:29 03:40 26.5 11.1 80 4 02:20 02:29 04:10 29.0 10.4 110 5 02:20 02:29 04:30 32.0 9.1 130 ** Ensayo realizado con papel absorbente.

NOTA: Se considera la emulsión de curado lento y apertura lenta cuando la cohesión es inferior a 12 Kg-cm a los 30 minutos; de curado rápido y apertura lenta cuando la cohesión es superior a 12 Kg-cm a los 30 minutos e inferior a 20 Kg-cm a los 60 minutos; y de curado rápido y apertura rápida cuando la cohesión es superior a 20 Kg-cm a los 60 minutos. De los resultados anteriores se concluye: - TIEMPO DE ROTURA EN LAB. A 25°C, max. 10 minutos - TIEMPO DE APERTURA AL TRÁFICO A VELOCIDAD MODERADA (30 K.P.H.) 43 minutos La emulsión se clasifica como de curado rápido y apertura rápida al tráfico. El anexo No.4 presenta las curvas de cohesión vs humedad y cohesión vs tiempo de curado del mortero. 3.4. FORMULA DE TRABAJO La fórmula de trabajo para las condiciones óptimas se presenta en la siguiente tabla:

TABLA IV

CONDICIONES ÓPTIMAS DE MEZCLADO - EMULSION A EMPLEAR MPI-CRL-1hm - AGUA DE PREENVUELTA Y MEZCLADO, % 11.9 - CONTENIDO DE CEMENTO, % 1.0 - CONTENIDO DE EMULSION OPTIMA, al 61 % de asf. 12.6 - CONTENIDO DE ASFALTO OPTIMO, % 7.7 - HUMEDAD TOTAL DE MEZCLADO, % 16.8 - TIEMPO DE MEZCLADO. Minutos >3 - MANEJABILIDAD BUENA - DOSIFICACION DE EMULSION 201.2 MPI-CRL-1hm, Litros/m3 suelto y seco - DOSIFICACION DE EMULSION 1.51 MPI-CRL-1hm, Litros/m2 de 6 mm de espesor compacto

Muestra de : Emulsión MPI-CRL-1hm Fecha : enero de 2004O b r a : Slurry-Seal

Tona,SantanderEnviada por : M.P.I. LTDA.

MPI-CRL-1hm NORMA CRL-1hm

MUESTRA No. 1

TAMIZADO: RETENIDO EN MALLA No. 20, % 0.00064 INV-E765 max. 0.1

VISCOSIDAD SAYBOLT-FUROL INV-E763

a 25°C, Segundos 31 max.100

a 50°C, Segundos

CARGA DE PARTICULA + (pos.) INV-E767 + (pos.)

SEDIMENTACION A LOS 7 DIAS INV-E764

DIFERENCIA POR CIENTO 1.5 max.5

RESIDUO DE LA DESTILACION INV-E762

HASTA 260°C, % del peso por dif. 61.4 min. 57

DISOLVENTE EN VOLUMEN, % INV-E762

DISOLVENTE EN PESO, % 0.0 0.0

P.H. 2.15 INV-E768 max.6

PENETRACION, 25°C, 100 g, 5 Seg.(mm/10) 70 INV-E706 60-100

DUCTILIDAD @ 5°C, 5 cm/min., cm 23 INV-E702 min. 10

PUNTO DE ABLANDAMIENTO, °C ---- INV-E712 45

49.6 55

RECUPERACION ELASTICA POR INV-E727

TORSION @ 25°C (%) 15.5 min. 12

ING. LAB.

PLANTA DE EMULSIONES ASFALTICAS REPORTE DE ENSAYO DE EMULSIONES ASFALTICAS

PRUEBAS AL RESIDUO DE LAEVAPORACION

ANEXO No.1

ANEXO No. 2

MANUFACTURAS Y PROCESOS INDUSTRIALES LTDA.

PLANTA DE EMULSIONES ASFALTICAS LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIMENTOS

O B R A : SLURRY-SEAL CARRETERA DE ACCESO A TONA NORMA GRANULOMETRICA LA-2D E S C R I P C I O N : RESIDUO DE TRITURACION DE PESCADERO

TAMICES ESTÁNDAR U.S.A.

DIAMETRO DE PARTICULAS EN mm.

A B S O R C I O N, % DENSIDAD EQUIVALENTE DE ARENA, % 88.9PESO VOLUMETRICO SUELTO Y SECO, Kg/m3 TIPO DE EMULSION RECOMENDADA MPI-CRL-1hmASFALTO RESIDUAL, % EMULSION,% DOSIFICACION l/m3 suelto y seco 201.2

OBSERVACIONES : NORMA LA-2 Curva Granulométrica de los Materiales

7.7 12.6

2.6211594

1.993

80

70

60

50

40

30

20

10

0

2 3/81-1/2 1 1/4 4 8 10 16 30 40 50 80 100 2001/2 2020

50.8 37.5 25.4 19.1 12.2 9.55 6.38 4.76 2.38 2.00 1.19 0.84 0.59 0.42 0.297 0.177 0.0740.149

3/4

90

100

P O R C E N T A J E Q U E P A S A L

A M

A L L A

ANEXO No.3

Concentración de asfalto en la emulsión 61.00%Mínimo de emulsión de acuerdo a gráfica (650 gr/m2 de pérdida) 11.10%Tolerancia admisible entre el mínimo (W.T.A.T.) y el máximo (L.W.T.) 3.00%Optimo de emulsión estimado (11.1% + 1.5%) 12.60%

% EMULSION VS ABRASION (W.T.A.T.)

100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.0

1000.01100.01200.01300.01400.01500.01600.01700.01800.0

8 9 10 11 12 13 14 15 16

% EMULSION

ABRASION (gr/m2)

ANEXO 4

% Humedad Vs Cohesión

13.014.015.016.017.018.019.020.021.022.023.024.025.026.027.028.029.030.031.032.033.0

9 10 11 12 13 14 15

% HUMEDAD

COHESION(Kg-c

TIEMPO DE CURADO Vs COHESION

13.014.015.016.017.018.019.020.021.022.023.024.025.026.027.028.029.030.031.032.033.0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

TIEMPO DE CURADO, minutos

COHESION(kG-c

4. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO 4.1 PREPARACION DE SUPERFICIE MEDIANTE BARRIDO

4.2 IMPRIMACION CON EMULSION ASFALTICA CRL-1

4.3 APLICACIÓN SELLO ASFALTICO

4.4. ACABADO FINAL

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La aplicación del sello asfáltico modificado con polímeros sobre bases estabilizadas presentan las siguientes ventajas: 5.1 Brindar a los usuarios de la vía una superficie cómoda para el desplazamiento vehicular, en cualquier época del año. 5.2 El sello asfáltico a pesar de que no trabaja estructuralmente proporciona una superficie asfaltada, apta para el desplazamiento y ofrece una textura microrugosa e impermeable que protege la estructura e impide que el invierno disgregue el material estabilizado, siendo una solución duradera a bajo costo. 5.3 El empleo de emulsiones asfálticas modificadas con polímeros mejora la adhesividad asfalto-agregado, retarda el envejecimiento logrando una mayor durabilidad y reduce significativamente las pérdidas por abrasión, es decir, obtiene alta resisntencia al desgaste. 5.4 La técnica de aplicación de éste tipo de sellos asfálticos es exigente en cuanto a la calidad de todos los materiales que la conforman, del equipo, del personal, y de ellos depende su éxito. 5.5 Es muy importante realizar un buen manejo de los materiales, de tal forma que después de clasificados no presenten sobretamaños que afecten el acabado del tratamiento. Si sucede una contaminación, lo más recomendable es volver a clasificar todo el volumen a emplear en la obra. Por otro lado, la clasificación y el manejo del material deben realizarse en zonas limpias donde se evite la contaminación con arcilla, sobretamaños, etc. 5.6. En la obra se deben realizar diariamente controles de granulometría, porcentaje de asfalto residual y compatibilidad con la emulsión asfáltica superestable modificada con polímero MPI-CRL-1hm. Cualquier cambio en la calidad del material o en la fuente de materiales, debe ser reportado a los laboratorios de M.P.I. con el correspondiente envío de muestras para estudio. 5.7 Estamos seguros que éste tipo de trabajo estimula la producción como consecuencia de un mejor acceso a los mercados y menores costos de transporte que le dan a nuestros campos una ventaja competitiva frente a la nueva política de apertura de mercados. 5.8 Pavimentos por etapas: En vías de bajo tránsito, en donde se empieza a construir la estructura de pavimento de acuerdo al tráfico promedio diario y que se puede ir evaluando a medida que las condiciones de tráfico aumenten.

- Los costos de ejecución por kilómetro se encuentran alrededor de $150´000.000, incluye estabilización e=30cm, imprimación, aplicación sello asflatico modificado con polímero y cunetas. - La aplicación de sello asfáltico con polímero se encuentra en promedio de $5.500 pesos por metro cuadrado, para un espesor de 7 m.m.

6. BIBLIOGRAFIA REVISTA ACTUALIDAD VIAL. Manufacturas y Procesos Industriales Ltda, edición No.5, agosto-septiembre de 1995. ESPECIFICACIONES GENERALES CONSTRUCCION DE CARRETERAS, Misterio de Transporte, Instituto Nacional de Vías, Libro de actualización de normas, agosto de 2002. MANUAL DE UTILIZACION DE EMULSIONES ASFALTICAS EN CARRETERAS, Ministerio de Obras Públicas y Transporte, Secretaría Técnica, Dirección de Carreteras, Bogotá, Octubre de 1986. MANUAL DE EMULSIONES, serie No.19, Tercera Edición.